WO2012051978A2 - Bauteil und verfahren zum ausbilden, reparieren und/oder aufbauen eines derartigen bauteils - Google Patents

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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a component and a method for forming, repairing and / or constructing such a component, in particular a blade element of a gas turbine, e.g. a gas turbine of an aircraft engine , compaction by means of kinetic cold gas.
  • a component in particular a blade element of a gas turbine, e.g. a gas turbine of an aircraft engine , compaction by means of kinetic cold gas.
  • blades such as blades of aircraft engines, such as turbine blades or compressor blades
  • manufacture of blades is relatively expensive. Therefore, such blades are usually repaired in the event of damage or wear, if possible.
  • a damaged or worn blade is not necessarily always replaced with a new, but only in the event that the blade is no longer usable or no longer repairable.
  • the repair of blades is done so far usually by means of the so-called "patching" or by build-up welding.
  • a portion of the blade, which has a damaged portion is removed from the blade by a cut.
  • this relates to a portion of the blade tip includes, as often occur in the blade tip damage or wear.
  • this can also be done by means of standardized spare parts.
  • the severed damaged segment is replaced by a correspondingly identical intact segment or supplemented by welding.
  • a new segment is usually made separately and possibly formed with an oversize and joined to the rest of the bucket. In particular, in cases in which the new segment has an excess, then a processing takes place, by means of which the desired shape is generated.
  • WO 2008/003295 A2 discloses a method for repairing and / or replacing individual elements of a component of a gas turbine.
  • a replacement element is connected to a component by means of inductive low-frequency or high-frequency pressure welding.
  • the invention now has the object of providing a simple possibility of repairing elements, in particular blade elements of gas turbines, for example of gas turbines of aircraft engines, etc.
  • a method for forming, repairing and / or assembling or replacing a gas turbine component, as well as a corresponding device. More specifically, a method is provided for forming, repairing, and / or assembling or replacing a component, in particular a vane element, eg, a turbine or a compressor, a gas turbine casing element or a gas turbine disk element, the method comprising the steps:
  • the method has the advantage that a fine-grained forging structure can be achieved by the kinetic cold gas compacting. Furthermore, kinetic cold gas compacting provides minimally invasive and individual repair of damaged or worn areas of gas turbine components, such as gas turbine components. Shovel elements, possible. This means that only the damaged areas can be removed and the missing material can be individually supplemented by cold gas spraying.
  • the damaged and / or worn portion of the component is first removed, and then the remote portion is sprayed layer-by-layer on the component and the removed portion is filled by kinetic cold gas compaction.
  • the filled area can be formed with an oversize and later be reworked accordingly, so that it has a nominal dimension.
  • the damaged and / or wear-prone area of the component is first removed and then inserted into the remote area of the component a corresponding part and connected by means of kinetic Kaltgaskompaktieren with the component. This has the advantage that a larger area which has previously been removed from the component can be easily replaced or refilled.
  • one or more layers which are applied to the component by the kinetic cold gas compacting are subsequently processed or reworked, for example by means of milling and / or an electrochemical method.
  • This has the advantage that the predetermined contour can be formed, wherein the contour, for example, can have a more uniform structure, in that sprayed-on layers are reworked.
  • the adhesion conditions for the next layer can be further improved, for example by deliberately thawing the surface of the component.
  • the separating surfaces or separating edges, on which the damaged or wear-prone area of the component has been removed are activated, in particular by plasma cleaning or by mechanical blasting, such as, for example, particle blasting.
  • plasma cleaning or by mechanical blasting such as, for example, particle blasting.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a component to be repaired, here blade element
  • FIG. 2 is a flow diagram of the repair of a component, here blade element, according to the invention.
  • the invention will be described in more detail below with reference to a blade element as an example of a gas turbine component.
  • a blade element any other element of a gas turbine can be provided as a gas turbine component, for example a gas turbine housing element, a gas turbine disk element, etc., to name only two further examples of gas turbine components.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified view of a blade element 10 as a gas turbine component which is repaired in accordance with the method according to the invention and is provided, for example, as a component 22 as an BLIS blade element on a disk.
  • the invention is not limited to the specific illustration of the blade element 10 in FIG.
  • the greatly simplified representation of the blade element 10 serves as a gas turbine component only for explaining the invention.
  • the blade element 10 for example in the region of the blade tip 12, has a region 14 with damage.
  • a damaged component eg a blade element 10, for example a so-called BLISK (bladed disc) blade element or a bling ring blade element, is thereby repaired by the blade element 10 or gas turbine component or its Blade profile or gas turbine component profile by means of kinetic Kaltgaskompaktiern (K3) is at least partially built or supplemented.
  • K3 kinetic Kaltgaskompaktiern
  • the region 14 is first removed or cut out, which has damage and / or corresponding wear.
  • the removed or to be removed area 16 which contains the damaged area is indicated in FIG. 1 with a dashed line. This line indicates the separation edge or separation region 22 at which the region is cut out or severed.
  • the contour of the area to be removed 16 can be varied as desired and is not limited to the contour shown in FIG.
  • areas damaged or affected by wear can be removed at various locations, or individual areas can be combined to form a region 16 to be removed and severed from the blade element 10 in one piece, if damaged areas or areas subject to wear, e.g. lie close to each other.
  • the missing region 16 is supplemented or fully filled again by means of kinetic cold-gas compacting, as will be described below with reference to FIG. 2.
  • the separating edge or the separating region 22 can initially optionally be additionally activated after the separation of the region 16 to be separated, for example by blasting or plasma cleaning, before the kinetic cold gas compacting takes place.
  • FIG. 2 now shows a flowchart of the repair of a gas turbine component, eg here a blade element, according to the invention, wherein a blade element can be repaired, as shown in FIG.
  • the damaged area of the gas turbine component in this case the blade element, is first removed in FIG. 1 in a first step S1.
  • the separation area where the damaged area has been removed can optionally be additionally activated.
  • the activation of the separation surface can be effected for example by means of radiation or a plasma cleaning or by means of another suitable method or combination of methods.
  • the missing material in the cut-out region of the blade element to be repaired is supplemented by kinetic cold gas compacting (K3), for example with an oversize or, in an alternative embodiment, a blade element part is inserted into this region in a step S3 * and then connected via kinetic cold gas compacting with the remaining blade element in a step S3 **.
  • K3 kinetic cold gas compacting
  • material particles or powder of metal or a metal alloy are sprayed, in layers or in zones in the remote area of the blade element, in order to form the blade element, e.g. build up layer by layer in this area or to connect an inserted blade element part with the blade element.
  • the layers can each be constructed from the same material particles or material powders or combination of material particles or material powders or layers of different material particles or material powders or material particle combinations or material powder combinations can be combined.
  • the layers can be applied or provided in such a way that a smooth transition between the layers is given or the layers are separated from one another.
  • the powder of metal or a metal alloy has ceramic particles or ceramic powder, polymer powder or particles of another non-conductive material in an alternative embodiment.
  • the powder or powder mixture is applied via a spray nozzle, in particular a Laval nozzle, on the blade element.
  • An injection material jet is achieved by an expansion of a carrier gas and by the supply of the powder mixture.
  • the carrier gas can be preheated to a predetermined process temperature.
  • the heating of the carrier gas, for example air, nitrogen, helium and / or water vapor, etc., before coating serves primarily to increase the outflow velocity in the spray nozzle and to improve the forging properties of the powder particles.
  • the blade element Due to the kinetic Kaitgaskompakt Schlieren no melt for the blade element is necessary, but it can be mixed together different materials or material powder, with a wide range of material combinations or Werkstoffmi loops can be achieved.
  • the blade element can be produced with regions having different properties, for example the blade element can be formed with an armor of the leading edge or an erosion protection, as well as with an armor of the fin region and / or an armor of so-called Z-notches, etc
  • short fiber reinforcements can be used in the construction of blade elements.
  • At least one or even each layer may additionally be processed prior to the spraying of the next layer in order, for example, to produce the desired geometry of the blade element and / or to provide the best possible adhesion conditions for the next spray layer through a specifically structured surface, for example by a Thawing or ablation of the uppermost particle layer.
  • the processing of the respective layer may, for example, be at least partially machined, e.g. by milling, and / or by means of an electrochemical process.
  • a gas turbine component in this case a blade element or airfoil
  • a gas turbine component in this case a blade element or airfoil
  • one or more bumps or projections in the base body eg a disk base body in a BLISK ("bladed disc") blade element or a ring base body in the case of a BLING (bladed ring) blade element, can optionally additionally be formed. milled, for example, on which or which then the measuring shovel element splints is sprayed on.
  • each layer may additionally be processed prior to the spraying of the next layer in order, for example, to produce the desired geometry of the blade element and / or to achieve the best possible adhesion conditions for a next spray layer through a specifically structured surface create. Likewise, however, only at the end of the spraying of all
  • Layers are produced by an electrochemical process and / or by a milling process, the final contour of the blade element. This applies accordingly if, as described above, only a cut-out region of a blade element is supplemented. Again, the blade element can be obtained only at the end by an electrochemical process or by milling its final contour.
  • the blade element can be sprayed on, for example, with a slurry by kinetic cold gas compacting.
  • a subsequent milling or lowering, for example, an annular space of a B LI SK blade element with the thinning of the blade element can be connected to a predetermined nominal size.
  • the method is also suitable for supplementing components so as to be able to strongly rejuvenate the blanks z. B. housings.
  • the invention is not limited to milling or an electrochemical method for machining a blade element. In principle, any other method or combination of methods suitable for appropriately machining the vane element may be used. with the desired contour and / or to achieve optimal adhesion conditions by creating a specifically structured surface.
  • the supplementing of the cut-out damaged and / or worn area of the blade element by means of kinetic cold gas compacting has the advantage that in the kinetic cold gas-compacted layer or layers no melt structure is formed or exists but a fine-grained forging structure. Furthermore, kinetic cold gas compaction allows minimally invasive and individual repair of damaged or worn areas. In addition, the erfindugnssiee method allows a generative structure of forging blades, for example, for BLISK. In addition, the choice of materials more strongly to the needs or purpose of the respective blade element be adapted, for example, because different powder compositions can be forged together.
  • the respective blade element can be subjected to further processing steps following the kinetic cold gas compacting.
  • the blade element may be subjected to a heat treatment, etc.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Aufbauen eines Bauteils, insbesondere eines Schaufelelementes einer Gasturbine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Bauteils; und Aufbauen zumindest eines Teils des Bauteils mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens.

Description

Bauteil und Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Aufbauen eines derartigen
Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil und ein Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Aufbauen eines derartigen Bauteils, insbesondere eines Schaufelelementes einer Gasturbine, z.B. einer Gasturbine eines Flugtriebwerks,, mittels kinetischem Kaltgaskompaktieren.
Im Allgemeinen ist die Herstellung von Schaufeln, wie beispielsweise Schaufeln von Flugtrieb- werken, wie Turbinenschaufeln oder Verdichterschaufeln, verhältnismäßig teuer. Daher werden derartige Schaufeln im Falle von Beschädigungen oder Verschleiß normalerweise repariert, sofern dies möglich ist.
Dies bedeutet, dass eine beschädigte bzw. verschlissene Schaufel nicht unbedingt immer gegen eine neue ausgetauscht wird, sondern nur für den Fall, dass die Schaufel nicht mehr einsetzbar bzw. nicht mehr reparierbar ist. Die Reparatur von Schaufeln erfolgt bisher in aller Regel mittels des so genannten "Patchens" oder mittels Auftragsschweißen. Dabei wird durch einen Schnitt ein Teil der Schaufel, welche einen beschädigten Abschnitt aufweist, von der Schaufel entfernt. Häufig betrifft dies einen Abschnitt der die Schaufel spitze beinhaltet, da gerade im Bereich der Schaufelspitze häufig Beschädigungen oder Verschleiß auftreten. Hierbei kann das Ergänzen aber auch mittels standardisierten Ersatzteilen erfolgen. Im Anschluss daran wird das abgetrennte beschädigte Segment durch ein entsprechend formidentisches intaktes Segment ersetzt oder durch Aufschweißen ergänzt. Ein neues Segment wird dabei normalerweise separat angefertigt und gegebenenfalls mit einem Übermaß ausgebildet und an die Restschaufel gefügt. Insbesonde- re in den Fällen, in denen das neue Segment ein Übermaß aufweist, findet anschließend eine Bearbeitung statt, mittels welcher die angestrebte Form erzeugt wird.
Diese bekannten Verfahren zur Schaufelreparatur, das typischerweise manuell durchgeführt wird, ist mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden. Außerdem entsteht beim„Patchen" oder Auftragsschweißen ein Schmelzgeflige, welches eine geringere Festigkeit aufweist.
Des Weiteren ist beispielsweise aus der WO 2008/003295 A2 ein Verfahren für die Reparatur und/oder den Austausch von Einzelelementen eines Bauteils einer Gasturbine bekannt. Dabei wird ein Ersatzelement mit einem Bauteil mittels induktivem Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen verbunden. Vor diesem Hintergrund Hegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit der Reparatur von Elementen, insbesondere Schaufelelementen von Gasturbinen, beispielsweise von Gasturbinen von Flugtriebwerken usw., bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung werden nun ein Verfahren zum Ausbilden, zum Reparieren und/oder zum Aufbau oder Ersatz eines Gasturbinenbauteils, sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt. Genauer gesagt wird ein Verfahren bereitgestellt zum Ausbilden, zur Reparatur und/oder zum Aufbau oder Ersatz eines Bauteils, insbesondere eines Schaufelelementes, bspw. einer Turbine oder eines Verdichters, eines Gasturbinengehäuseelements oder eines Gasturbinenscheibenele- ments, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
A) Bereitstellen eines Bauteils, und
B) Aufbauen zumindest eines Teils oder im Wesentlichen des gesamten Bauteils mittels kinetischem Kaltgaskompaktieren.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch das kinetische Kaltgaskompaktieren ein feinkörniges Schmiedegefüge erzielt werden kann. Des Weiteren ist durch das kinetische Kaltgaskompaktie- ren eine minimal invasive und individuelle Reparatur von beschädigten oder mit Verschleiß behafteten Bereichen von Gasturbinenbauteilen, wie z.B. Schaufelelementen, möglich. Dies bedeutet, dass nur die beschädigten Bereiche entfernt werden können und das fehlende Material individuell durch Kaltgas spritzen ergänzt werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
In einer erfindungsgemäßen Ausfilhrungsform wird der beschädigte und/oder mit Verschleiß behafteten Bereichs des Bauteils zunächst entfernt und dann der entfernte Bereich schichtweise an dem Bauteil aufgespritzt und der entfernte Bereich aufgefüllt durch kinetisches Kaltgaskompaktieren. Dabei kann der aufgefüllte Bereich mit einem Übermaß ausgebildet werden und später entsprechend nachbearbeitet werden, so dass er ein Sollmaß aufweist. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der beschädigte und/oder mit Verschleiß behafteten Bereich des Bauteils zunächst entfernt und dann in den entfernten Bereich des Bauteils ein entsprechendes Teil eingesetzt und mittels kinetischem Kaltgaskompaktieren mit dem Bauteil verbunden. Dies hat den Vorteil, dass ein größerer Bereich der zuvor aus dem Bauteil entfernt wurde leicht ersetzt bzw. wieder ausgefüllt werden kann.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform werden ein oder mehrere Schichten, welche durch das kinetische Kaltgaskompaktieren auf das Bauteil aufgetragen werden im Anschluss bearbeitet oder nachbearbeitet, beispielsweise mittels Fräsen und/oder einem elektrochemischen Verfahren. Dies hat den Vorteil, dass die vorbestimmte Kontur ausgebildet werden kann, wobei die Kontur beispielsweise einen gleichmäßigeren Aufbau aufweisen kann, dadurch, dass aufgespritzte Schichten nachbearbeitet werden. Des Weiteren können die Haftungsbedingungen für die nächste Schicht weiter verbessert werden, beispielsweise durch ein gezieltes Auftauen der Oberfläche des Bauteils.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Trennflächen oder Trennkanten, an welchen der beschädigte oder mit Verschleiß behaftete Bereich des Bauteils entfernt wurde, aktiviert, insbesondere durch Plasmareinigung oder durch mechanisches Strahlen, wie beispielsweise Partikelstrahlen. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen dem Bauteil und des durch kinetisches Kaltgaskompaktieren aufgefüllten Bereichs zusätzlich verbessert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Perspektivansicht eines zu reparierenden Bauteils, hier Schaufelelementes; und
Fig. 2 eine Ablaufdiagramm der Reparatur eines Bauteils, hier Schaufelelementes, gemäß der Erfindung. Im Nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines Schaufelelements als Beispiel für ein Gasturbinenbauteil näher beschrieben. Statt einem Schaufelelement kann aber auch jedes andere Element einer Gasturbine als Gasturbinenbauteil vorgesehen werden, beispielsweise ein Gastur- binengehäuseelement, ein Gasturbinenscheibenelement usw., um nur zwei weitere Beispiele für Gasturbinenbauteile zu nennen. In Fig. 1 ist eine stark vereinfachte Ansicht eines Schaufelelementes 10 als Gasturbinenbauteil dargestellt, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren repariert wird und beispielsweise als ein BLIS - Schaufelelement auf einer Scheibe als Bauteil 22 vorgesehen ist. Die Erfindung ist nicht auf die spezifische Darstellung des Schaufelelementes 10 in Fig. 1 beschränkt. Stattdessen dient die stark vereinfachte Darstellung des Schaufelelementes 10 als Gasturbinenbauteil lediglich zur Erläuterung der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt ist weist das Schaufelelement 10 beispielsweise im Bereich der Schaufelspitze 12 einen Bereich 14 mit einer Beschädigung auf. Gemäß der Erfindung wird ein beschädigtes Bauteil hier z.B. ein Schaufelelement 10, beispielsweise ein sog. BLISK („Bladed Disc") - Schaufelelemente oder ein BLING („Bladed Ring") - Schaufelelement, dadurch repariert, indem das Schaufelelement 10 bzw. Gasturbinenbauteil oder dessen Schaufelprofil bzw. Gasturbinenbauteilprofil mittels kinetischem Kaltgaskompaktiern (K3) zumindest teilweise aufgebaut oder ergänzt wird.
Hierzu wird bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaufelelement 10 in einem ersten Schritt zunächst beispielsweise der Bereich 14 entfernt oder ausgeschnitten, welcher eine Beschädigung und/oder einen entsprechenden Verschleiß aufweist. Der entfernte oder zu entfernende Bereich 16 welcher den beschädigten Bereich enthält ist in Fig. 1 dabei mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Die- se Linie zeigt die Trennkante oder den Trennbereich 22 an, an welchem der Bereich herausgeschnitten oder abgetrennt wird. Die Kontur des zu entfernenden Bereichs 16 kann beliebig variiert werden und ist auf die in Fig. 1 dargestellte Kontur nicht beschränkt. An dem Schaufelelement 10 können an verschiedenen Stellen beschädigte oder von Verschleiß betroffene Bereiche entfernt werden oder auch einzelne Bereiche zu einem zu entfernenden Bereich 16 zusammenge- fasst und von dem Schaufelelement 10 als ein Stück abgetrennt werden, wenn beschädigte Stellen oder von Verschleiß betroffene Stellen z.B. nahe beieinander liegen. Anschließend wird der fehlende Bereich 16 mittels kinetischem Kaltgaskompaktieren ergänzt bzw. wieder vollständig aufgefüllt, wie im Nachfolgenden mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird. Davor kann die Trennkante oder der Trennbereich 22 nach dem Abtrennen des abzutrennenden Bereichs 16 zunächst wahlweise zusätzlich aktiviert werden, beispielsweise durch Strahlen oder eine Plasmareinigung, bevor das kinetische Kaltgaskompaktieren erfolgt.
Ebenso kann aber auch ein Schaufelelementteil 18 in diesen abgetrennten Bereich 16 eingesetzt und dann über kinetisches Kaltgaskompaktieren mit dem Schaufelelement 10 verbunden werden. Das Schaufelelementteil 18 kann dabei entsprechend zu der Kontur des ausgeschnittenen Bereichs 16 vorgefertigt werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Das Schaufelelementteil 18 ist dabei ebenfalls stark vereinfacht und nicht maßstäblich in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2 ist nun ein Ablaufdiagramm der Reparatur eines Gasturbinenbauteils, z.B. hier eines Schaufelelementes, gemäß der Erfindung dargestellt, wobei ein Schaufelelement repariert werden kann, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.
Wie zuvor beschrieben, wird beispielsweise der beschädigte Bereich des Gasturbinenbauteils, hier Schaufelelementes, in Fig. 1 in einem ersten Schritt Sl zunächst entfernt. In einem nächsten Schritt S2 kann dann die Trennfläche, wo der beschädigte Bereich entfernt wurde, wahlweise zusätzlich aktiviert werden. Die Aktivierung der Trennfläche kann dabei beispielsweise mittels Strahlen oder einer Plasmareinigung erfolgen oder mittels einem anderen geeigneten Verfahren oder Kombination von Verfahren. In einem weiteren Schritt S3 wird das fehlende Material in dem ausgeschnittenen Bereich des zu reparierenden Schaufelelementes durch kinetisches Kalt- gaskompaktieren (K3) ergänzt, beispielsweise mit einem Aufmaß, oder in einer alternativen Aus- flihrungsform ein Schaufelelementteil in diesen Bereich in einem Schritt S3* eingesetzt und über kinetisches Kaltgaskompaktieren mit dem übrigen Schaufelelement anschließend in einem Schritt S3** verbunden.
Dabei werden Werkstoffpartikel oder Pulver aus Metall oder einer MetalUegierung, schichtweise oder in Zonen in dem entfernten Bereich des Schaufelelementes aufgesprüht, um das Schaufelelement z.B. in diesem Bereich schichtweise wieder aufzubauen oder ein eingesetztes Schaufelelementteil mit dem Schaufelelement zu verbinden. Dabei können die Schichten jeweils aus den gleichen Werkstoffpartikeln bzw. Werkstoffpulvern oder Kombination von Werkstoffpartikeln bzw. Werkstoffpulvern aufgebaut sein oder Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffpartikeln bzw. Werkstoffpulvern oder Werkstoffpartikelkombinationen bzw. Werkstoffpulverkombinationen kombiniert werden. Des Weiteren können die Schichten derart aufgetragen oder vorgesehen werden, so dass ein fließender Übergang zwischen den Schichten gegeben ist oder die Schichten voneinander getrennt sind.
Das Pulver aus Metall oder einer Metallegierung weist bei einen alternativen Ausführungsbeispiel Keramikpartikel bzw. Keramikpulver, Polymerpulver oder Partikel aus einem anderen nicht leitenden Werkstoff auf. Bei dem kinetischen Kaitgaskompaktieren wird das Pulver oder Pulvergemisch über eine Sprühdüse, insbesondere eine Lavaldüse, auf das Schaufelelement aufgebracht. Ein Spritz werkstoffstrahl wird dabei durch eine Expansion eines Trägergases und durch die Zufuhr des Pulvergemi- sches erreicht. Das Trägergas kann hierbei bei Bedarf zuvor auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur vorgeheizt werden. Das Aufheizen des Trägergases, beispielsweise Luft, Stickstoff, Helium und/oder Wasserdampf usw., vor dem Beschichten dient dabei in erster Linie dazu, die Ausströmgeschwindigkeit in der Sprühdüse zu steigern und die Schmiedeeigenschaften der Pulverpartikel zu verbessern.
Durch das kinetische Kaitgaskompaktieren ist keine Urschmelze für das Schaufelelement notwendig, sondern es können verschiedene Werkstoffe bzw. Werkstoffpulver miteinander gemischt werden, wobei ein weiter Bereich an Werkstoffkombinationen bzw. Werkstoffmi schlingen erzielt werden kann. Des Weiteren kann das Schaufelelement mit Bereichen mit unterschied- liehen Eigenschaften hergestellt werden, so kann beispielsweise das Schaufelelement mit einer Panzerung der Vorderkante bzw. einem Erosionsschutz ausgebildet werden, sowie mit einer Panzerung des Finbereichs und/oder einer Panzerung von sog. Z-Notches usw. Außerdem können Kurzfaserverstärkungen beim Aufbau von Schaufelelementen genutzt werden. Dabei kann bei Bedarf wenigstens eine oder auch jede Schicht Vor dem Aufsprühen der nächsten Schicht zusätzlich bearbeitet werden, um beispielsweise die gewünschte Geometrie des Schaufelelementes herzustellen und/oder um für die nächste Spritzschicht möglichst optimale Haftungsbedingungen durch eine gezielt strukturierte Oberfläche zu schaffen, beispielsweise durch ein Auftauen oder Abtragen der obersten Partikelschicht. Das Bearbeiten der jeweiligen Schicht kann dabei beispielsweise zumindest teilweise spanend, z.B. durch Fräsen, und/oder mittels eines elektrochemischen Verfahrens erfolgen.
Im Falle einer Neuteilfertigung eines Gasturbinenbauteils, z.B. hier Schaufelelementes, kann durch das kinetische Kaitgaskompaktieren auch ein Gasturbinenbauteil, hier ein Schaufelelement oder Schaufelblatt, generativ mit einem Aufmass gespritzt werden. Als Vorbereitung können dabei wahlweise zusätzlich beispielsweise ein oder mehrere Höcker oder Vorsprünge in den Grundkörper, z.B. einen Scheibengrundkörper bei einem BLISK („Bladed Disc") - Schaufel- element oder einen Ringgrundkörper bei einem BLING („Bladed Ring") - Schaufelelement, geformt, z.B. gefräst werden, auf welchen oder welche dann das Aufmass schaufelelement schient- weise aufgespritzt wird. Dabei kann, wie zuvor beschrieben bei Bedarf wenigstens eine oder auch jede Schicht vor dem Aufsprühen der nächsten Schicht zusätzlich bearbeitet werden, um beispielsweise die gewünschte Geometrie des Schaufelelementes herzustellen und oder um für die nächste Spritzschicht möglichst optimale Haftungsbedingungen durch eine gezielt struktu- rierte Oberfläche zu schaffen. Ebenso kann aber auch erst am Ende des Aufspritzens aller
Schichten durch ein elektrochemisches Verfahren und/oder durch einen Fräsprozess die Endkontur des Schaufelelementes hergestellt werden. Dies gilt entsprechend, wenn wie zuvor beschrieben, nur ein ausgeschnittener Bereich eines Schaufelelementes ergänzt wird. Auch hier kann das Schaufelelement erst am Ende durch ein elektrochemisches Verfahren oder durch Fräsen seine Endkontur erhalten.
Neben dem Schaufelaufbau auf wenigstens einem vorbereiteten Höcker oder Vor Sprung kann auch direkt z.B. auf eine Scheibe oder einen Ring das Schaufelelement beispielsweise mit Auf- mass durch kinetisches Kaltgaskompaktieren aufgespritzt werden. Dabei kann ein nachträgliches Fräsen oder Absenken beispielsweise eines Ringraums eines B LI SK- Schaufelelementes mit dem Abdünnen des Schaufelelementes auf ein vorbestimmtes Sollmaß verbunden werden. Das Verfahren eignet sich auch zur Ergänzung von Bauteilen um somit die Rohteile stark verjüngen zu können z. B. bei Gehäusen. Die Erfindung ist nicht auf Fräsen oder ein elektrochemisches Verfahren zur Bearbeitung eines Schaufelelementes beschränkt. Grundsätzlich kann jedes andere Verfahren oder Kombination von Verfahren verwendet werden, das geeignet ist, das Schaufelelement entsprechend zu bearbeiten, d.h. mit der gewünschten Kontur auszubilden und/oder optimale Haftungsbedingungen zu erreichen durch Schaffen einer gezielt strukturierten Oberfläche.
Das Ergänzen des ausgeschnittenen beschädigten und/oder verschlissenen Bereichs des Schaufelelementes mittels kinetischem Kaltgaskompaktieren hat den Vorteil, dass sich in der kinetischen Kaltgaskompaktierten Schicht oder Schichten kein Schmelzgefüge bildet bzw. vorhanden ist sondern ein feinkörniges Schmiedegefüge. Des Weiteren ermöglicht das kinetische Kalt- gaskompaktieren eine minimal invasive und individuelle Reparatur von beschädigten oder verschlissenen Bereichen. Darüber hinaus erlaubt das erfindugnsgemäße Verfahren einen generativen Aufbau von Schmiedeschaufeln beispielsweise für BLISK. Außerdem kann die Werkstoffauswahl starker an die Bedürfnisse bzw. den Einsatzzweck des jeweiligen Schaufelelementes angepasst werden, da beispielsweise verschiedene Pulverzusammensetzungen miteinander verschmiedet werden können.
Des Weiteren kann das jeweilige Schaufelelement im Anschluss an das kinetische Kaltgaskom- paktieren weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen werden. So kann das Schaufelelement beispielsweise einer Wärmebehandlung unterzogen werden usw.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausftihrungsbeispiele miteinander kombinierbar, insbesondere einzelne Merkmale davon. Wie zuvor bereits beschrieben, kann statt eines Schaufelelements als Gasturbinenbauteil auch jedes andere Element oder Teil einer Gasturbine als Gasturbinenbauteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet, repariert oder ausgetauscht werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Ausbilden, Reparieren und/oder Aufbauen eines Bauteils (10), insbesondere eines Schaufelelementes (10) einer Gasturbine, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Bauteils (10); und
Aufbauen zumindest eines Teils des Bauteils (10) mittels eines kinetischen Kaltgaskom- paktierens.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
Entfernen wenigstens eines beschädigten und/oder mit Verschleiß behafteten Bereichs (14, 16) des Bauteils (10); und
zumindest schichtweise Aufbauen des entfernten Bereichs (14, 16) mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
Entfernen wenigstens eines beschädigten oder mit Verschleiß behafteten Bereichs (14, 16) des Bauteils (10); und
Einsetzen eines Teils (18) in den entfernten Bereich (16) und Verbinden des Teils (18) mit dem Schaufel element (10) mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kaltgaskompaktierens ferner den folgenden Schritt aufweist: Bearbeiten oder Nachbearbeiten wenigstens einer mittels des kinetischen Kaltgaskompaktierens aufgetragenen Schicht zum Herstellen einer vorbestimmten Bauteilkontur und/oder zum Bereitstellen von verbesserten Haftungsbedingungen für die nachfolgende Schicht, wobei das Bearbeiten oder Nachbearbeiten einer zugeordneten Schicht elektrochemisch und/oder durch Fräsen durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: Aktivieren oder Reinigen der Trennflächen oder Trennkanten (20), an welchen der beschädigte oder mit Verschleiß behafteten Bereich (14) des Bauteils (10) entfernt wurde, insbesondere mittels einer Plasmareinigung oder mittels eines mechanischen Strahlverfahren.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden wenigstens eines Höckers oder Vorsprungs an einem Bauteil (22), auf welchem ein Bauteil (10), insbesondere ein vollständiges oder komplettes Schaufelelement (10), aufzubauen oder zu ergänzen ist; und
Ausbilden des Bauteils (10) an dem Höcker oder Vorsprung mittels eines kinetischen Kalt- gaskompaktierens .
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden eines Bauteils (10), insbesondere eines vollständigen oder kompletten Schaufelelementes, auf einem Bauteil (22) mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens mit Aufmaß; und
Absenken des Bauteils (22) und Abdünnen des Bauteils (10) auf ein Sollmaß.
Bauteil (10), insbesondere Schaufelelement, Gehäuseelement und/oder Scheibe, wobei zumindest ein Teilbereich (16) des Bauteils (10) mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens ausgebildet ist oder das Bauteil (10) und ein in das Bauteil (10) eingesetztes Teil (18) mittels eines kinetischen Kaltgaskompaktierens verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine durch das kinetische Kaltgaskompaktieren aufgetragene Schicht des Bauteils (10) zum Herstellen einer vorbestimmten Bauteilkontur und/oder zum Bereitstellen von verbesserten Haftungsbedingungen für die nachfolgende Schicht bearbeitet oder nachbearbeitet sind, wobei die zugeordnete Schicht elektrochemisch und/oder durch Fräsen bearbeitet ist.
Bauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10), insbesondere ein Schaufelelement, auf wenigstens einem Höcker oder einem Vorsprung eines zugeordneten Teils (22) durch ein kinetisches Kaltgaskompaktieren aufbringbar ist.
11. Bauteil nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteil (10) ein Schaufelelement ist, wobei das Schaufelelement als BLISK-Schaufelelement oder als BLING- Schaufelelement ausgebildet ist.
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