EP1658913A1 - Casting method and casting article - Google Patents

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Publication number
EP1658913A1
EP1658913A1 EP04027556A EP04027556A EP1658913A1 EP 1658913 A1 EP1658913 A1 EP 1658913A1 EP 04027556 A EP04027556 A EP 04027556A EP 04027556 A EP04027556 A EP 04027556A EP 1658913 A1 EP1658913 A1 EP 1658913A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
casting method
control element
component
casting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04027556A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Dr. Janssen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP04027556A priority Critical patent/EP1658913A1/en
Priority to US11/667,575 priority patent/US7681623B2/en
Priority to KR1020077013594A priority patent/KR100929451B1/en
Priority to EP05815684A priority patent/EP1812186A2/en
Priority to PCT/EP2005/055766 priority patent/WO2006053838A2/en
Priority to CN200580039744A priority patent/CN100591440C/en
Publication of EP1658913A1 publication Critical patent/EP1658913A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/112—Treating the molten metal by accelerated cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

Definitions

  • the invention relates to a casting method according to claim 1 and a cast component according to claim 20.
  • Modern modeling and simulation tools for solidification of castings mean that complex casting processes can be mastered well today. A better and more targeted adjustment of structures and properties is thus possible. It is possible to set better mechanical properties with a higher reproducibility for critical component areas in the casting process.
  • the casting-related adjustment of the, for example, required homogeneous globulitic structure in the case of graphite extrusion is difficult. This is due to the poor dissipation of heat and solidification energy.
  • the mechanical values in these highly stressed component areas increase with increasing wall thickness.
  • U.S. Patent No. 5,314,000 discloses a method of controlling grain size during a casting process.
  • the object is achieved by a casting method according to claim 1 and a cast component according to claim 20.
  • FIG. 1 shows a device 1 comprising a casting mold 10 with a melt 4 and at least one, here for example two control elements 7.
  • the melt 4 is introduced.
  • the control elements 7 consist for example of the same material as the melt 7 or another fusible material.
  • the melting temperature of the control elements 7 can therefore be less than, equal to or greater than the melting temperature of the material of the melt 4.
  • the control elements 7 may therefore be metallic, ceramic or glass.
  • the temperature of the control elements 7 can be adjusted in advance before they come into contact with the melt 4. This can be done by heating or cooling as needed.
  • control elements 7 can be actively cooled, in which a coolant is passed for example through the control elements 7 or brought at one end with at least one control element 7 in contact, so that a forced cooling takes place.
  • the control elements 7 are initially not melted. In particular, but may not have, the Control elements 7, after they have come into contact with the melt 4, during the liquid phase of the melt 4 (phase in which the melt is present) or melt during the solidification of the melt 4 at least partially or completely.
  • the control elements 7 are not made of the material as the mold 10, but serve for the additional removal of heat from the melt.
  • the control elements 7 are therefore not cast cores. Your material forms after solidification an integral part of the molded component 13th
  • the control elements 7 are, in particular, a solid crystalline body and not built up (like a mold in a casting process from individual grains (sand mold), which are connected to each other for example by a binder.
  • the control element 7 is, for example, a sintered body of many grains.
  • the casting method according to the invention also does not represent a spraying method in which a material is overmolded with a molten or soft material.
  • control elements 7 may be the same or different sizes.
  • the control elements 7 have an elongated shape and are in particular symmetrical, in particular cylindrical.
  • a component 13 which is produced by the casting method can, for example, represent a component of a steam generator 300, 303 or gas turbine 100 for an aircraft or for power generation, in which case it is in particular a housing component.
  • FIG. 2a, b show schematically the operation of the casting method according to the invention.
  • FIG. 2 a shows, for example, a cuboid wall element of a component in a casting method according to the prior art.
  • the temporal dissipation of heat energy dQ / dt is shown here with Q ⁇ .
  • FIG. 2 b shows the corresponding wall element 7 in a casting method according to the invention, in which, for example, a control element 7 is present in the melt 4.
  • a control element 7 is present in the melt 4.
  • the control element 7 absorbs heat or, if the control element 7 even melts, it deprives the melt 4 of melting energy.
  • their cooling rate is increased, ie Q ⁇ is significantly increased. This prevents slower solidification in thicker areas and thick components, which often leads to graphite degeneration or porosity and voids.
  • introducing control elements 7 into the melt 4 for example, a homogeneous spherulitic graphite expression, in particular in the case of gray cast parts, is achieved.
  • FIG. 3 shows a cast component 13 according to the invention.
  • the component 13 is formed from a melt 4 and has the control elements 7, which are surrounded by the solidified melt 4 on.
  • the control elements 7 are here, for example, introduced in a thick-walled region 16 of the component 13.
  • Such thick-walled areas 16 represent, for example, the flanges of a housing part.
  • thick means a wall thickness of at least 200 mm.
  • the control elements 7 are introduced there, where later holes 19 are introduced into the flange 16, so material is removed.
  • the control elements 7 are not a part of the mold 10 and are for example metallic, but may also be ceramic or glassy.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjoining thereto and an airfoil 406. As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 for example, has thick-walled portions 16 formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • superalloys are known, for example, from EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; these writings are part of the revelation.
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • the blades 120, 130 may be coatings against corrosion or oxidation (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which are intended to be part of this disclosure.
  • a thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 5 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged around the rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material.
  • a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material may be solid ceramic stones or alloys with MCrAlX and / or ceramic coatings.
  • the materials of the combustion chamber wall and its coatings may be similar to the turbine blades.
  • Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
  • the heat shield elements may have thick-walled regions 16 and therefore be produced by the process according to the invention.
  • FIG. 6 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109 with, for example, thick-walled areas 16.
  • the annular combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the vanes 130 are in this case on an inner housing 138 (with, for example, thick-walled areas 16) of a stator 143, whereas the blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103, for example by means of a turbine disk 133. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 135 is sucked and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104 (with, for example, thick-walled areas 16).
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure only longitudinal grains
  • blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrA1X; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths or hafnium).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which are intended to be part of this disclosure.
  • a thermal barrier coating On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 7 shows by way of example a steam turbine 300, 303 with a turbine shaft 309 extending along a rotation axis 306.
  • the steam turbine has a high-pressure turbine section 300 and a medium-pressure turbine section 303, each having an inner housing 21 (with, for example, thick-walled areas 16) and an outer housing 315 enclosing this (with, for example, thick-walled areas 16).
  • the high-pressure turbine part 300 is designed, for example, in Topfbauart.
  • the medium-pressure turbine section 303 is double-flow. It is also possible for the medium-pressure turbine section 303 to be single-flow.
  • a bearing 318 is arranged between the high-pressure turbine section 300 and the medium-pressure turbine section 303, the turbine shaft 309 having a bearing region 321 in the bearing 318.
  • the turbine shaft 309 is supported on another bearing 324 adjacent to the high pressure turbine sub 300. In the area of this bearing 324, the high-pressure turbine section 300 has a shaft seal 345.
  • the turbine shaft 309 is sealed off from the outer housing 315 with, for example, thick-walled regions 16 of the medium-pressure turbine section 303 by two further shaft seals 345.
  • the turbine shaft 309 in the high-pressure turbine section 300 has the high-pressure impeller blade 354, 357.
  • the middle-pressure blast turbine 303 has a central steam inflow region 333.
  • the turbine shaft 309 Associated with the steam inflow region 333, the turbine shaft 309 has a radially symmetrical shaft shield 363, a cover plate, on the one hand for dividing the steam flow into the two flows of the medium-pressure turbine section 303 and for preventing direct contact of the hot steam with the turbine shaft 309.
  • the turbine shaft 309 has in the medium-pressure turbine section 303 a second blading area 366 with the medium-pressure blades 354, 342.
  • the hot steam flowing through the second blading area 366 flows out of the medium-pressure turbine section 303 from a discharge connection 369 to a downstream low-pressure turbine, not shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Casting method comprises inserting a melt (4) around a control element (7) and withdrawing the melt on cooling. The material of the control element is an integral component of the component produced in the casting method. An independent claim is also included for a cast component produced by the above casting method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gussverfahren gemäß dem Anspruch 1 und ein gegossenes Bauteil gemäß Anspruch 20.The invention relates to a casting method according to claim 1 and a cast component according to claim 20.

Durch moderne Modellierungs- und Simulationswerkzeuge zur Gusserstarrung können komplexe Gussprozesse heute gut beherrscht werden. Eine bessere und gezielte Einstellung von Gefügen und Eigenschaften ist damit möglich. Es lassen sich für kritische Bauteilbereiche im Gießprozess bessere mechanische Eigenschaften mit einer höheren Reproduzierbarkeit einstellen.
Bei dickwandigen Bereichen von Gussbauteilen, beispielsweise in Flanschbereichen von Gehäusen für Gasturbinen oder Dampfturbinen, ist die gusstechnische Einstellung des beispielsweise geforderten homogenen globulitischen Gefüges bei der Graphitausprägung schwierig. Dies liegt an der schlechten Abführung der Wärme und Erstarrungsenergie. Dadurch kommt es in diesen hochbelasteten Bauteilbereichen mit zunehmender Wandstärke zu einem Abfall der mechanischen Werte.Modern modeling and simulation tools for solidification of castings mean that complex casting processes can be mastered well today. A better and more targeted adjustment of structures and properties is thus possible. It is possible to set better mechanical properties with a higher reproducibility for critical component areas in the casting process.
In the case of thick-walled regions of cast components, for example in flange regions of housings for gas turbines or steam turbines, the casting-related adjustment of the, for example, required homogeneous globulitic structure in the case of graphite extrusion is difficult. This is due to the poor dissipation of heat and solidification energy. As a result, the mechanical values in these highly stressed component areas increase with increasing wall thickness.

Die US-PS 5,314,000 offenbart ein Verfahren zur Kontrollierung der Korngröße während eines Gussverfahren.U.S. Patent No. 5,314,000 discloses a method of controlling grain size during a casting process.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genanntes Problem zu überwinden.It is therefore an object of the invention to overcome the above-mentioned problem.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gussverfahren gemäß Anspruch 1 und ein gegossenes Bauteil gemäß Anspruch 20.The object is achieved by a casting method according to claim 1 and a cast component according to claim 20.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können.In the subclaims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in an advantageous manner.

Es zeigen

Figur 1
eine Gussform mit Schmelze und Kontrollelementen,
Figur 2
das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3
ein Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird,
Figur 4
eine Turbinenschaufel,
Figur 5
eine Brennkammer,
Figur 6
eine Gasturbine,
Figur 7
eine Dampfturbine.
Show it
FIG. 1
a mold with melt and control elements,
FIG. 2
the active principle of the method according to the invention,
FIG. 3
a component which is produced by the method according to the invention,
FIG. 4
a turbine blade,
FIG. 5
a combustion chamber,
FIG. 6
a gas turbine,
FIG. 7
a steam turbine.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung 1 aus einer Gussform 10 mit einer Schmelze 4 und zumindest einem, hier beispielsweise zwei Kontrollelementen 7 dargestellt.
In die Gussform 10 wird die Schmelze 4 eingebracht.
Entweder vor, während oder nach dem Einbringen der Schmelze 4 in die Gussform 10 werden zumindest ein, mehrere, hier beispielsweise zwei Kontrollelemente 7 eingebracht.
Die Kontrollelemente 7 bestehen beispielsweise aus dem gleichen Material wie die Schmelze 7 oder einem anderen schmelzbaren Material. Die Schmelztemperatur der Kontrollelemente 7 kann daher kleiner, gleich oder größer als die Schmelztemperatur des Materials der Schmelze 4 sein.
Die Kontrollelemente 7 können also metallisch, keramisch oder aus Glas sein.
Die Temperatur der Kontrollelemente 7 kann vorher eingestellt werden, bevor sie mit der Schmelze 4 in Berührung kommen. Dies kann durch Erwärmung oder Kühlung je nach Bedarf erfolgen.
Ebenfalls können die Kontrollelemente 7 aktiv gekühlt werden, in dem ein Kühlmittel beispielsweise durch die Kontrollelemente 7 geleitet wird oder an einem Ende mit zumindest einem Kontrollelement 7 in Berührung gebracht wird, so dass eine aufgezwungene Kühlung erfolgt.
Die Kontrollelemente 7 sind anfangs noch nicht aufgeschmolzen. Insbesondere können, müssen aber nicht, die Kontrollelemente 7, nachdem sie mit der Schmelze 4 in Kontakt gekommen sind, während der flüssigen Phase der Schmelze 4 (Phase in der die Schmelze vorliegt) oder während der Erstarrung der Schmelze 4 zumindest teilweise oder ganz aufschmelzen.FIG. 1 shows a device 1 comprising a casting mold 10 with a melt 4 and at least one, here for example two control elements 7.
In the mold 10, the melt 4 is introduced.
Either before, during or after the introduction of the melt 4 into the casting mold 10, at least one, several, here for example two control elements 7 are introduced.
The control elements 7 consist for example of the same material as the melt 7 or another fusible material. The melting temperature of the control elements 7 can therefore be less than, equal to or greater than the melting temperature of the material of the melt 4.
The control elements 7 may therefore be metallic, ceramic or glass.
The temperature of the control elements 7 can be adjusted in advance before they come into contact with the melt 4. This can be done by heating or cooling as needed.
Also, the control elements 7 can be actively cooled, in which a coolant is passed for example through the control elements 7 or brought at one end with at least one control element 7 in contact, so that a forced cooling takes place.
The control elements 7 are initially not melted. In particular, but may not have, the Control elements 7, after they have come into contact with the melt 4, during the liquid phase of the melt 4 (phase in which the melt is present) or melt during the solidification of the melt 4 at least partially or completely.

Die Kontrollelemente 7 sind nicht aus dem Material wie die Gussform 10, sondern dienen zur zusätzlichen Abführung von Wärme aus der Schmelze.
Die Kontrollelemente 7 sind also auch keine Gusskerne. Ihr Material bildet nach der Erstarrung einen integralen Bestandteil des gegossenen Bauteils 13.
Die Kontrollelemente 7 sind insbesondere ein fester kristalliner Körper und nicht wie bei einer Gussform bei einem Gussverfahren aus einzelnen Körnern aufgebaut (Sandform), die beispielsweise durch einen Binder miteinander verbunden sind.
Das Kontrollelement 7 ist beispielsweise ein gesinterter Körper aus vielen Körnern.The control elements 7 are not made of the material as the mold 10, but serve for the additional removal of heat from the melt.
The control elements 7 are therefore not cast cores. Your material forms after solidification an integral part of the molded component 13th
The control elements 7 are, in particular, a solid crystalline body and not built up (like a mold in a casting process from individual grains (sand mold), which are connected to each other for example by a binder.
The control element 7 is, for example, a sintered body of many grains.

Das erfindungsgemäße Gussverfahren stellt auch kein Spritzverfahren dar, bei dem ein Material mit einem aufgeschmolzenen oder weichen Material umspritzt wird.The casting method according to the invention also does not represent a spraying method in which a material is overmolded with a molten or soft material.

Die Kontrollelemente 7 können gleich oder verschieden groß sein.The control elements 7 may be the same or different sizes.

Die Kontrollelemente 7 weisen eine längliche Form auf und sind insbesondere symmetrisch, insbesondere zylindrisch ausgebildet.The control elements 7 have an elongated shape and are in particular symmetrical, in particular cylindrical.

Ein Bauteil 13, das durch das Gussverfahren hergestellt wird, kann beispielsweise ein Bauteil einer Dampf- 300, 303 oder Gasturbine 100 für ein Flugzeug oder für die Energieerzeugung darstellen, wobei es dann insbesondere ein Gehäusebauteil darstellt.A component 13 which is produced by the casting method can, for example, represent a component of a steam generator 300, 303 or gas turbine 100 for an aircraft or for power generation, in which case it is in particular a housing component.

Dabei werden hochwertige Stähle bzw. nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Superlegierungen verwendet.High quality steels or nickel-, cobalt- or iron-based superalloys are used.

Figur 2a, b zeigen schematisch die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gussverfahren.Figure 2a, b show schematically the operation of the casting method according to the invention.

In Figur 2a ist ein bspw. quaderförmiges Wandelement eines Bauteils in einem Gussverfahren nach dem Stand der Technik dargestellt.
Die zeitliche Abfuhr von Wärmeenergie dQ/dt ist hier mit Q̇ dargestellt. Insbesondere bei dickwandigen Bauteilen mit dargestellt. Insbesondere bei dickwandigen Bauteilen mit einer großen Breite b dauert es sehr lange, bis die Schmelze 4 abgekühlt ist, d.h. Q̇ = 0 ist.FIG. 2 a shows, for example, a cuboid wall element of a component in a casting method according to the prior art.
The temporal dissipation of heat energy dQ / dt is shown here with Q̇ . Especially shown with thick-walled components. Especially with thick-walled components with a large width b, it takes a very long time until the melt 4 has cooled, ie Q̇ = 0.

In Figur 2b ist das entsprechende Wandelement7 bei einem erfindungsgemäßen Gussverfahren dargestellt, bei dem in der Schmelze 4 beispielsweise ein Kontrollelement 7 vorhanden ist.
Durch eine im Vergleich zur Schmelztemperatur niedrigere Temperatur des Kontrollelements 7 nimmt das Kontrollelement 7 Wärme auf oder wenn das Kontrollelement 7 sogar aufschmilzt, entzieht es der Schmelze 4 noch Schmelzenergie. Dadurch wird deren Abkühlungsrate erhöht, d.h. Q̇ ist deutlich erhöht. Dadurch wird verhindert, dass es in dickeren Bereichen und dicken Bauteilen zu einer langsameren Erstarrung kommt, die oft zur Graphitentartung oder Porositäten und Lunkern führt. Durch die Einführung von Kontrollelementen 7 in die Schmelze 4 wird beispielsweise eine homogene sphärolithische Graphitausprägung, insbesondere bei Graugussteilen erreicht. Die Breite b, d.h. die Ausdehnung der Schmelze 4, ist quasi in zwei kleinere Breiten b1, b2 (b1 + b1 = b) aufgeteilt und zeigt innerhalb der Breiten b1, b2, die dünn sind, das gewünschte Abkühlverhalten dünnwandiger (b1, b2) Wände.FIG. 2 b shows the corresponding wall element 7 in a casting method according to the invention, in which, for example, a control element 7 is present in the melt 4.
As a result of the temperature of the control element 7 being lower than the melting temperature, the control element 7 absorbs heat or, if the control element 7 even melts, it deprives the melt 4 of melting energy. As a result, their cooling rate is increased, ie Q̇ is significantly increased. This prevents slower solidification in thicker areas and thick components, which often leads to graphite degeneration or porosity and voids. By introducing control elements 7 into the melt 4, for example, a homogeneous spherulitic graphite expression, in particular in the case of gray cast parts, is achieved. The width b, ie the expansion of the melt 4, is divided into quasi two smaller widths b 1 , b 2 (b 1 + b 1 = b) and shows within the widths b 1 , b 2 , which are thin, the desired cooling behavior thin-walled (b 1 , b 2 ) walls.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes gegossenes Bauteil 13.FIG. 3 shows a cast component 13 according to the invention.

Das Bauteil 13 ist aus einer Schmelze 4 entstanden und weist die Kontrollelemente 7, die von der erstarrten Schmelze 4 umgeben sind, auf. Die Kontrollelemente 7 sind hier bspw. in einem dickwandigen Bereich 16 des Bauteils 13 eingebracht. Solche dickwandigen Bereiche 16 stellen beispielsweise die Flansche eines Gehäuseteils dar. Dick bedeutet in diesem Zusammenhang eine Wandstärke von mindestens 200mm.
Bevorzugt werden die Kontrollelemente 7 dort eingebracht, wo später Löcher 19 in den Flansch 16 eingebracht werden, also Material abgetragen wird. So wird das Risiko der Einbringung von Fehlern in das Bauteil infolge von Anbindungsfehlern oder unzureichender Aufschmelzung der Kontrollelemente 7 reduziert, da diese Bereiche bei der späteren Bauteilbearbeitung ohnehin abgetragen werden.
Die Kontrollelemente 7 sind kein Teil der Gussform 10 und sind beispielsweise metallisch, können aber auch keramisch oder glasartig sein.The component 13 is formed from a melt 4 and has the control elements 7, which are surrounded by the solidified melt 4 on. The control elements 7 are here, for example, introduced in a thick-walled region 16 of the component 13. Such thick-walled areas 16 represent, for example, the flanges of a housing part. In this context, thick means a wall thickness of at least 200 mm.
Preferably, the control elements 7 are introduced there, where later holes 19 are introduced into the flange 16, so material is removed. Thus, the risk of introducing errors into the component as a result of connection errors or insufficient melting of the control elements 7 is reduced, since these areas are removed anyway during later component processing.
The control elements 7 are not a part of the mold 10 and are for example metallic, but may also be ceramic or glassy.

Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.FIG. 4 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.The turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).The blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjoining thereto and an airfoil 406.
As a guide blade 130, the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).

Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 der beispielsweise dickwandige Bereiche 16 aufweist, gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.In the mounting region 400, a blade root 183, for example, has thick-walled portions 16 formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
The blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
The blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.

Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.In conventional blades 120, 130, for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
Such superalloys are known, for example, from EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; these writings are part of the revelation. The blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung.Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
The production of such monocrystalline workpieces, for example, by directed solidification from the melt. These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally.
Here, dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that extend over the entire length of the workpiece and here, the general parlance referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the entire workpiece consists of a single crystal. In these processes, it is necessary to avoid the transition to globulitic (polycrystalline) solidification, since non-directional growth necessarily produces transverse and longitudinal grain boundaries which negate the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
The term generally refers to directionally solidified microstructures, which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
Such methods are known from US Pat. No. 6,024,792 and EP 0 892 090 A1; these writings are part of the revelation.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1, die Teil dieser Offenbarung sein sollen.Likewise, the blades 120, 130 may be coatings against corrosion or oxidation (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which are intended to be part of this disclosure.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O4-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX still a thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.

Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.The blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.

Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.FIG. 5 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
The combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged around the rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. In order to enable a comparatively long service life even with these, for the materials unfavorable operating parameters, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.

Jedes Hitzeschildelement 155 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus hochtemperaturbeständigem Material gefertigt. Dies können massive keramische Steine oder Legierungen mit MCrAlX und/oder keramischen Beschichtungen sein.
Die Materialien der Brennkammerwand und deren Beschichtungen können ähnlich der Turbinenschaufeln sein.Each heat shield element 155 is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of high-temperature-resistant material. This may be solid ceramic stones or alloys with MCrAlX and / or ceramic coatings.
The materials of the combustion chamber wall and its coatings may be similar to the turbine blades.

Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein.Due to the high temperatures inside the combustion chamber 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.

Ebenso können die Hitzeschildelemente dickwandige Bereiche 16 aufweisen und daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.Likewise, the heat shield elements may have thick-walled regions 16 and therefore be produced by the process according to the invention.

Die Figur 6 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109 mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16.
Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.FIG. 6 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103, which is also referred to as a turbine runner.
Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109 with, for example, thick-walled areas 16.
The annular combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).The vanes 130 are in this case on an inner housing 138 (with, for example, thick-walled areas 16) of a stator 143, whereas the blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103, for example by means of a turbine disk 133.
Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 135 is sucked and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104 (with, for example, thick-walled areas 16). The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch belastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106.
To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
Likewise, substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind Teil der Offenbarung.Such superalloys are known, for example, from EP 1204776 B1, EP 1306454, EP 1319729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; these writings are part of the revelation.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrA1X; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1, die Teil dieser Offenbarung sein sollen.Likewise, blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrA1X; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths or hafnium). Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which are intended to be part of this disclosure.

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O4-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.On the MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 4 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide. By means of suitable coating processes, such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

In Figur 7 ist beispielhaft eine Dampfturbine 300, 303 mit einer sich entlang einer Rotationsachse 306 erstreckenden Turbinenwelle 309 dargestellt.
Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und eine Mitteldruck-Teilturbine 303 mit jeweils einem Innengehäuse 21 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) und einem dieses umschließende Außengehäuse 315 (mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16) auf.FIG. 7 shows by way of example a steam turbine 300, 303 with a turbine shaft 309 extending along a rotation axis 306.
The steam turbine has a high-pressure turbine section 300 and a medium-pressure turbine section 303, each having an inner housing 21 (with, for example, thick-walled areas 16) and an outer housing 315 enclosing this (with, for example, thick-walled areas 16).

Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in Topfbauart ausgeführt.
Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist zweiflutig ausgeführt.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausgeführt ist.
Entlang der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck-Teilturbine 300 und der Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318 angeordnet, wobei die Turbinenwelle 309 in dem Lager 318 einen Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist auf einem weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine 300 aufgelagert. Im Bereich dieses Lagers 324 weist die Hochdruck-Teilturbine 300 eine Wellendichtung 345 auf. Die Turbinenwelle 309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 mit beispielsweise dickwandigen Bereichen 16 der Mitteldruck-Teilturbine 303 durch zwei weitere Wellendichtungen 345 abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich 348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinenwelle 309 in der Hochdruck-Teilturbine 300 die Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschaufelung 354, 357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten Laufschaufeln einen ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen zentralen Dampfeinströmbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet weist die Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische Wellenabschirmung 363, eine Abdeckplatte, einerseits zur Teilung des Dampfstromes in die beiden Fluten der Mitteldruck-Teilturbine 303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des heißen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf. Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303 einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck-Laufschaufeln 354, 342 auf. Der durch den zweiten Beschaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus der Mitteldruck-Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369 zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht dargestellten Niederdruck-Teilturbine.The high-pressure turbine part 300 is designed, for example, in Topfbauart.
The medium-pressure turbine section 303 is double-flow.
It is also possible for the medium-pressure turbine section 303 to be single-flow.
Along the axis of rotation 306, a bearing 318 is arranged between the high-pressure turbine section 300 and the medium-pressure turbine section 303, the turbine shaft 309 having a bearing region 321 in the bearing 318. The turbine shaft 309 is supported on another bearing 324 adjacent to the high pressure turbine sub 300. In the area of this bearing 324, the high-pressure turbine section 300 has a shaft seal 345. The turbine shaft 309 is sealed off from the outer housing 315 with, for example, thick-walled regions 16 of the medium-pressure turbine section 303 by two further shaft seals 345. Between a high-pressure steam inflow region 348 and a steam outlet region 351, the turbine shaft 309 in the high-pressure turbine section 300 has the high-pressure impeller blade 354, 357. This high-pressure bladed runner 354, 357, together with the associated blades, not shown, represents a first blading region 360. The middle-pressure blast turbine 303 has a central steam inflow region 333. Associated with the steam inflow region 333, the turbine shaft 309 has a radially symmetrical shaft shield 363, a cover plate, on the one hand for dividing the steam flow into the two flows of the medium-pressure turbine section 303 and for preventing direct contact of the hot steam with the turbine shaft 309. The turbine shaft 309 has in the medium-pressure turbine section 303 a second blading area 366 with the medium-pressure blades 354, 342. The hot steam flowing through the second blading area 366 flows out of the medium-pressure turbine section 303 from a discharge connection 369 to a downstream low-pressure turbine, not shown.

Claims (22)

Gussverfahren,
bei dem um zumindest ein nicht aufgeschmolzenes Kontrollelement (7) die Schmelze (4) oder in die Schmelze (4) zumindest ein noch nicht aufgeschmolzenes Kontrollelement (7) eingebracht wird,
das der Schmelze (4) bei der Abkühlung zusätzlich Wärme (Q) entzieht,
wobei das Material zumindest eines Kontrollelements (7) integraler Bestandteil des durch das Gussverfahren erzeugten Bauteils wird.Casting process,
in which at least one not fused control element (7) the melt (4) or in the melt (4) at least one not yet melted control element (7) is introduced,
which additionally extracts heat (Q) from the melt (4) during cooling,
wherein the material of at least one control element (7) becomes an integral part of the component produced by the casting process. Gussverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
solange die Schmelze (4) noch flüssig ist und/oder während der Erstarrung der Schmelze (4) das Kontrollelement (7) zumindest teilweise oder ganz aufschmilzt.Casting method according to claim 1,
characterized in that
as long as the melt (4) is still liquid and / or during the solidification of the melt (4), the control element (7) at least partially or completely melts. Gussverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontrollelement (7) nicht aufschmilzt.Casting method according to claim 1,
characterized in that
the control element (7) does not melt. Gussverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
für das Kontrollelement (7) das gleiche Material wie für die Schmelze (4) verwendet wird.Casting method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that
for the control element (7) the same material as for the melt (4) is used. Gussverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
für das Kontrollelement (7) ein von der Schmelze (4) verschiedenes Material verwendet wird.Casting method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that
for the control element (7) a different material from the melt (4) is used. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelze (4) in eine Gussform (10) eingebracht wird, und
dass das Material des Kontrollelements (7) von dem der Gussform (10) verschieden ist.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized,
that the melt (4) is introduced into a casting mold (10), and
that the material of the control member (7) of said mold (10) is different. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontrollelement (7) metallisch oder keramisch ist.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control element (7) is metallic or ceramic. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontrollelement (7) in einem Bereich der Schmelze (4) eingebracht ist oder wird,
das einem dickwandigen Bereich (16) eines aus der Schmelze (4) herzustellendem Bauteil (13) entspricht.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control element (7) is or is introduced into a region of the melt (4),
which corresponds to a thick-walled region (16) of a component (13) to be produced from the melt (4). Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontrollelement (7) insbesondere dort in die Schmelze (4) eingebracht wird, wo nach Erstarrung der Schmelze (4) in dem aus der Schmelze (4) herzustellenden Bauteil (13) bei einer nachfolgenden Bearbeitung des Bauteils (13) Material abgetragen werden soll.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control element (7) is introduced into the melt (4) in particular where, after solidification of the melt (4) in the component (13) to be produced from the melt (4), material is to be removed in a subsequent processing of the component (13) , Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontrollelemente (7) gleich groß sind.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control elements (7) are the same size. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontrollelemente (7) verschieden groß sind.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control elements (7) are different in size. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Schmelze eine Graugussschmelze (4) verwendet wird.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
as a melt, a gray cast melt (4) is used. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine sphärolithische Graphitausbildung in der erstarrten Schmelze erzielt wird.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
a spherulitic graphite formation in the solidified melt is achieved. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Schmelze eine Schmelze (4) einer nickel-, kobalt- oder eisenbasierten Superlegierung oder eine Stahlschmelze verwendet wird.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
a melt (4) of a nickel-, cobalt- or iron-based superalloy or a molten steel is used as the melt. Gussverfahren nach Anspruch 1 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das Gussverfahren ein Bauteil (13) einer Dampf- oder Gasturbine (100) hergestellt wird, insbesondere ein Gehäusebauteil.Casting method according to claim 1 or 14,
characterized in that
a component (13) of a steam or gas turbine (100) is produced by the casting method, in particular a housing component. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Kontrollelement (7) aktiv gekühlt wird.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the at least one control element (7) is actively cooled. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei dem Gussverfahren kein Material umspritzt wird, also kein Spritzverfahren darstellt.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
In the casting process, no material is encapsulated, so does not represent a spraying process. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Kontrollelement (7) ein massiver, fester und kristalliner Körper ist.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
at least one control element (7) is a solid, solid and crystalline body. Gussverfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontrollelement (7) eine längliche Form, insbesondere eine längliche symmetrische Form, insbesondere mit zylindrischer Ausgestaltung, aufweist.Casting method according to one or more of the preceding claims,
characterized in that
the control element (7) has an elongated shape, in particular an elongated symmetrical shape, in particular with a cylindrical configuration. Gegossenes Bauteil (13),
das aus erstarrter, gegossener Schmelze (4) und zumindest einem nicht gegossenen Kontrollelement (7) besteht.Cast component (13),
consisting of solidified, cast melt (4) and at least one non-cast control element (7). Bauteil nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bauteil (13) dickwandige Bereiche (16) und insbesondere auch dünnwandige Bereiche aufweist, und dass das zumindest eine Kontrollelement (7) in dem dickwandigen Bereichen (16) vorhanden ist.Component according to claim 20,
characterized,
in that the component (13) has thick-walled regions (16) and in particular also thin-walled regions, and that the at least one control element (7) is present in the thick-walled regions (16). Bauteil nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil (13) ein Graugussteil ist.Component according to claim 20 or 21,
characterized in that
the component (13) is a gray cast part.
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