WO2010057474A1 - Verfahren zum herstellen einer schaufel für einen rotor einer strömungsmaschine - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer schaufel für einen rotor einer strömungsmaschine Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a blade for a rotor of a turbomachine.
  • the invention further relates to a blade for a rotor of a turbomachine, a rotor, a method for producing and / or repairing a rotor and a turbomachine for this purpose.
  • Blades for rotors of turbomachines are technically only consuming and correspond to cost-intensive manufacture.
  • the rotors are thereby increasingly formed as integrally bladed rotors, which, if a disk-shaped rotor body is present, as a blisk (bladed disk) or, if an annular rotor body is present, as a bling (bladed ring) are called.
  • Rotor manufacturing processes known from the prior art require blades with a solid blade root in order to be able to initiate the forces of the linear friction welding process that is used to join the blade to the rotor base body.
  • Such blades, so-called hollow blades are usually produced by superplastic forming processes and diffusion bonding of two blade halves with a third, folded intermediate layer. The intermediate layer is connected alternately on one or the other blade half and thus increases the blade stiffness.
  • a disadvantage of the known blades is the fact that they are technically complicated and cost-intensive to manufacture, thereby increasing the cost of producing a rotor provided with such a blade accordingly.
  • Object of the present invention is therefore to provide a blade of the type mentioned, which allows a simpler and more cost-effective production of a rotor for a turbomachine.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 for producing a blade for a rotor of a turbomachine and a blade having the features of claim 10 for a rotor of a turbomachine and by a rotor having the features of claim 12, a method with the features of Claim 13 for producing and / or repairing a rotor and a turbomachine with the features of claim 15 solved.
  • Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the method - if applicable - are to be regarded as advantageous embodiments of the blade and vice versa.
  • a porous shaped body is provided and then at least partially coated with a metal alloy.
  • the blade thus produced is also weight-reduced and has a high vibration resistance.
  • the vibration rigidity is achieved by the difference in modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic shaped body and the metal alloy serving as the surface or wall material.
  • a shaped body which has a corresponding outer contour of the blade outer contour. This makes it possible to coat the shaped body with a comparatively small amount of metal alloy in order to produce the desired outer contour of the blade. As a result, additional cost and weight reductions are achieved.
  • the metal alloy can also be applied to the shaped body with a correspondingly uniform thickness. Alternatively, however, it may also be provided that, for example, depending on the desired outer contour of the blade or its subsequent intended use, wise thicker or thinner layers of metal alloy are applied to the molding.
  • the molded body can thereby be made particularly variable and optimally adapted to its later requirements. It can thus be provided that a shaped body produced from sintered or glued-together hollow spheres is provided, wherein the hollow spheres can consist of a metallic or ceramic material, a composite material or the like. It can likewise be provided that a shaped body consisting of a metal foam is provided becomes. Alternatively or additionally, the shaped body can also be produced in several parts or from different materials.
  • the Me-5 tallleg ist with respect to a desired outer contour of the blade is at least partially applied with an oversize on the molding.
  • an oversize is generated in a connecting area provided for connecting the blade to a rotor main body of the rotor, whereby improved weldability is achieved.
  • the desired outer contour of the blade after the coating of the molding at least in the region 5 of the excess by means of a separation process, in particular by means of a chip removal process and / or an electrochemical Abtragvons is generated.
  • the desired target outer contour can be produced quickly, reliably and precisely.
  • the use of cutting processes with a geometrically determined cutting edge, for example milling has proved to be advantageous in order to produce the desired outer contour of the blade cost-effectively with the desired precision.
  • electrochemical removal processes ECM
  • PECM Precise electrochemical metal working methods
  • the separation process can be used in the case of a repair of the blade analogous to the simple, quick and accurate removal of excess metal alloy.
  • a titanium alloy and / or an aluminum alloy and / or a steel alloy is used as the metal alloy. This ensures a high mechanical, chemical and thermal load capacity of the blade with low weight.
  • the metal alloy is applied to the shaped body by means of a thermal spraying process, in particular a cold-kinetic compacting process.
  • the metal alloy can thus be applied to the molding, without this on or melt.
  • a high surface quality of the blade is ensured.
  • K3 or cold spray method offers the particular advantage that the supply of thermal energy can at least largely be dispensed with and thus the requirements for oxide-poor surface layers can be reliably fulfilled.
  • particularly precise layer thicknesses, hardnesses and porosities can be produced.
  • flame spraying method, plasma spraying method, detonation spraying method, arc wire spraying method and the like can also be used. The same applies in the case of a repair of the blade, in that missing or damaged surface material can be easily repaired by re-coating with the metal alloy.
  • the shaped body is not coated with the metal alloy in a connection area provided for connecting the blade to the rotor.
  • IHFP inductive high-frequency Press Welding
  • the shaped body is completely coated with the metal alloy. This allows in the sequence a full-surface welding of the blade with the rotor body of the rotor.
  • Another aspect of the invention relates to a blade for a rotor of a flow machine, in particular for an integrally bladed blisk and / or bling of a gas turbine, wherein a simpler and more cost-effective manufacturability of the blade is given by the fact that the blade comprises a porous molded body, the at least partially coated with a metal alloy.
  • the blade according to the invention is also weight-reduced and has a high degree of vibration rigidity.
  • the vibration stiffness is achieved by the difference in the modulus of elasticity (modulus of elasticity) between the preferably isotropic molded body and serving as a surface or wall material metal alloy.
  • a further aspect of the invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular integrally bladed blisk and / or bling for a gas turbine, having a rotor base body, on which at least one blade is arranged, wherein it is provided that the at least one blade by means of a method manufactured according to one of the preceding embodiments and / or formed according to one of the preceding embodiments.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing and / or repairing a rotor for a turbomachine, in particular an integrally bladed blisk and / or bling for a gas turbine, in which at least one blade is arranged on a rotor base body and connected to the rotor base body.
  • a simpler and more cost-effective manufacture of the rotor is made possible by using as at least one blade a blade produced by means of a method according to one of the preceding embodiments and / or a blade formed according to one of the preceding embodiments.
  • the at least one blade is connected to the rotor base body by means of a welding process, in particular an inductive high-frequency compression welding process.
  • a welding process in particular an inductive high-frequency compression welding process.
  • the invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine, with at least one rotor, in particular with an integrally bladed blisk and / or bling, wherein the rotor according to the invention a produced by a method according to one of the preceding embodiments blade and / or according to comprises a trained in the previous embodiments blade and / or formed according to the previous embodiment.
  • a molded article made of a metal foam or sintered or glued hollow spheres is provided.
  • the shaped body which preferably already has an outer contour corresponding to a desired outer contour of the blade, is subsequently encased with a titanium alloy, which is applied by means of a cold-kinetic 5 compacting method with an excess or oversize.
  • a titanium alloy which is applied by means of a cold-kinetic 5 compacting method with an excess or oversize.
  • suitable aluminum and / or steel alloys which are familiar to the person skilled in the art.
  • the shaped body is repeatedly coated with the metal alloy and / or with different metal alloys in order to obtain special properties of the blade.
  • the molded body is not coated, in particular in a connection region provided for connecting the blade to a rotor main body. In a subsequent joining process, therefore, only coated wall regions of the blade are connected to the rotor base body. 5
  • the oversize is then machined via milling or electrochemical metalworking
  • ECM electrochemical metal working
  • PECM precise electrochemical metal working
  • the blade is arranged on a rotor base body and connected thereto.
  • an inductive high-frequency pressure welding method IHFP
  • IHFP inductive high-frequency pressure welding method
  • Blade are connected to the rotor body, so that no full-surface Ver Welding performed between the blade and rotor body, but only the relevant wall area is joined.
  • the testability of the joint connection is given thanks to the smooth weld bead.
  • the repair possibility of the rotor is given in this production route.
  • a blade exchange via IHFP is possible.
  • a blade can be used, if appropriate after a finishing step, which is also coated with the metal alloy in the joint area and can thus be welded over its entire area onto the rotor base body serving as a hub. A possibly existing or incurred during welding allowance in the joining area can be easily removed, for example, by a subsequent milling process.
  • a plurality of blades are connected in one of the aforementioned ways with the rotor base body, whereby a multi-bladed rotor can be produced with the said advantages.
  • missing surface material of a damaged blade can be supplemented with the aid of the cold-kinetic compacting method and brought back to the desired outer contour by adaptive milling or manual adjustment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine, insbesondere für eine integral beschaufelte Blisk und/oder Bling einer Gasturbine, bei welchem ein poröser Formkörper bereitgestellt und anschließend zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine, einen Rotor, ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors sowie eine Strömungsmaschine hierzu.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine, einen Rotor, ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors sowie eine Strömungsmaschine hierzu.
Schaufeln für Rotoren von Strömungsmaschinen, insbesondere für Rotoren von Gasturbinen, sind technisch nur aufwendig und entsprechen kostenintensiv herstellbar. Die Rotoren werden dabei zunehmend als integral beschaufelte Rotoren ausgebildet, die, wenn ein scheibenförmiger Rotorgrundkörper vorliegt, als Blisk (bladed disk) oder, wenn ein ringförmiger Rotorgrundkörper vorliegt, als Bling (bladed ring) bezeichnet werden. Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Rotorherstellung erfordern dabei Schaufeln mit einem massiven Schaufelfuß, um die Kräfte des linearen Reibschweißprozesses, der zum Fügen der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verwendeten wird, einleiten zu können. Derartige Schaufeln, sogenannte Hohlschaufeln, werden üblicherweise durch superplastische Umformverfahren und Diffusions verbinden von zwei Schaufelhälften mit einer drit- ten, gefalteten Zwischenlage hergestellt. Die Zwischenlage ist abwechseln auf der einen oder anderen Schaufelhälfte angebunden und erhöht so die Schaufelsteifigkeit.
Als nachteilig an den bekannten Schaufeln ist der Umstand anzusehen, dass diese technisch aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung sind, wodurch sich die Herstellung eines mit einer derartigen Schaufel versehenen Rotors entsprechend verteuert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaufel der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine einfachere und kostengünstigere Herstellung eines Rotors für eine Strömungsmaschine ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zum Herstellen einer Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine und eine Schaufel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 für einen Rotor einer Strömungsmaschine sowie durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors und eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens - soweit anwendbar - als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaufel und umgekehrt anzusehen sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, welches eine einfachere und kostengünstigere Herstellung eines Rotors für eine Strömungsmaschine ermöglicht, wird zunächst ein poröser Formkörper bereitgestellt und anschließend zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet. Neben der einfacheren, kostengünstigeren und materialreduzierten Verfahrensdurchführung ist die hierdurch hergestellte Schaufel zudem gewichtsreduziert und besitzt eine hohe Schwingungssteifigkeit. Die Schwingungssteifigkeit wird durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem vorzugsweise isotropen Formkörper und der als Oberflächen- bzw. Wandmaterial dienenden Metalllegierung erreicht. Die bei der Herstellung der Schaufel erzielten Vorteile werden grundsätzlich auch im Fall einer Reparatur der Schaufel bzw. eines mit einer derartigen Schaufel versehenen Rotors erzielt, da fehlendes oder beschädigtes Oberflächenmaterial durch erneutes Beschichten mit der Metalllegierung einfach und kostengünstig ausgebessert werden kann.
hi einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Formkörper bereitgestellt, der eine mit einer Außenkontur der Schaufel korrespondierende Außenkontur aufweist. Dies ermöglicht es, den Formkörper mit einer vergleichsweise geringen Menge an Metalllegierung zu beschichten, um die gewünschte Außenkontur der Schaufel zu erzeugen. Hierdurch werden zusätzliche Kosten- und Gewichtssenkungen erreicht. Die Metalllegierung kann zudem mit einer entsprechend gleichmäßigen Dicke auf den Formkörper aufgebracht wer- den. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass - beispielsweise in Abhängigkeit der gewünschten Außenkontur der Schaufel bzw. ihres späteren Einsatzzwecks - bereichs- weise dickere oder dünnere Schichten an Metalllegierung auf den Formkörper aufgebracht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn ein gesinterter und/oder geklebter und/oder aufge- 5 schäumter Formkörper bereitgestellt wird. Der Formkörper kann hierdurch besonders variabel ausgebildet und optimal an seine späteren Anforderungen angepasst werden. Es kann somit vorgesehen sein, dass ein aus zusammengesinterten oder -geklebten Hohlkugeln hergestellter Formkörper bereitgestellt wird, wobei die Hohlkugeln aus einem metallischen oder keramischen Material, einem Verbundwerkstoff oder dergleichen bestehen können.0 Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein aus einem Metallschaum bestehender Formkörper bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Formkörper auch mehrteilig bzw. aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.
hi einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Me-5 talllegierung bezüglich einer Soll- Außenkontur der Schaufel zumindest bereichsweise mit einem Übermaß auf den Formkörper aufgebracht wird. Mit Hilfe eines derartigen Überbzw. Aufmasses können etwaige Fertigungstoleranzen besser berücksichtigt und eine Ist- Außenkontur der Schaufel gegebenenfalls nachträglich an die S oll- Außenkontur angepasst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Übermaß in einem zum Verbinden der o Schaufel mit einem Rotorgrundkörper des Rotors vorgesehenen Verbindungsbereich erzeugt wird, wodurch eine verbesserte Schweißbarkeit erzielt wird.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass die Soll- Außenkontur der Schaufel nach dem Beschichten des Formkörpers zumindest im Bereich 5 des Übermaßes mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels eines Spanverfahrens und/oder eines elektrochemischen Abtragverfahrens, erzeugt wird. Auf diese Weise kann die gewünschte Soll- Außenkontur schnell, prozesssicher und präzise hergestellt werden. Dabei hat sich insbesondere die Verwendung von spanabhebenden Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, beispielsweise Fräsen, als vorteilhaft gezeigt, um die SoIl- o Außenkontur der Schaufel kostengünstig mit der gewünschten Präzision herzustellen. Alternativ oder zusätzlich haben sich elektrochemische Abtragverfahren (ECM), insbesonde- re präzise elektrochemische Metallbearbeitungsverfahren (PECM), als vorteilhaft gezeigt, da auch hierdurch eine reproduzierbare Oberflächenbehandlung mit hoher Prozesssicherheit ermöglicht ist. Das Trennverfahren kann im Fall einer Reparatur der Schaufel analog zum einfachen, schnellen und präzisen Entfernen von überschüssiger Metalllegierung ver- wendet werden.
hi einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Metalllegierung eine Titanlegierung und/oder eine Aluminiumlegierung und/oder eine Stahllegierung verwendet wird. Hierdurch wird eine hohe mechanische, chemische und thermische Belastbarkeit der Schaufel bei gleichzeitig geringem Gewicht sichergestellt.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Metalllegierung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens, auf den Formkörper aufgebracht wird. Die Metalllegierung kann somit auf den Formkörper aufgebracht werden, ohne diesen an- bzw. aufzuschmelzen. Zudem wird eine hohe Oberflächengüte der Schaufel gewährleistet. Die Verwendung eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens (sog. K3- oder Coldspray- Verfahren) bietet den besonderen Vorteil, dass auf die Zufuhr von thermischer Energie zumindest weitgehend verzichtet werden kann und somit die Forderungen nach oxidarmen Oberflächenschichten zuverlässig erfüllbar sind. Darüber hinaus können besonders präzise Schichtdicken, -härten und -porositäten erzeugt werden. Grundsätzlich können jedoch beispielsweise auch Flammspritzverfahren, Plasmaspritzverfahren, Detonationsspritzverfahren, Lichtbogendrahtspritzverfahren und dergleichen verwendet werden. Entsprechendes gilt im Fall einer Reparatur der Schaufel, indem fehlendes oder beschädigtes Oberflächenmaterial durch erneutes Beschichten mit der Metalllegierung einfach aus- gebessert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Formkörper in einem zum Verbinden der Schaufel mit dem Rotor vorgesehenen Verbindungsbereich nicht mit der Metalllegierung beschichtet wird. Hierdurch ist es möglich, in einem späteren Fügeverfahren lediglich einen mit der Metalllegierung beschichteten Außenwandbereich der Schaufel - beispielsweise mittels eines induktiven Hochfrequenz- Pressschweißverfahrens (IHFP) - kerbenfrei mit einem Rotorgrundkörper des Rotors zu verbinden. Dies erleichtert im Fall von etwaigen Beschädigungen auch einen späteren Austausch bzw. eine Reparatur der Schaufel.
Alternativ hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Formkörper vollständig mit der Metalllegierung beschichtet wird. Dies erlaubt in der Folge ein vollflächiges Verschweißen der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper des Rotors.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schaufel für einen Rotor einer Strömungs- maschine, insbesondere für eine integral beschaufelte Blisk und/oder Bling einer Gasturbine, wobei eine einfachere und kostengünstigere Herstellbarkeit der Schaufel dadurch gegeben ist, dass die Schaufel einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist. Neben der einfacheren, kostengünstigeren und materialreduzierten Herstellbarkeit ist die erfindungsgemäße Schaufel zudem gewichtsre- duziert und besitzt eine hohe Schwingungssteifigkeit. Die Schwingungssteifigkeit wird dabei durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem vorzugsweise isotropen Formkörper und der als Oberflächen- bzw. Wandmaterial dienenden Metalllegierung erreicht.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die Schaufel mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt ist. Die entsprechenden Merkmale und ihre jeweiligen Vorteile sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine Strömungsmaschine, insbe- sondere integral beschaufelte Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper, an welchem wenigstens eine Schaufel angeordnet ist, wobei vorgesehen ist, dass die wenigstens eine Schaufel mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt und/oder gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile gelten - soweit anwendbar - für den erfindungsgemäßen Rotor. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors für eine Strömungsmaschine, insbesondere einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, bei welchem an einem Rotorgrundkörper wenigstens eine Schaufel angeordnet und mit dem Rotorgrundkörper verbunden wird. Erfin- dungsgemäß wird hierbei eine einfachere und kostengünstigere Herstellung des Rotors dadurch ermöglicht, dass als wenigstens eine Schaufel eine mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellte Schaufel und/oder eine gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildete Schaufel verwendet wird. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den entsprechenden Be- Schreibungen zu entnehmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Schaufel mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines induktiven Hochfrequenzpressschweißverfahrens, mit dem Rotorgrundkörper verbunden wird. Dies ermöglicht die Ausbildung einer einfachen, kostengünstigen und mechanisch stabilen Verbindung zwischen dem Rotorgrundkörper und der wenigstens einen Schaufel. Dabei kann natürlich vorgesehen sein, dass mehrere bzw. alle Schaufeln des Rotor auf diese Weise mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden.
m einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling, wobei der Rotor erfindungsgemäß eine mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellte Schaufel und/oder eine gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildete Schaufel umfasst und/oder gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind ebenfalls den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Zunächst wird ein aus einem Metallschaum oder zusammengesinterten oder -geklebten Hohlkugeln gefertigter Formkörper bereitgestellt. Der Formkörper, der vorzugsweise bereits eine mit einer Soll-Außenkontur der Schaufel korrespondierende Außenkontur aufweist, wird anschließend mit einer Titanlegierung ummantelt, die über ein kaltkinetisches 5 Kompaktierverfahren mit Auf- bzw. Übermaß aufgetragen wird. Alternativ oder zusätzlich können auch geeignete und dem Fachmann geläufige Aluminium- und/oder Stahllegierungen verwendet werden. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Formkörper mehrfach mit der Metalllegierung und/oder mit unterschiedlichen Metalllegierungen beschichtet wird, um spezielle Eigenschaften der Schaufel zu erhalten. Ebenso kann vorgesehen, dass0 der Formkörper insbesondere in einem zum Verbinden der Schaufel mit einem Rotorgrundkörper vorgesehenen Verbindungsbereich nicht beschichtet wird. In einem späteren Fügeverfahren werden somit nur beschichtete Wandbereiche der Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verbunden. 5 Das Übermaß wird anschließend über Fräsen oder elektrochemisches Metallbearbeiten
(ECM) bzw. präzises elektrochemisches Metallbearbeiten (PECM) abgetragen, so dass die gewünschte Soll-Außenkontur der Schaufel erzeugt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schaufel nicht im späteren Verbindungs- bzw. Schweißbereich, der zum Verscheißen der Schaufel mit einem Rotorgrundkörper dient, bearbeitet wird. Die Schaufel kann somit o schnell, einfach, kostengünstig und materialreduziert hergestellt werden. Darüber hinaus ist die hierdurch hergestellte Schaufel sehr schwingungssteif und gegenüber üblichen Schaufeln gewichtsreduziert. Die Schwingungssteifigkeit wird dabei durch den Unterschied im Elastizitätsmodul (E-Modul) zwischen dem isotropen Formkörper und dem aus der Metalllegierung bestehenden Wandmaterial erreicht. 5
Zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors wird die Schaufel an einem Rotorgrundkörper angeordnet und mit diesem verbunden. Zum Verbinden wird dabei beispielsweise ein induktives Hochfrequenz-Pressschweißverfahren (IHFP) als Fügeverfahren verwendet, wodurch eine kerbenfreie Verbindung zwischen der Schaufel und dem Rotorgrundkörper o erzielt wird. Dabei können - wie bereits erwähnt - nur beschichtete Wandbereiche der
Schaufel mit dem Rotorgrundkörper verbunden werden, so dass keine vollflächige Ver- schweißung zwischen Schaufel und Rotorgrundkörper durchgeführt, sondern nur der betreffende Wandbereich gefügt wird. Die Prüfbarkeit der Fügeverbindung ist dank der glatten Schweißwulst gegeben. Auch die Reparaturmöglichkeit des Rotors ist bei dieser Herstellroute gegeben. Insbesondere ist auch ein Schaufeltausch über IHFP möglich. Alter- 5 nativ kann - gegebenenfalls nach einem Feinbearbeitungsschritt- eine Schaufel verwendet werden, die auch im Fügebereich mit der Metalllegierung beschichtet ist und hierdurch vollflächig auf den als Nabe dienenden Rotorgrundkörper geschweißt werden kann. Ein eventuell vorhandenes oder beim Schweißen entstandenes Aufmaß im Fügebereich kann beispielsweise durch einen anschließenden Fräsprozess einfach abgetragen werden. Vor- l o zugsweise werden mehrere Schaufeln auf eine der vorstehend genannten Weisen mit dem Rotorgrundkörper verbunden, wodurch ein mehrschaufliger Rotor mit den genannten Vorteilen erzeugt werden kann.
Im Fall einer Reparatur kann beispielsweise fehlendes Oberflächenmaterial einer beschä- 15 digten Schaufel mit Hilfe des kaltkinetischen Kompaktierverfahrens ergänzt werden und durch adaptives Fräsen oder händisches Angleichen wieder auf die Soll- Außenkontur gebracht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine,
5 insbesondere für eine integral beschaufelte Blisk und/oder Bling einer Gasturbine, bei welchem ein poröser Formkörper bereitgestellt und anschließend zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formkörper bereitge-0 stellt wird, der eine mit einer Außenkontur der Schaufel korrespondierende Außenkontur aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein gesinterter und/oder geklebter und/oder aufgeschäumter Formkörper bereitgestellt wird. 5
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierung bezüglich einer Soll- Außenkontur der Schaufel zumindest bereichsweise mit einem Übermaß auf den Formkörper aufgebracht wird.
0 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- Außenkontur der Schaufel nach dem Beschichten des Formkörpers zumindest im Bereich des Übermaßes mittels eines Trennverfahrens, insbesondere mittels eines Spanverfahrens und/oder eines elektrochemischen Abtragverfahrens, erzeugt wird.
5 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalllegierung eine Titanlegierung und/oder eine Aluminiumlegierung und/oder eine Stahllegierung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Me- o talllegierung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere eines kaltkinetischen Kompaktierverfahrens, auf den Formkörper aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper in einem zum Verbinden der Schaufel mit einem Rotorgrundkörper des Rotors vorgesehenen Verbindungsbereich nicht mit der Metalllegierung beschichtet
5 wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper vollständig mit der Metalllegierung beschichtet wird. 0
10. Schaufel für einen Rotor einer Strömungsmaschine, insbesondere für eine integral beschaufelte Blisk und/oder Bling einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen porösen Formkörper umfasst, der zumindest bereichsweise mit einer Metalllegierung beschichtet ist. 5
11. Schaufel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
12. Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere integral beschaufelte Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper, an welchem we- o nigstens eine Schaufel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt und/oder gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Herstellen und/oder Reparieren eines Rotors für eine Strömungsma- 5 schine, insbesondere einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling für eine Gasturbine, bei welchem an einem Rotorgrundkörper wenigstens eine Schaufel angeordnet und mit dem Rotorgrundkörper verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine Schaufel eine mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellte Schaufel und/oder eine gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 o ausgebildete Schaufel verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaufel mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines induktiven Hochfrequenzpressschweißverfahrens, mit dem Rotorgrundkörper verbunden wird.
15. Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einem Rotor, insbesondere mit einer integral beschaufelten Blisk und/oder Bling, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellte Schaufel und/oder eine gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 ausgebildete Schaufel umfasst und/oder gemäß Anspruch 12 ausgebildet und/oder mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder 14 hergestellt ist.
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