DE19547903C1 - Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung von Schaufeln für Turbomaschinen mittels Laserstrahlauftragsschweißen unter Verwendung eines Metallpulvers als Zusatzwerkstoff, sowie Stützform zur Herstellung oder Instandsetzung derartiger Schaufeln und Verfahren zur Herstellung der Stützform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung von Schau­ feln für Turbomaschinen mittels Laserstrahlauftragsschweißen unter Verwendung eines Me­ tallpulvers als Zusatzwerkstoff. Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift "Laserstrahl­ auftragschweißen und Schneiden" Heft 9, S. 513-515 bekannt.

Bei Wartungsarbeiten und Instandsetzungsarbeiten von Turbotriebwerken fallen regelmäßig untermaßige Schaufeln an, d. h. Schaufeln mit zu geringer Schaufelblattlänge an. Die unter­ maßigen Schaufeln werden klassifiziert und entsprechend der Klassifizierung reparierten Ge­ häusemantelringen zugeordnet. Wenn jedoch das Untermaß eine Größenordnung erreicht, die keine Weiterverwendung in einer entsprechenden Triebwerksstufe zuläßt, müssen untermaßige Schaufeln aussortiert werden. Diese Vorgehensweise hat zur Folge, daß Schaufeln im Durch­ schnitt nur einmal zum Wiedereinsatz kommen und danach aussortiert werden müssen, da das Untermaß in der Länge der Schaufeln betriebsbedingt zu groß geworden ist.

Eine werterhaltende oder wertsteigernde Vorgehensweise, bei der mit jeder Wartung unter­ maßige Schaufeln auf ein Einheitsmaß verlängert werden, ist aufgrund der bisher bekannten aufwendigen Reparaturverfahren für Schaufeln nicht wirtschaftlich.

In der Europäischen Patentanmeldung EP-0562 130 A ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der durch Kopierrollen eine konturkonforme Begrenzungsfläche im Bereich des Auftrags­ schweißbades nachgeführt wird. Auch diese Vorrichtung und das mit ihr realisierbare Ver­ fahren zur Verlängerung von Schaufeln ist aufwendig und kostenintensiv, so daß es für eine preiswerte Verlängerung von Schaufeln mit schmalen Querschnitten, komplizierten Blattprofi­ len oder geringen Abmessungen, wie sie in den Hochdruckverdichterstufen üblich sind, nicht geeignet ist.

Aus DE-43 27 189 ist ein Reparaturverfahren für Schaufelblätter bekannt, mit dem zur Ver­ längerung eines Schaufelblattes ein Reparaturteil in Form einer Reparaturplatte an den Schau­ felblattrest stumpf angeschweißt werden kann. Anschließend ist die übermaßige Reparatur­ platte konturkonform zum Schaufelblatt zu bearbeiten. Auch dieses Verfahren ist in der Nach­ bearbeitung der Reparaturplatte zu aufwendig, um für eine oben angegebenen Vorgehensweise bei der Wartung und Instandsetzung von Triebwerken eingesetzt zu werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reparaturverfahren anzugeben, das ohne kostspieligen apparativen Aufwand oder kostenintensive Nachbearbeitung Schaufeln von Turbomaschinen konturkonform verlängert, eine sichere Begrenzung für die aufzubringende Verlängerung bereitstellt und ein standardisiertes Verlängern auch kleinster Schaufeln auf ein Einheitsmaß ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine kostengünstige Herstellung einer derarti­ gen sicheren Begrenzung für eine Verlängerung einer Schaufel anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 ein Blechstreifen gabelartig vorgeformt wird und als Stützform enganliegend an die Kontur mittels einer äußeren Kunststoffumspritzung kraftschlüssig und konturtreu um die Kontur gepreßt wird, wobei der Blechstreifen derart angeordnet wird, daß er aus der anpressenden Kunstsoffeinspritzung heraus und über die Schaufelspitze hinausragt und daß der die Schaufelspitze überragende Innenbereich des Blechstreifens aufgefüllt wird.

Ein derartiges Reparaturverfahren hat den Vorteil, daß eine konturkonforme Nachbearbeitung der Verlängerung der Schaufel nicht erforderlich ist. Ferner hat es den Vorteil, daß der gabel­ artig vorgeformte Blechstreifen mehrfach eingesetzt werden kann, und schließlich kann die Kunststoffmasse mit einfachen Mitteln, wie Aufschmelzen oder Tieffrieren, für einen Wieder­ einsatz beim Umspritzen und Anpressen des Blechstreifens vielfach eingesetzt werden. Der Materialeinsatz und Materialverbrauch für die Stützform hält sich folglich in engen Grenzen. Das Umspritzen mit Kunststoffen ist ein in der Massenfertigung von Gegenständen bewährtes kostengünstiges Verfahren. Kunststoffe sind jedoch für die hohen Schmelztemperaturen der Schaufelwerkstoffe üblicherweise ungeeignet. Durch die vorteilhafte Kombination des Laser­ auftragsschweißens, das mit geringer durchschnittlicher, aber hoher lokaler Wärmeeinbringung verbunden ist und einem dünnen Blendschutz, der vor Wärmestrahlung und Laserstreulicht mittels des Blechstreifens schützt, wird die temperaturempfindliche umspritzte Kunststoffmas­ se ausreichend abgeschirmt, um bis zum Abschluß des Auftragsschweißens den Blechstreifen konturkonform an die Schaufelblattkontur zu pressen, ohne selbst anzuschmelzen oder zu verbrennen.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens ragen die gabelartigen Endbereiche der Blechstreifen beidseitig über die Austrittskante der Schaufel hinaus, so daß zwischen Schaufelaus­ trittskante und hinausragenden Endbereichen des Blechstreifens ein Hohlraum für das Zuführen und das Herausführen des Laserstrahls beim Laserauftragsschweißen bereitgestellt wird. Dieser Aus­ laufbereich für den Laserstrahl verhindert, daß der Laserstrahl längere Zeit einen gleichbleibenden Fleck im Bereich der Schaufelspitze erwärmt, so daß die Stützform im Bereich der Kunststoffmasse thermisch nicht überbeansprucht und beschädigt wird. Durch die Bereitstellung des Hohlraums wird folglich gewährleistet, daß beim Anfahren und Auslaufen des Lasers keine Reparaturflächen aufgeheizt werden.

Vorzugsweise wird beim Laserauftragsschweißen Metallpulver konzentrisch zum Laserstrahl zugeführt. Das hat den Vorteil, daß genau die Menge an Zugabematerial durch den Laserstrahl zu erwärmen ist, die benötigt wird, um die Schaufel kon­ turgenau zu verlängern. Damit ist eine Minimierung der einzubringenden Wärmeener­ gie verbunden. Ferner gelingt es, mit der konzentrischen Zuführung des Metallpulvers eine gleichmäßige Erwärmung aller Pulverpartikel sicherzustellen.

Bei einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens weist das Metallpulver dieselbe Zusammensetzung auf wie die Basislegierung der Schaufel und wird unter gleichzeitigem Aufheizen durch einen Laserstrahl auf die Schaufelspitze im Innenbereich des Blechstreifens aufgebracht. Mit dem Aufbringen eines artgleichen Materials zur Verlängerung der Schaufelspitze ist der Vorteil verbunden, daß durch epitaktisches Anwachsen des aufgebrachten Materials an die Kristallite des Basiswerkstoffs eine inni­ ge Verbindung zwischen Verlängerung und Schaufelblattrest erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei artgleichem oder chemisch identischem Material Ther­ mospannungen zwischen Verlängerung und Schaufelrest minimiert werden können.

Vorzugsweise wird gemäß Patentanspruch 5 zunächst das Pulver in einem Binder gebunden aufgetragen und anschließend durch Erhitzen mittels eines Laserstrahls der Binder verdampft und das Metallpulver mit der Schaufelspitze verbunden. Bei dieser Verfahrensvariante ist zwar zusätzlich zur Erwärmungsenergie des Metallpulvers die Verdampfungsenergie für den Binder aufzubringen, dafür kann jedoch die Vorrichtung zum Laserauftrags­ schweißen apparativ wesentlich vereinfacht werden. Außerdem muß das zusätzliche Einbringen einer Verdampfungsenergie nicht zu einer Erhöhung der Erwärmung des Schaufelrestes und damit einer Gefährdung der Stützform führen, da die zusätzlich eingebrachte Energie für den Binder bei genauer Anpassung der Parameter des La­ serauftragsschweißens unmittelbar im Verdampfungsprozeß des Binders verbraucht wird. Außerdem können Binder, wie Kunstharze oder niedrig schmelzende Metallegie­ rungen, wie Lote, eingesetzt werden, bei denen eine relativ niedrige Verdampfungswär­ me erforderlich ist.

Da vielfach die Wartung oder Instandsetzung eines Triebwerks mit einer Verbesserung der Anstreifeigenschaften der Turboschaufeln verbunden wird, wird in einer be­ vorzugten Durchführung des Verfahrens zur Verlängerung der Schaufel mittels Laserauftragsschweißen eine Panzerung aus metallischer Matrix mit eingebetteten Hartstoffpartikeln auf die Schaufelspitze im Innenbereich des Blech­ streifens aufgetragen. Mit dieser Verfahrensvariante ist der Vorteil verbunden, daß mit der Verlängerung des Schaufelrestes gleichzeitig eine Steigerung der Anstreifhärte der Schaufelspitze erreicht wird. Insbesondere bei einem Trimmen der Schaufellängen auf ein erwünschtes Einheitsmaß wird mit einer durch Panzerung härteren Schaufel­ spitze das Einheitsmaß für alle Schaufeln einer Stufe langlebig beibehalten.

Eine Rückgewinnung der für die Stützform eingesetzten Kunststoffmasse wird vor­ zugsweise nach Verlängerung der Schaufel mittels Tieffrieren der Schaufel mit Stütz­ form erreicht. Dabei wird die Kunstoffmasse von der Schaufel und dem Blechstreifen abgesprengt, da die Kunststoffmasse beim Tieffrieren stärker schrumpft als das Schaufelmaterial und der Blechstreifen.

Eine andere bevorzugte Möglichkeit der Rückgewinnung der Kunststoffmasse ist vor­ zugsweise das Aufschmelzen der Kunststoffmasse der Stützform durch Aufheizen von Schaufel, Blechstreifen und Kunststoffmasse. Das hat den Vorteil, daß der aufge­ schmolzene Kunststoff unmittelbar einer Spritzgußmaschine zum Umspritzen einer nächsten Schaufel und zum Fixieren eines entsprechenden Blechstreifens zugeführt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird die Kunststoffmas­ se nach Verlängerung der Schaufel der Stützform mittels Eintauchen und Aufschmel­ zen in einem Schmelzbad aus gleichem Material, wie die Kunststoffmasse, von der Schaufel und dem Blechstreifen abgelöst. Nach dem Ablösen der Kunstoffmasse von der Schaufel und von dem Blechstreifen durch Einschmelzen werden die verlängerte Schaufel und der Blechstreifen dem Kunststoffbad entnommen und gereinigt, während die geschmolzene Kunststoffmasse dem Verfahren wieder zugeführt wird.

Die Stützform zur Herstellung oder Instandsetzung von Schaufeln für Turbomaschinen umgibt als ein gabelartig vorgeformter metallischer Blechstreifen die Kontur der Schaufelspitze und ist von einer äußeren Kunststoffumspritzung enganliegend, kraftschlüssig und konturtreu um die Kontur gepreßt, wobei der Blechstreifen aus der anpressenden Kunststoffumspritzung heraus und über die Schaufelspitze hinaus ragt.

Diese Stützform hat den Vorteil, daß sie automatisch durch einen billigen Spritzguß­ vorgang konturkonform an das Schaufelblattprofil angepaßtwerden kann und dort kraftschlüssig in Position verbleibt, bis das Verlängerungsverfahren abgeschlossen ist.

Dabei bestimmt der Blechstreifen nicht allein die Schaufelblattkontur im Bereich der Verlängerung, sondern schützt gleichzeitig die Kunststoffmasse vor Überhitzung, vor Wärmestrahlung und vor Laserstreulicht. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Blechstreifens gegenüber der Kunstoffmasse und durch ein Enganliegen des Blech­ streifens an der Schaufelblattkontur wird vorteilhafterweise die vom Blechstreifen durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung aufgenommene Wärme des Laserauftrags­ schweißens unmittelbar in den Schaufelblattrest und nicht in die Kunststoffmasse ab­ geführt.

Die Stützform weist vorzugsweise eine Kunststoffumspritzung mit Rippen auf. Diese Rippen dienen vorteilhaft der Kühlung des Kunststoffes und gleichen mechanische Belastungen an kritischen Stellen aus. Ferner bilden sie Sollbruchstellen für ein Ab­ platzen den Kunststoffmasse nach Verlängerung der Schaufel.

Der Blechstreifen ist vorzugsweise aus Weichkupfer, Bronze oder Messing hergestellt. Derartige Materialien sind ohne hohen Energieaufwand deformierbar und können deshalb ohne große Schwierigkeiten von einer Lamellenblende konturkonform gegen das Schaufelblattprofil gepreßt werden. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist um Größenordnun­ gen größer als die des Kunststoffes, so daß eine Ableitung der Verlustwärme aus dem Laserauftragsschweißen an den Schaufelblattrest ohne Gefährdung der Anpreßfunk­ tion der Kunststoffmasse gewährleistet ist.

Für das Aufbringen von Verlängerungen aus Materialien mit extrem hohem Schmelz­ punkt oder für Verlängerungen die mehrere Millimeter übersteigen ist der Blechstreifen aus Wolfram hergestellt, da dieses Material wesentlich höher erwärmt werden kann und keine Verbindung mit allen herkömmlichen Schaufelblattlegierungen während des wenige Sekunden anhaltenden Laserauftragsschweißens eingeht.

Bei Haftungsproblemen zwischen Blechstreifenmaterial und Verlängerungsmaterial werden die Blechstreifen vorzugsweise mit einer geeigneten Beschichtung versehen, die ein sicheres Ablösen des Blechstreifenmaterials von dem Verlängerungsmaterial nach dem Laserauftragsschweißen ermöglicht.

Als Kunststoffmasse hat sich vorzugsweise Polystyrol bewährt. Dieser thermopla­ stische Werkstoff zeigt ausgezeichnete Klemmeigenschaften nach dem Umspritzen eines Schaufel- und Blechstreifenbereichs, so daß eine kraftschlüssige Verbindung während des nachfolgenden Laserauftragsschweißens gewährleistet ist. Das Polysty­ rol kann durch andere thermoplastische Kunststoffe ersetzt werden, sofern die Klemmfunktion für den Blechstreifen aufrechterhalten wird.

Das Verfahren zur Herstellung einer Stützform umfaßt die Verfahrensschritte:

• a) Anlegen eines biegsamen, gabelartig vorgeformten Blechstreifens an die obere Kontur der Schaufelspitze,
• b) Anpressen des Blechstreifens an die Kontur der Schaufelspitze mittels einer oberen Lamellenblende,
• c) konturtreues Abdichten des Schaufelprofils im unteren Schaufelbereich mittels einer unteren Lamellenblende unter Bildung eines geschlossenen Rau­ mes zwischen oberer und unterer Lamellenblende,
• d) Ausspitzen des geschlossenen Raumes mit einer Kunststoffmasse unter Ein­ schluß des Schaufelbereiches zwischen oberer und unterer Lamellenblende unter Anpressen des unteren Bereichs des Blechstreifens mittels der in den Raum eingebrachten Kunststoffumspritzung.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die unkomplizierte Herstellung der Stützform mittels bekannter Herstellungsmaschinen für Massenprodukte, der relativ geringe Zeitauf­ wand zur Bereitstellung von Ausgangsstoffen, wie Kunststoffmasse und gabelförmi­ gem Blechstreifen und der geringe Materialverlust durch Wiederverwendbarkeit von Blechstreifen und Kunststoffmasse. Damit wird die Stützformherstellung zu einem Billigverfahren, daß sich wirtschaftlich auch für kleinste Turboschaufelabmessungen und Turboschaufelverlängerungen einsetzen läßt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Stützform mit obigen Verfahrens­ schritten ist physisch mit dem zu verlängernden Objekt verbunden. Diese physische Bindung ist jedoch nicht immer notwendig, zumal wenn in Längsrichtung sich konisch verjüngende Schaufelprofile zu verlängern sind. In derartigen Fällen können Stützfor­ men in Massen an einem Schaufelblattmuster hergestellt und vor dem Laserauf­ tragsschweißen über den jeweiligen zu verlängernden Schaufelblattrest geschoben werden.

Vorzugsweise erfolgt das Ausspritzen des Raumes zwischen oberer und unterer La­ mellenblende unter einem Druck von über 1 bis 10 MPa (über 10 bis 100 bar). Dieser Druck ist dem Volumen und Füllgrad des auszuspritzenden Raumes und der Struktur der eingesetzten Lamellenblenden anzupassen.

Als Blechstreifenmaterial wird vorzugsweise für ein Auftragsschweißen von wenigen Millimetern Weichkupfer, Bronze oder Messing und Wolfram für größere Schaufelblatt­ verlängerungen eingesetzt. Ferner können die Blechstreifen mit einer geeigneten Beschichtung versehen werden, um ein Ablösen des Blechstreifens von der Verlänge­ rung der Schaufel nach Entfernen der Kunststoffmasse zu gewährleisten.

Zwischen oberer und unterer Lamellenblende werden als Kunststoffmasse vor­ zugsweise thermoplastische Kunststoffe, insbesondere Polystyrol, in den Raum einge­ spritzt, da sich diese Kunststoffe beinahe unbegrenzt unter wiederholtem Einschmel­ zen, Einspritzen und Erstarren vorteilhaft wiederverwenden lassen.

Die folgenden Figuren zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Verlängern von Schaufeln in perspektivischer Darstellung.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zum Verlängern von Schaufeln im Querschnitt.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Verlängern von Schaufeln in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 1 zum Verlängern von Schaufeln 2 in perspektivi­ scher Darstellung. Dazu ist ein Blechtreifen 3 gabelartig vorgeformt und wird als eine Stützform enganliegend an die obere Schaufelblattkontur 4 mittels einer äußeren Kunststoffumspritzung 5 kraftschlüssig und konturtreu auf die obere Schaufelblattkon­ tur 4 gepreßt. Der Blechstreifen 3 wird derart angeordnet, daß er aus der anpressen­ den Kunststoffmasse 5 heraus und über die Schaufelblattspitze 6 ragt. Zur Verlänge­ rung des Schaufelblattes 7 wird der die Schaufelblattspitze 6 überragende Bereich 8 innerhalb des Blechstreifens 3 mittels Laserauftragsschweißen aufgefüllt. Das Material für die Verlängerung wird in Pulverform 9 aus einer Pulverkanone 10 in Strahlrichtung A aufgespritzt und ein Laserstrahl 11 aus einer Laserstrahlkanone 12 erwärmt die Pulvermasse 9, so daß diese die Schaufelspitze 6 verlängernd mit der Schaufelspitze 6 verbunden bzw. auftragsverschweißt wird.

Die Untermaße der Schaufeln und damit die erforderliche Verlängerung liegt in dieser beispielhaften Ausführungsform zwischen 0,1 und 3,5 mm bei einer Konturtoleranz von unter 0,05 mm. Es wurden Hochdruckverdichter-Leitschaufeln, Hochdruckver­ dichter-Laufschaufeln und Mitteldruckverdichter-Laufschaufeln mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren verlängert und teilweise mit der Verlängerung gepanzert.

Aufgrund der punktförmigen Erwärmung durch den Laserstrahl 11 wird die Temperatur des Schaufelrestes 13 und des Blechstreifens 3 nicht wesentlich erhöht, so daß eine bei relativ niedrigen Temperaturen erweichende Kunststoffmasse 5 den Blechstreifen 3 an das Schaufelblattprofil während der wenigen Sekunden des Laserauftragsschwei­ ßens anpressen kann, ohne ihre Klemmfähigkeit gegenüber dem Blechstreifen 3 zu verlieren. Die Erweichungstemperatur des Kunststoffs ist dabei vergleichsweise we­ sentlich niedriger als die lokalen Temperaturen, die beim Auftragsschweißen im Auf­ treffpunkt 14 des Laserstrahls auftreten, um das Material für die Verlängerung auf­ schmelzen zu können.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung 1 zum Verlängern von Schaufeln 2 im Querschnitt. Vor dem Verlängern wird eine Stützform 20 hergestellt, die eine konturgenaue Ver­ längerung 21 der Schaufel 2 ermöglicht. Dazu wird ein biegsamer, gabelartig vorge­ formter Blechstreifen 3 an die obere Schaufelblattkontur 4 angelegt und mittels einer oberen Lamellenblende 22, von der die Lamellen 23, 24 im Querschnitt zu sehen sind und die in den Pfeilrichtungen D und E verschieblich sind, konturgenau an den oberen Bereich 4 der Schaufel 2 angepreßt. Gleichzeitig erfolgt im unteren Schaufelblattbe­ reich 25 ein konturnahes Abdichten des Schaufelprofils mittels einer unteren Lamellen­ blende 26, von der die Lamellen 27, 28 im Querschnitt zu sehen sind, und die in den Pfeilrichtungen F und G verschieblich sind.

Zwischen oberer und unterer Lamellenblende 23 und 26 wird ein geschlossener Raum gebildet, der von den Lamellenblenden 23 und 26 und von Seitenwänden 31 begrenzt wird. Unter Einschluß des Schaufelblattbereiches 32 zwischen oberer und unterer La­ mellenblende 23 und 26 und unter Anpressen des unteren Bereichs 29 des Blechstrei­ fens 3 wird in den Raum eine Kunststoffmasse 5 eingespritzt. Die Lamellen können während des Spritzvorganges von einer oberen und einer unteren Trägerplatte 33 bzw. 34 gestützt werden. Um die Kunststoffmasse 5 durch Rippen 40 zu gliedern, können in die Spritzform Querstege 35 eingelegt werden.

Nach Abschluß der Kunststoffeinspritzung werden die Trägerplatten 33 und 34, die Lammellenblenden 23 und 26 die Seitenwände 31 und gegebenenfalls die Querstege 35 entfernt, so daß die Kunststoffmasse 5 den Blechstreifen 3 konturkonform im obe­ ren Bereich 29 des Schaufelblattes 2 einklemmt. Abschließend wird die Schaufel durch Laserauftragsschweißen in wenigen Sekunden konturgenau um die Verlängerung 21 verlängert. Das Entfernen des Blechstreifens 3 erfolgt durch Tiefgefrieren der Anord­ nung, wobei die Kunststoffmasse 5 abplatzt und den Blechstreifen 3 zur Wiederver­ wendung freigibt.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zum Verlängern von Schaufeln 2 in Draufsicht. Sche­ matisch sind Lamellen 50 bis 61 dargestellt, die einen Blechstreifen 3 konturgenau auf das Schaufelprofil pressen können. Die Seitenwände 31 umgeben den auszuspritzen­ den Raum. Deutlichkeithalber sind die Trägerplatten in dieser Darstellung weggelas­ sen worden. Durch Doppelpfeile wird die mögliche Bewegungsrichtung der Lamellen 50 bis 61 angezeigt. Der gabelförmige Blechstreifen 3 ist in dieser Darstellung zur Schaufelhinterkante 70 noch offen und wird erst durch den Anpreßdruck der Lamellen 50 und 61 geschlossen. Dabei bildet sich ein Hohlraum 39 entlang der Schaufelaus­ trittskante 70 aus, der einen ausreichend großen Platz für ein Auswandern des Laser­ strahls zu Beginn und zum Ende der Laserauftragsschweißung bietet.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung von Schaufeln für Turbomaschinen mittels Laserstrahlauftragsschweißen unter Verwendung eines Metallpulvers als Zusatzwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechstreifen (3) gabel­ artig vorgeformt wird und als Stützform enganliegend an die Kontur (4) der Schaufelspitze (6) mittels einer äußeren Kunststoffumspritzung (5) kraftschlüssig und konturtreu um die Kontur (4) gepreßt wird, wobei der Blechstreifen (3) derart angeordnet wird, daß er aus der anpressenden Kunst­ stoffumspritzung (5) heraus und über die Schaufelspitze (6) hinaus ragt, und daß der die Schaufelspitze (6) überragende Innenbe­ reich (8) des Blechstreifens (3) auf­ gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gabelartigen Endbereiche der Blechstreifen (3) beidseitig über die Austrittskante (70) der Schaufel (2) hinausragen und zwischen Schaufelaustrittskante (70) und hinausragenden Endbereichen des Blechstreifens ein Hohlraum (39) für das Zuführen des Laserstrahls (11) in den und sein Herausführen aus dem Innenbereich des Blechstreifens (3) bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver (9) konzentrisch zum Laserstrahl (11) zuge­ führt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver (9) dieselbe Zusammensetzung aufweist wie die Basislegierung der Schaufel (2) und daß das Metallpulver (9) unter gleichzeitigem Aufheizen durch einen Laserstrahl (11) auf die Schaufelspitze (6) im Innenbereich des Blechstreifens (3) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver (9), das eine Zusammensetzung wie die Basislegierung der Schaufel (2) aufweist, gebunden in einem Binder im Innenbereich des Blech­ streifens (3) aufgetragen wird und anschließend durch Erhitzen mittels eines Laserstrahls (11) der Binder verdampft und das Metallpulver (9) mit der Schaufel­ spitze (6) konturgetreu verbunden wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Panzerung aus metallischer Matrix mit eingebetteten Hartstoffpartikeln auf die Schaufelspitze (6) im Innenbereich des Blechstreifens (3) auf­ getragen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffumspritzung (5) der Stützform nach Herstellung oder Instandsetzung der Schaufel (2) mit­ tels Tieffrieren von der Schaufel (2) und dem Blechstreifen (3) abgesprengt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herstellung oder Instandsetzung der Schaufel (2) die Kunststoffumspritzung (5) der Stützform mittels Aufschmelzen von der Schaufel (2) und dem Blechstreifen (3) abgelöst wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffumspritzung (5) der Stützform nach Herstellung oder Instandsetzung der Schaufel (2) mit­ tels Eintauchen und Aufschmelzen in einem Schmelzbad aus gleichem Material, wie die Kunststoffumspritzung (5), von der Schaufel (2) und dem Blechstreifen (3) abgelöst wird.

10. Stützform zur Herstellung oder Instandsetzung von Schaufeln für Turbomaschinen mittels Laserauftragsschweißen unter Verwendung eines Metallpulvers als Zusatzwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie als ein gabelartig vorgeformter metallischer Blechstrei­ fen (3) die Kontur (4) der Schaufelspitze (6) umgibt und von einer äußeren Kunst­ stoffumspritzung (5) enganliegend, kraftschlüssig und konturtreu um die Kontur (4) gepreßt ist, wobei der Blechstreifen (3) aus der anpressenden Kunststoffumspritzung (5) heraus und über die Schaufelspitze (6) hinaus ragt.

11. Stützform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffum­ spritzung Rippen (40) aufweist.

12. Stützform nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Blech­ streifen (3) aus Weichkupfer, Bronze oder Messing hergestellt ist.

13. Stützform nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Blech­ streifen (3) aus Wolfram hergestellt ist.

14. Stützform nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechstreifen (3) beschichtet ist.

15. Stützform nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffumspritzung (5) aus Polystyrol ist.

16. Verfahren zur Herstellung einer Stützform nach einem der Ansprüche 10-15, gekennzeichnet durch folgende Verfah­ rensschritte:

• a) Anlegen eines biegsamen, gabelartig vorgeformten Blechstreifens (3) an die Kontur (4) der Schaufelspitze (6),
• b) Anpressen des Blechstreifens (3) an die Kontur (4) der Schaufelspitze (6) mittels einer oberen Lamellenblende (22),
• c) konturtreues Abdichten des Schaufelprofils im unteren Schaufelbe­ reich mittels einer unteren Lamellenblende (26) unter Bildung eines ge­ schlossenen Raumes zwischen oberer und unterer Lamellenblende (22, 26),
• d) Ausspritzen des geschlossenen Raumes mit einer Kunststoffmasse unter Einschluß des Schaufelbereiches zwischen oberer und unterer La­ mellenblende (22, 26) unter Anpressen des unteren Bereichs (29) des Blechstreifens (3) mittels der in den Raum eingebrachten Kunststoff­ umspritzung (5).

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausspritzen des Raumes zwischen oberer und unterer Lamellenblende (22, 26) unter einem Druck von über 1 bis 10 MPa (über 10 bis 100 bar) erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Materi­ al des Blechstreifens (3) Weichkupfer, Bronze, Messing oder Wolfram, vorzugs­ weise beschichtetes Blechstreifenmaterial eingesetzt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffumspritzung (5) Polystyrol in den Raum zwischen oberer und unterer Lamellenblende (22, 26) eingespritzt wird.