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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Hohlkörpers sowie ein Verfahren zur Reparatur und/oder
Herstellung von Hohlräumen in einer Beschichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Die
Formgebung von Werkstoffen zur Ausbildung von Bauteilen wird vielfältig
im Stand der Technik eingesetzt. Gleichwohl besteht weiterhin ein
Bedürfnis die Effizienz der Verfahren zu verbessern und Bauteile
mit optimierten Eigenschaften zu erhalten.
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Aus
der
DE 40 23 618 C1 ist
die Herstellung eines Formhohlkörpers aus Metall, Hartmetall
oder Keramik bekannt, bei dem ein Kern aus einem Salz durch Flamm-
oder Plasmaspritzverfahren mit einem Werkstoff umgeben wird. Nach
dem Aufbau der Ummantelung wird der Kern durch Wasser aufgelöst
und aus dem Hohlkörper herausgelöst. Dadurch kann
ein Formhohlkörper bzw. Formkörper mit einer komplexen
Hohlraumgeometrie hergestellt werden. Allerdings ist die Einsetzbarkeit
des Verfahrens auf Grund des Salzkerns und der verwendeten Beschichtungsverfahren
stark eingeschränkt.
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Aus
der
DE 10 225 062
A1 ist ein Verfahren zur Ausbildung von Kühlkanälen
für Zylinderlaufbuchsen in einem Verbrennungsmotor bekannt,
bei welchem die Zylinderlaufbuchsen durch Beschichtung erzeugt werden.
Hierbei wird in der zu beschichtenden Oberfläche ein Draht
aus AlSn20 in entsprechende Nuten des Motorblocks eingelegt ist,
um nach dem Beschichten durch Wasser aufgelöst zu werden,
so dass Kühlkanäle unter der Beschichtung ausgebildet
werden.
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Obwohl
damit Verfahren bekannt sind, die es erlauben Bauteile mit Hohlräumen
bzw. Hohlstrukturen und Hohlkörper zu bilden, wobei ein
Formkern beschichtet wird und der beschichtete Kern nach der Aufbringung
der Beschichtung aufgelöst wird, um den Hohlraum zu formen,
ist deren Einsatz wenig verbreitet. Dies mag daran liegen, dass
bei der
DE 40 236 18
C1 ein Kern aus einem Salz verwendet wird, welcher schwer
zu handhaben ist und der nur eingeschränkt beschichtet
werden kann. Bei der
DE
10 225 062 A1 ist das Verfahren darauf beschränkt,
lediglich eine flächige Beschichtung vorzusehen und das
aufzulösende Metall als vorgeformten Draht in einer Nut
einzulegen. Damit ist die Einsatzmöglichkeit entsprechend
beschränkt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie
entsprechende Bauteile zur Verfügung zu stellen, die die
Nachteile des Standes der Technik überwinden und eine allgemein
und flexibel einsetzbare, für dreidimensionale Strukturen verwendbare
Herstellungsmöglichkeit für beliebig geformte
Hohlkörper zu schaffen. Insbesondere soll ein Verfahren
angegeben werden, welches eine einfache, leicht handhabbare Möglichkeit
schafft, beliebig komplexe dreidimensionale Hohlkörperstrukturen
zu schaffen bzw. wiederherzustellen, die eine ausreichende mechanische
Stabilität aufweisen und deren Oberfläche im Hohlraum
definierte Eigenschaften aufweisen kann.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung
entsprechender Hohlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und/oder des Anspruchs 3 sowie ein Verfahren zur Reparatur und/oder
Herstellung von Hohlräumen in einer Beschichtung auf einem
Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und durch Bauteile gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 17. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall, Keramik,
Glas, Quarz, Kunststoff oder aus entsprechenden Verbundwerkstoffen
beispielsweise aus Metall und Keramik beansprucht, bei welchem der
Hohlkörper mindestens einen Hohlraum aufweist und welches
die Herstellung eines Formkörpers mit einer zumindest teilweise
die Form des Hohlraums aufweisenden Außenform vorsieht.
Der Formkörper wird aus einem Material gebildet, welches
durch ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser oder
Säure, oder durch Aufschmelzen in einen fließfähigen
Zustand versetzbar ist, so dass der Formkörper nach der
Herstellung des Hohlkörpers oder Hohlraums aus diesem heraus
gelöst werden kann. Hierbei wird das Material für
den Formkörper so gewählt, dass die Schmelztemperatur
in einem Bereich liegt, welche für den gebildeten Hohlkörper
unschädlich ist.
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Der
entsprechende Formkörper wird mit einem Schichtmaterial
beschichtet, welches den Hohlkörper bildet. Nach der Bildung
des Hohlkörpers durch die Beschichtung des Formkörpers
wird der Formkörper entsprechend mit einem Lösungsmittel aufgelöst
oder aufgeschmolzen und aus dem Hohlkörper bzw. dem entsprechenden
Hohlraum heraus gelöst.
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Die
Beschichtung des Formkörpers erfolgt erfindungsgemäß bei
dem ersten Aspekt der Erfindung durch Pulverspritzgießen.
Diese Verfahren besitzen gegenüber dem aus dem Stand der
Technik bekannten Vorgehen den Vorteil, dass definierte, gleichmäßig
dicke und insbesondere stabile, als Strukturbauteile einsetzbare
Hohlkörper gebildet werden können. Das Pulverspritzgießen
ermöglicht auch die Verwendung von Werkstoffen, die ansonsten
zur Bildung eines entsprechenden Hohlkörpers unter Umständen
nicht eingesetzt werden könnten. Außerdem können
sehr komplexe Hohlraumgeometrien ermöglicht werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den
selbständig und unabhängig sowie in Kombination
mit anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird, wird das
Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus Metall,
Keramik, Kunststoff, Glas, Quarz oder einem Verbundwerkstoff beispielsweise
aus Metall und Keramik mittels Beschichten eines Formkörpers
dadurch gegenüber dem Stand der Technik erweitert und der
Einsatzbereich somit flexibler gestaltet, indem das Beschichten des
Formkörpers zur Bildung des Hohlkörpers die Abscheidung
mehrerer Schichten umfasst. Dadurch können Funktions- und
Schutzschichten an der Oberfläche des Hohlraums angeordnet
werden, so dass Bauteile für verschiedenste Einsatzzwecke
gefertigt werden können. Zudem können wiederum
bei sehr komplexen Hohlraumgeometrien gleichmäßige Schichtdicken
erzielt werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den
selbständig und unabhängig sowie in Kombination
mit anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird, kann das
Verfahren insbesondere zur Herstellung und/oder Reparatur von Beschichtungen
von einem Bauteil vorgesehen werden, wobei die Beschichtung mindestens
einen Hohlraum umfasst, der durch die Beschichtung hindurch läuft.
Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise ein Turbinenbauteil,
wie beispielsweise eine Turbinenschaufel sein, die Kühlkanäle
aufweist, welche durch die Beschichtung hindurch gehen. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren mit der Ausbildung
eines Formkörpers, Anordnen des Formkörpers an
dem Bauteil und Beschichten des Formkörpers sowie des Bauteils
mit dem Schichtmaterial, welches die Beschichtung bildet und welches
die entsprechenden Hohlräume umfasst, kann in sehr einfacher
Weise wiederum eine komplexe Hohlraumgeometrie sowohl bei der Neuherstellung
entsprechender Bauteile als auch bei der Reparatur der Bauteil gebildet
werden. Insbesondere für die Reparatur von Turbinenschaufeln
mit Wärmedämmschichten und entsprechenden Korrosions-
und Diffusionsschutzschichten, die zudem Kühlkanäle
aufweisen, hat sich ein entsprechendes Verfahren als Reparaturverfahren
als vorteilhaft erwiesen.
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Hierzu
kann beispielsweise der Formkörper, dessen Außenform
die Verlängerung einer Aussparung im Bauteil, wie beispielsweise
eines Kühlkanals, darstellen, einfach an dem Bauteil, insbesondere
teilweise in der Aussparung angeordnet werden, so dass anschließend
die Beschichtung des Bauteils wieder ergänzt oder neu aufgebracht
werden kann.
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Auch
hier können zwei oder mehr Schichten abgeschieden werden,
so dass insbesondere ein Multilayer-Schichtaufbau, wie er häufig
bei entsprechenden Turbinenschaufeln mit Wärmedämmschichten
und Heißgaskorrosionsschutzschichten zu finden ist, aufgebaut
werden kann.
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Bei
der Ausbildung von Schutzschichten und/oder Funktionsschichten auf
der Oberfläche des zu bildenden Hohlraums werden die entsprechenden Schutz-
und/oder Funktionsschichten zuerst auf dem Formkörper aufgebracht
und nachfolgend wird erst das Schichtmaterial aufgebracht, welches
den eigentlichen Hohlkörper bzw. die Beschichtung eines Bauteils
bildet.
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Mit
Schutzschichten sind sowohl Schutzschichten gemeint, die als Schutz
nachfolgender Schichten beim Herstellungsprozess dienen, als auch
Schutzschichten, die den Hohlkörper bzw. den Hohlraum im
späteren Gebrauch schützen, auch wenn diese hier
auch als Funktionsschichten bezeichnet werden können.
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Entsprechend
können die Schutzschichten insbesondere wasserfeste Lackschichten
und metallische Schichten aus Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen,
MCrAlY-Legierungen mit M = Nickel und/oder Kobalt umfassen, wobei
beispielsweise die wasserfesten Lackschichten dazu dienen, die nachfolgenden
Schichten vor einem Angriff des Lösungsmittels Wasser beim
Auflösen des Formkörpers mit Wasser zu schützen.
Entsprechend können auch säureresistente Schichten
vorgesehen werden, wenn als Lösungsmittel Säure
verwendet wird. Allgemein können somit Lösemittel
beständige Schichten vorgesehen werden, die auf das verwendete
Lösemittel zum Herauslösen des Formkörpers
abgestimmt sind.
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Die
metallischen Schichten aus Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen und/oder
MCrAlY-Legierungen mit M = Nickel und/oder Kobalt dienen insbesondere
dem Schutz bei weiteren Abscheidungen von Schichten, beispielsweise
durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder kinetisches Kaltgasspritzen.
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Als
Funktionsschichten können eine Vielzahl unterschiedlichster
Schichten vorgesehen werden, die unterschiedlichste Funktionen an
der Oberfläche oder im oberflächennahen Bereich
der Oberfläche des Hohlraums erfüllen können.
Beispielsweise können Schlicker-Schichten abgeschieden
werden, die zur Erzeugung einer Diffusionsbeschichtung dienen, insbesondere
einer Alitierung oder einer Inchromierung. Es können metallische
Donor-Schichten für Diffusionsbeschichtungen, insbesondere
Chrom, Aluminium, Platin und/oder Palladium-Schichten vorgesehen
werden, die bei der weiteren Bearbeitung des Hohlkörpers
bzw. der Beschichtung auf einem Bauteil zu entsprechenden Diffusionsbeschichtungen beitragen
können, die z. B. wiederum Korrosionsbeständigkeit
für den Hohlraum bereitstellen. Außerdem können
metallische Schichten zur Erzeugung von Leitfähigkeit,
Hartstoffschichten gegen Verschleißbeanspruchungen, Wärmedämmschichten, wie
beispielsweise Zirkon-stabilisiertes Yttriumoxid zum Temperaturschutz,
Korrosionsschutzschichten wie beispielsweise MCrAlY-Schichten mit
M = Nickel oder Kobalt oder keramische Schichten vorgesehen werden.
Prinzipiell ist das Vorsehen verschiedenster Funktionsschichten
mit allen möglichen geeigneten Funktionen möglich.
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Bei
der Abscheidung mehrerer Schichten auf dem Formkörper und/oder
bei der Reparatur und/oder Herstellung von Beschichtungen mit durchgehenden
Hohlräumen können verschiedenste Beschichtungsverfahren
eingesetzt werden, wie galvanisches Beschichten, thermisches Spritzen,
Lichtbogendrahtspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Plasmaspritzen,
Pulverspritzgießen, Metallpulverspritzgießen,
Keramikpulverspritzgießen, Kaltgasspritzen, kinetisches
Kaltgasspritzen, Auftragschweißen, Laser-Pulver-Auftragschweißen,
Schlickerauftrag, Streichen, Pinseln, Sprühspritzen, chemische
und stromlose Metallisierung sowie Kombinationen daraus. Insbesondere
können unterschiedliche Schichten in einem Schichtenstapel,
mit unterschiedlichen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden.
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Bei
der Verwendung des Pulverspritzgießens insbesondere des
Metallpulverspritzgießens oder Keramikpulverspritzgießens
umfasst das Herstellungsverfahren auch einen Schritt der Entfernung des
Bindemittels (Entbinderung) und/oder einen Schritt der Sinterung
und/oder Wärmebehandlung des Schichtmaterials des durch
Spritzguss erzeugten Grünkörpers. Der Formkörper
kann hierbei entweder aus dem spritzgegossenen Grünling,
dem von Bindemittel befreiten Braunteil (Metallpulverspritzgießen) oder
Weißteil (Keramikpulverspritzgießen) oder dem fertig
gesinterten Hohlkörper herausgelöst werden.
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Das
Bindemittel, welches zur Formgebung beim Pulverspritzgießen
vorgesehen wird, kann so gewählt werden, dass ein Herauslösen
des Formkörpers ohne einen Angriff auf das Bindemittel
des Grünlings stattfindet. In diesem Fall kann dann auf eine
entsprechende Schutzschicht zwischen Formkörper und dem
Schichtmaterial für die Bildung des Hohlkörpers
bzw. der Beschichtung verzichtet werden.
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Bei
der Herstellung des Hohlkörpers bzw. der Beschichtung können
weitere Verfahrensschritte, wie die Bearbeitung der äußeren
Form der abgeschiedenen Schichten oder einzelne Schichten und/oder Schritte
zur Einstellung der Eigenschaften des oder der Werkstoffe, beispielsweise
durch Temperaturbehandlung, vorgesehen sein. Insbesondere kann eine Temperatur-
bzw. Wärmebehandlung vorgesehen sein, welche die letztendliche
Erzeugung der Oberflächenschicht(en) an der Oberfläche
des Hohlraums zur Folge hat.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren können
komplizierte Hohlraumgeometrien mit Beschichtungen versehen werden
und an entsprechenden Bauteilen vorgesehen werden. Insbesondere sind
komplexe Hohlraumgeometrien möglich, wobei eine Beschichtung
des Formkörpers von mehr als einer Seite, insbesondere
ein umlaufende Beschichtung von mehreren Seiten erfolgen kann. Bei
Betrachtung eines Körpers von sechs Seiten gemäß der unabhängigen
Raumrichtungen, beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem,
kann insbesondere eine Beschichtung von vier oder fünf
Seiten stattfinden, wobei jeweils zwei Seiten einer unabhängigen
Raumrichtung zugeordnet sind.
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Entsprechend
werden nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch
für die nach dem Verfahren hergestellten Bauteile Schutz
beansprucht, insbesondere für Flugturbinenbauteile, wie Flugturbinenschaufeln,
sowie insbesondere Hohlkörper mit komplexen Hohlräumen
die nahezu abgeschlossen sind oder schwer zugänglich sind
und die trotzdem eine gleichmäßige, homogene Beschichtung
der Oberfläche des Hohlraums aufweisen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
weiteren Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich werden.
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Die
Figuren zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 die
Verfahrensschritte zur Herstellung eines Hohlkörpers gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 die
Verfahrensschritte zur Reparatur bzw. Herstellung einer Beschichtung
mit Hohlräumen nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 die
Verfahrensschritte zur Herstellung eines Hohlkörpers mit
an der Oberfläche des Hohlraums vorgesehener Beschichtung
nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und in
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4 die
Verfahrensschritte für die Herstellung eines Hohlkörpers
mit an der Oberfläche des Hohlraums vorgesehener Beschichtung
nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt
in den Teilbildern a) bis d) Verfahrensschritte zur Herstellung
eines Hohlkörpers 5 gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird gemäß dem
Teilbild a) zunächst ein Formkörper 1 hergestellt,
welcher auch als Rohling bezeichnet werden kann. Dieser Formkörper kann
beispielsweise aus einer wasserlöslichen Legierung wie
zum Beispiel AlSn20 gebildet werden. Hierzu sind sämtliche
Herstellungs- und Formgebungsverfahren, die für die Herstellung
des Formkörpers geeignet sind, denkbar.
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Der
Formkörper 1 wird dann mit einer Beschichtung 2 versehen,
welche gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung durch Pulverspritzgießverfahren hergestellt
wird. Wird die Beschichtung 2 aus einem metallischen Werkstoff
hergestellt, wird das Metallpulverspritzgießverfahren eingesetzt, während
bei einer keramischen Beschichtung oder einer Beschichtung aus einem
Verbundmaterial aus Metall und Keramik, wie beispielsweise Cermet,
ein Keramikpulverspritzgießverfahren eingesetzt wird. Bei
diesen Verfahren wird das Metall bzw. Keramikpulver bzw. Pulver
aus einem Verbundwerkstoff mit einem Bindemittel versehen und über
einen Spritzgießprozess in eine Gussform gespritzt, in
der der Formkörper 1 als Kern enthalten ist.
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Nach
dem Spritzgießen des Pulvers mit Bindemitteln liegt ein
sogenannter Grünling vor, der das Pulver mit dem Bindemittel
als Beschichtung auf dem Formkörper 1 umfasst
(siehe Teilbild c)). Der Grünling 3 kann nunmehr
zu einem fertig bearbeiteten Hohlkörper weiter verarbeitet
werden, in dem das Bindemittel herausgelöst wird. Das Bindemittel
kann hierbei durch Auflösen in einem Lösemittel,
durch Ausschmelzen oder durch katalytisches Entbinden, d. h. die Überführung
des Bindemittels in den gasförmigen Zustand herausgelöst
werden. Das dadurch entstehende Braunteil bei metallischen Werkstoffen bzw.
Weißteil bei keramischen Werkstoffen kann durch eine entsprechende
Wärmebehandlung, d. h. Sintern in die fertige Form bzw.
den Endzustand gebracht werden. Bei der Wärmebehandlung
des fertig gesinterten Bauteils kann die Wärmebehandlung
so vorgenommen werden, dass auch eine entsprechend geeignete Einstellung
der Eigenschaften des Beschichtungsmaterials bzw. des Materials
des Hohlkörpers eingestellt wird.
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Nach
der fertigen Sinterung des Hohlkörpers 5 kann
der Formkörper 1 durch Schmelzen oder Auflösen,
beispielsweise in Wasser herausgelöst werden, so dass sich
der Hohlraum 4 in dem fertig hergestellten Bauteil bzw.
Hohlkörper 5 ergibt.
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Allerdings
kann nach einer alternativen Vorgehensweise der Formkörper 1 bereits
aus dem Grünling 3 oder nach dem Herauslösen
des Bindemittels aus dem Braunteil bzw. Weißteil herausgelöst werden.
Wird der Formkörper 1 aus dem Grünling durch
ein Lösemittel, wie beispielsweise Wasser oder eine Säure
herausgelöst, so ist das Bindemittel für das spritzgegossene
Pulver so zu wählen, dass es nicht durch das Lösemittel
für den Formkörper 1 herausgelöst
wird. Alternativ kann, wie in einer weiteren Ausführungsform
gezeigt wird, als erste Schicht eine Schutzbeschichtung auf dem
Formkörper 1 vorgesehen werden, welche die nachfolgende
Schicht, die den späteren Hohlkörper bildet, beim
Herauslösen des Formkörpers vor dem Lösemittel
schützt.
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Die 2 zeigt
in den Teilbildern a) bis e) eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher Hohlräume in einer Beschichtung
hergestellt werden bzw. eine entsprechende Beschichtung, die Hohlräume
aufweisen soll, repariert werden kann. Insbesondere zeigt die 2 ein
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung bzw. Reparatur einer
Beschichtung eines Turbinenbauteils, wie beispielsweise einer Turbinenschaufel,
die Hohlräume, wie beispielsweise Kühlkanäle
umfasst.
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Bei
der Ausführungsform der 2 wird gemäß dem
Teilbild a) zunächst ein Bauteil 10, welches Hohlräume 11 aufweist,
zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann es sich hierbei
um eine Turbinenschaufel 10 mit Kühlkanälen 11 handeln.
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Wie
in Teilbild b) der 2 zu sehen ist, werden in die
Kühlkanäle 11 zumindest teilweise Formkörper 12 eingesetzt,
die wiederum in jeder geeigneten Art und Weise aus einem Material
hergestellt werden können, welches als Kern für
die Bildung der Beschichtung geeignet ist und später entsprechend
aufgelöst oder aufgeschmolzen werden kann. Der Formkörper 12 stellt
hierbei eine Verlängerung der Kühlkanäle 11 dar.
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Auf
das so vorbereitete Bauteil 10 wird in einer geeigneten
Art und Weise eine Beschichtung 13 aufgebracht, welche
den oder die Formkörper 12 von mehreren Seiten
zumindest teilweise umschließt. Sind die Formkörper 12 beispielsweise
als Stifte ausgebildet, die in den Kühlkanälen 11 des
Bauteils der Turbinenschaufel 10 angeordnet sind, werden
sie gemäß der Beschichtung, wie sie in Teilbild
c) der 2 durchgeführt wird, von fünf
Seiten, die den unabhängigen Raumrichtungen zugeordnet
sind, umschlossen.
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Die
Schicht 13 wird gemäß Teilbild d) der 2 mechanisch
nachbearbeitet, wobei ein Teil der Schicht 13 abgetragen
wird und auch ein Teil der Formkörper 12 entfernt
wird. Dadurch ergibt sich eine bearbeitete Oberfläche 14 der
Schicht 13. In diesem fertig bearbeiteten Zustand werden
die Formkörper 12 aus den Kühlkanälen 11 beispielsweise
durch Auflösen in Wasser oder einem sonstigen Lösungsmittel wie
Säure bzw. Ausschmelzen heraus gelöst, so dass
die Hohlräume 16 als Verlängerung der
Kühlkanäle 11 in der Schicht 13 ausgebildet
werden. Damit lassen sich in einfacher Weise für Turbinenschaufeln 10 mit
Kühlkanälen 11 Beschichtungen 13 erzielen, die
einen Durchgang der Kühlkanäle 11 aufweisen.
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Die 3 zeigt
in den Teilbildern a) bis h) eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher ein Bauteil mit einem Hohlraum, also
ein Hohlkörper 27 geschaffen wird, welcher im
Innenraum bzw. Hohlraum 26 eine Diffusionsbeschichtung
beispielsweise eine Alitierschicht oder eine Inchromierschicht (Alitierung
bzw. Inchromierung) 28 aufweist (siehe Teilbild h) der 3).
In dieser Ausführungsform wird wiederum ein Formkörper 20 aus
beispielsweise einer wasserlöslichen Legierung oder einem sonstigen
aufschmelzbaren oder auflösbaren Werkstoff bereitgestellt,
welcher in geeigneter Weise in die entsprechende Form gebracht werden
kann.
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Auf
diesen Formkörper 20 wird eine Lackierung aus
einem wasserfesten Lack 21 aufgebracht, die zum Schutz
der nachfolgend aufgebrachten Beschichtung beim Herauslösen
des Formkörpers 20 dient.
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Bei
der Schutzschicht 21 kann es sich außer dem wasserbeständigen
Lack auch um eine metallische Schutzschicht handeln. Alternativ
könnte hier auch eine Donorschicht für die Diffusionsbeschichtung
vorgesehen sein, beispielsweise eine Chrom-Schicht bei einer Inchromierung.
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Auf
die Lackschicht 21 wird ein Schlicker 22 aufgebracht,
der für die spätere Diffusionsbeschichtung genutzt
wird. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Schlicker der
Markenbezeichnung Ceral 10 für die Alitierung
bzw. Ceral 20 für die Inchromierung handeln. Die
Schlickerschicht kann durch Aufpinseln oder durch Aufbringung mittels
einer Spritzpistole, also durch Sprühspritzen, aufgebracht werden.
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Auf
die Schlickerschicht 22 für die spätere Diffusionsbeschichtung
kann eine weitere Schutz- bzw. Funktionsschicht 23 abgeschieden
werden, wie beispielsweise ein wasserunlöslichen Lack zum Schutz
des Schlickers, eine Bekeimungsschicht mit zum Beispiel Palladium,
um das Bauteil leitfähig zu machen, eine Nickelschicht,
die durch galvanisches oder stromloses Vernickeln aufgebracht ist,
eine galvanisch abgeschiedene Schicht aus Platin oder Palladium
zur Ausbildung einer Platin-/Aluminiumschicht oder einer Palladium-/Aluminiumschicht,
wenn die Schlickerschicht zur Alitierung vorgesehen ist, sowie um
eine metallische Schicht wie zum Beispiel eine Schicht aus Nickel,
Nickel-Chrom oder MCrAlY mit M = Ni und/oder Co. Dies Schichten
können in unterschiedlicher Art und Weise durch thermische
Spritzverfahren, chemische, stromlose Metallisierung, galvanisches
Abscheiden oder in sonstiger geeigneter Weise aufgebracht werden.
Hier sind vielfältige Funktions- und/oder Schutzschichten
in Mehrlagenausführung und in beliebigen Kombinationen
denkbar.
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Auf
dieser optionalen Funktions- und/oder Schutzschicht 23,
die unter Umständen auch weggelassen werden kann, wenn
der nachfolgende Beschichtungsprozess zur Aufbringung des Basismaterials
für den Hohlkörper dieses erlaubt, wie beispielsweise
bei Pulverspritzgießverfahren, wird das Material für
die Ausbildung der wesentlichen Struktur des Hohlkörpers,
das sogenannte Basismaterial aufgebracht, wobei hier sämtliche
Beschichtungsverfahren eingesetzt werden können, die zur
Ausbildung einer entsprechenden Schicht auf dem vorbereiteten Formkörper 20 möglich
sind. Hier sind sämtliche Verfahren, wie thermisches Spritzen,
galvanische Abscheidung, Pulverspritzgießverfahren, Auftragschweißverfahren
oder sonstige Verfahren denkbar. Insbesondere können Hochgeschwindigkeitsflammspritzen,
Plasmaspritzverfahren wie Lichtbogendrahtspritzen oder kinetisches
Kaltgasspritzen sowie Metallpulverspritzgießverfahren und
Keramikpulverspritzgießverfahren eingesetzt werden. Die
Basismaterialschicht 24 kann gemäß dem
Teilbild f) der 3 bei Bedarf entsprechend mechanisch
bearbeitet werden, wie beispielsweise mit der bearbeiteten Oberfläche 25 im
Teilbild f) der 3 angedeutet ist. Dieser Schritt
kann beispielsweise beim Pulverspritzgießverfahren entfallen.
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Nach
der Fertigstellung der Form des Hohlkörpermaterials 24 bzw.
der Basismaterialschicht 24 kann der Formkörper 20 durch
geeignete Verfahren wie Auflösen oder Aufschmelzen aus
dem Hohlkörper herausgelöst werden, so dass sich
ein Hohlraum 26 ergibt wie in Teilbild g) der 3 zu
sehen ist.
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Danach
schließt sich eine Temperaturbehandlung des Hohlkörpers 27 an,
bei dem sich teilweise die aufgebrachten Schichten 21, 22, 23 auflösen
und/oder zumindest entsprechend umwandeln bzw. untereinander oder
mit dem Basismaterial des Hohlkörpers, das in der Schicht 24 abgeschieden worden
ist, reagieren. Dadurch bildet sich beispielsweise eine Diffusionsschicht 28 aus,
die als Alitierung oder Inchromierung die Oberfläche des
Hohlraums 26 auch bei komplexer Hohlraumgeometrie gleichmäßig
und homogen, und insbesondere mit gleichmäßiger
Schichtdicke umgibt.
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Die 4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
wobei die einzelnen Verfahrensschritte schematisch in den Teilbildern
a) bis e) der 4 dargestellt sind.
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Im
ersten Schritt wird gemäß Teilbild a) der 4 wiederum
ein Formkörper 30 bereitgestellt, welcher aus
einem Material gebildet ist, welches entsprechend geformt werden
kann und wieder aufgelöst oder aufgeschmolzen werden kann.
Beispielsweise kann es sich auch hier wiederum um eine wasserlösliche
Legierung wie AlSn20 handeln. Auf dem Formkörper wird eine
Auflageschicht, wie beispielsweise eine MCrAlY-Schicht mit M = Ni
und/oder Co aufgebracht, wobei alle möglichen geeigneten
Abscheidungsverfahren geeignet sind. Insbesondere können
auch Mehrlagensysteme aus metallischen, keramischen oder entsprechenden
Verbundmaterialien aufgebracht werden.
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Auf
die Beschichtung 31, die im Teilschritt b) der 4 aufgebracht
worden ist, wird wiederum eine Schicht 32 aufgebracht,
die das Material für den eigentlichen Hohlkörper
umfasst. Auch diese Schicht 32 kann mit allen gängigen
Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, wobei beispielsweise
kinetisches Kaltgasspritzen bevorzugt sein kann.
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Die
Schicht 32 wird im Teilschritt d) wieder entsprechend in
Form gebracht, wobei beispielsweise eine mechanische, wie spannabhebende
Bearbeitung der äußeren Form möglich
ist.
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Nach
der Fertigstellung des Hohlkörpers 34 in Form
einer entsprechenden Ausbildung der äußeren Schicht 32 wird
der Formkörper 30 herausgelöst, wie beispielsweise
durch Auflösen des Formkörpers mittels Wasser,
so dass ein Hohlraum 35 gebildet ist. Auf diese Art und
Weise kann ein Hohlkörper mit einem Hohlraum 35 gebildet
werden, der eine innen liegende Auflageschicht beispielsweise aus
MCrAlY aufweist. Hier kann sich eine weitere Wärmebehandlung
zur Ausbildung geeigneter Eigenschaften des Hohlkörpers 34 anschließen,
wobei die Wärmebehandlung zur Ausbildung der Auflageschicht nicht
erforderlich ist, wie dies beispielsweise bei den Diffusionsschichten
des Ausführungsbeispiels der 3 der Fall
war.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele
ausführlich und detailliert beschrieben worden ist, ist
für den Fachmann selbstverständlich, dass die
Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt
ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in Form andersartiger Kombinationen
der Merkmale als auch durch Weglassen einzelner Merkmale möglich
sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu
verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4023618
C1 [0003, 0005]
- - DE 10225062 A1 [0004, 0005]