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Wandreibung hat einen negativen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in Gasturbinen und verringert dadurch deren Wirkungsgrad. Mikroskalige Rippenstrukturen, sog. Riblets, an der Oberfläche der umströmten Maschinenkomponenten können derartige Verluste signifikant mindern. Die geforderten Riblet-Größen und -Qualitäten sind mit vorhandenen Fertigungstechniken nicht oder nur unzureichend erzielbar. Mit der fortschreitenden Entwicklung leistungsstarker Pikosekunden-Laserstrahlquellen steht ein Werkzeug zur Verfügung, welches die anforderungsgerechte Riblet- Fertigung ermöglicht. Deshalb wird in dieser Arbeit die Mikrostrukturierung metallischer Oberflächen mittels Pikosekunden-Pulsen untersucht. Basierend auf theoretischen Vorbetrachtungen anhand des sog. Zwei-Temperatur-Modells werden die Auswirkungen der Prozessparameter Fokusdurchmesser, Pulsenergie, Fluenz und Pulsüberlappung auf die Abtragsqualität und -effizienz charakterisiert. Der Einfluss der Werkstoffkennwerte Wärmeleitfähigkeit und -kapazität sowie Schmelz- und Verdampfungstemperatur auf das Abtragsverhalten und -ergebnis wird dargestellt. Mit der Fertigung von Riblet-Oberflächen auf Verdichterschaufeln, der messtechnischen Bestimmung ihrer aerodynamischen Wirksamkeit und einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wird die Eignung des Fertigungsverfahrens demonstriert.
Skin friction has a negative influence on the flow conditions in gas turbines and thus their power efficiency is decreased. Micro-scaled rib structures, so-called Riblets, applied on the surface of the machine components exposed to flow, can significantly reduce such losses. Current available manufacturing technologies cannot, or only approximately, fulfill the demands on Riblet dimensions and quality. The progressive development of powerful picosecond laser sources enables a tool which meets the requirements for Riblet manufacturing. Therefore, the presented work is about investigations on micro machining of metallic surfaces using picosecond pulse duration. Based on theoretical considerations by means of the so-called Two-Temperature-Model, the effects of the process parameters focal diameter, pulse energy, fluence and pulse overlap on the ablation quality and efficiency are characterized. The influence of the material properties heat conductivity, density and heat capacity as well as melting and vaporization temperature on the ablation behavior and results is illustrated. The generation of Riblets on compressor blades, the determination of their aerodynamic effectivity and a concluding profitability consideration demonstrate the feasibility of the developed manufacturing technology.