DE102011110060B4 - Induction device, induction coil and method for inductive heating of metallic components - Google Patents

Induction device, induction coil and method for inductive heating of metallic components Download PDF

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Abstract

Induktionsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, umfassend:- mindestens eine Induktionsspule (10) mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Wicklung (12a, 12b), wobei die zweite Wicklung (12b) in einem Abstand zur ersten Wicklung (12a) angeordnet ist und zwischen den Wicklungen (12a, 12b) ein Arbeitsbereich (A) zum Erwärmen des oder der im Arbeitsbereich (A) angeordneten Bauelemente derart ausgebildet ist, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen (12a, 12b) in den Arbeitsbereich (A) einführbar sind; und- Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas in den Arbeitsbereich (A), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas derart in der Induktionsspule (10) ausgebildet oder angeordnet sind, dass mindestens ein Schutzgasstrom direkt durch die Induktionsspule (10) von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs (A) zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs (A) geführt ist.Induction device for use in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine, comprising:- at least one induction coil (10) with at least one first and one second winding (12a, 12b), the second winding (12b) in a distance from the first winding (12a) and between the windings (12a, 12b) a working area (A) for heating the component or components arranged in the working area (A) is formed in such a way that the component or components to be heated are positioned between the two windings (12a, 12b) spaced apart from one another can be introduced into the working area (A); and- means (15) for supplying protective gas into the working area (A), characterized in that the means (15) for supplying protective gas are designed or arranged in the induction coil (10) in such a way that at least one flow of protective gas flows directly through the induction coil (10) from an outer area of the working area (A) to an inner area of the working area (A).

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Induktionsspule sowie ein Verfahren zum induktiven Erwärmen von metallischen Bauelementen.The invention relates to an induction device for use in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine. The invention also relates to an induction coil and a method for inductively heating metal components.

Beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpresschweißen von metallischen Bauelementen, beispielsweise von Bauelementen aus Titan oder einer Titanlegierung, ist eine saubere Oberfläche der zu fügenden Bauelemente wichtig, weil die Fügepartner typischerweise nur bis zu einem teigigen Zustand erwärmt und danach zusammengepresst und warmverschmiedet werden. Dabei bleiben die ursprünglichen Oberflächen der gefügten Bauelemente innerhalb der Schweißnaht bestehen. Die Verbindungsflächen der Bauelemente müssen jedoch möglichst frei von organischen und anorganischen Verschmutzungen sein, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes bzw. der Werkstoffpaarung nicht zu verschlechtern. Üblicherweise werden die Verbindungsflächen der Bauelemente vor dem Schweißen daher gereinigt. Derzeit wird die Oberfläche bei einer manuellen Reinigung mechanisch bearbeitet und anschließend mit Aceton gespült. Durch diese mechanische Bearbeitung sollen sowohl Oxidreste als auch organische Verschmutzungen beseitigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Reinigen beispielsweise durch ein so genanntes Sputterätzen der Verbindungsflächen durchgeführt werden. Ein induktives Nieder- oder Hochfrequenzpresschweißverfahren, bei welchem vor der Erwärmung und dem Fügen der Bauelemente ein so genanntes Sputterätzen (Kathodenzerstäubung) der Verbindungsflächen durchgeführt wird, ist beispielsweise aus der DE 10 2007 044 516 A1 bekannt. Dabei wird Inertgas zumindest in den Bereich zwischen die zu fügenden Bauelemente eingeleitet.A clean surface of the components to be joined is important for inductive low- or high-frequency pressure welding of metallic components, for example components made of titanium or a titanium alloy, because the joining partners are typically only heated to a doughy state and then pressed together and hot-forged. The original surfaces of the joined components remain within the weld seam. However, the connecting surfaces of the components must be as free as possible of organic and inorganic contamination in order not to impair the mechanical properties of the material or the combination of materials. The connecting surfaces of the components are therefore usually cleaned before welding. The surface is currently mechanically processed during manual cleaning and then rinsed with acetone. This mechanical processing is intended to remove both oxide residues and organic contamination. Alternatively or additionally, the cleaning can be carried out, for example, by so-called sputter etching of the connecting surfaces. An inductive low- or high-frequency pressure welding process, in which a so-called sputter etching (cathode atomization) of the connecting surfaces is carried out before the heating and joining of the components, is known, for example, from DE 10 2007 044 516 A1 known. In this case, inert gas is introduced at least into the area between the components to be joined.

Während des Erwärmens und beim gegebenenfalls anschließenden Fügen müssen die Bauelemente insbesondere vor schädlichen atmosphärischen Einflüssen - beispielsweise durch Reaktivgase wie Sauerstoff oder Stickstoff - geschützt werden, um eine unzulässige Oxidation oder Härtesteigerungen im Werkstoff zu verhindern. Aus diesem Grund werden die Bauelemente während des Erwärmens und beim gegebenenfalls anschließenden Fügeprozesses in einer Schutzgasatmosphäre gehalten, bis sie sich wieder auf eine unkritische Temperatur abgekühlt haben.During heating and any subsequent joining, the components must be protected in particular from harmful atmospheric influences - for example from reactive gases such as oxygen or nitrogen - in order to prevent unacceptable oxidation or increases in hardness in the material. For this reason, the components are kept in a protective gas atmosphere during the heating and any subsequent joining process until they have cooled down again to a non-critical temperature.

Zur Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre besteht allgemein die Möglichkeit, die Fügezone mit einem offenen oder geschlossenen System vor Reaktivgasen zu schützen. Offene Systeme spülen die Arbeits- bzw. Fügezone mit einer ausreichenden Menge an Schutzgas und verhindern so den Zutritt der Atmosphäre von außen. Dabei wirken bekannte Schutzgasduschen jedoch lokal stark begrenzt auf einen relativ kleinen Teilbereich der jeweiligen Fügezone. Geschlossene Systeme schirmen demgegenüber die gesamte Fügezone von der Umgebung ab. Die Atmosphäre wird entweder durch Evakuierung des Systems entfernt oder durch ein inertes Schutzgas ersetzt. Nachteilig an geschlossenen Systemen ist jedoch der Umstand, dass diese vergleichsweise teuer und aufwändig sind und notwendigerweise den freien Zugang zu den zu erwärmenden Bauelementen stark einschränken.In order to generate a protective gas atmosphere, it is generally possible to protect the joining zone from reactive gases with an open or closed system. Open systems flush the working or joining zone with a sufficient amount of protective gas and thus prevent access to the atmosphere from the outside. However, known inert gas showers have a locally highly limited effect on a relatively small sub-area of the respective joining zone. In contrast, closed systems shield the entire joining zone from the environment. The atmosphere is either removed by evacuating the system or replaced with an inert blanket gas. A disadvantage of closed systems, however, is the fact that they are comparatively expensive and complex and necessarily severely restrict free access to the components to be heated.

Weiterhin ist es bekannt, beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen eine geschlossene Schutzgasabdeckung zu realisieren. Hierzu wird das Schutzgas - welches beispielsweise ein Edelgas wie Helium oder Argon sein kann - von der Anschlussseite einer zum Erwärmen der Bauelemente verwendeten Induktionsspule einer Induktionsvorrichtung her in die Arbeits- bzw. Fügezone geblasen. Eine derartige Induktionsvorrichtung ist beispielsweise bereits aus der DE 10 2007 027 327 A1 bekannt und umfasst eine Induktionsspule mit zwei Wicklungen bzw. Spulen, zwischen die das oder die zu erwärmenden Bauelemente eingeführt und mit dem Schutzgas beaufschlagt werden. Der Zutritt von Reaktivgasen in die Arbeits- bzw. Fügezone wird verhindert, indem die Oberseite der Induktionsspule mit Quarzglas, Isolierband oder dergleichen möglichst gasdicht verschlossen. Die seitlichen Öffnungen des Arbeitsbereichs bzw. der Fügezone werden mit Hilfe von Watte möglichst weitgehend abgedichtet. Um ein An- oder Aufschmelzen der Wicklungen der Induktionsspule beim Erwärmen und beim gegebenenfalls anschließenden Fügen der Bauelemente zu verhindern, weist die Induktionsvorrichtung eine Kühlvorrichtung auf, welche eine Kühlflüssigkeit, üblicherweise Wasser, durch die Induktionsspule pumpt und die Wicklungen bzw. Spulen hierdurch kühlt.Furthermore, it is known to realize a closed shielding gas cover during inductive low-frequency or high-frequency pressure welding. For this purpose, the protective gas—which can be an inert gas such as helium or argon, for example—is blown into the working or joining zone from the connection side of an induction coil of an induction device used to heat the components. Such an induction device is, for example, already from DE 10 2007 027 327 A1 is known and comprises an induction coil with two windings or coils, between which the component or components to be heated are inserted and exposed to the protective gas. The ingress of reactive gases into the working or joining zone is prevented by sealing the top of the induction coil with quartz glass, insulating tape or the like as gas-tight as possible. The side openings of the work area or the joining zone are sealed as far as possible with the help of cotton wool. In order to prevent the windings of the induction coil from melting or melting when the components are heated and possibly subsequently joined, the induction device has a cooling device which pumps a cooling liquid, usually water, through the induction coil and thereby cools the windings or coils.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Induktionsvorrichtung mit mindestens einer Induktionsspule zu schaffen, welche eine einfache und sichere Beaufschlagung eines Arbeitsbereichs der Induktionsspule mit einem gewünschten Gas oder Gasgemisch erlaubt. Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, eine konstruktiv einfach aufgebaute Induktionsspule sowie ein einfaches Verfahren zum induktiven Erwärmen von metallischen Bauelementen zu schaffen.The object of the present invention is to provide an induction device with at least one induction coil which allows a desired gas or gas mixture to be applied to a working area of the induction coil in a simple and reliable manner. Further objects of the invention are to provide an induction coil of simple construction and a simple method for inductively heating metallic components.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch Induktionsvorrichtungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 sowie eine Induktionsspule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und durch ein Verfahren zum induktiven Erwärmen von metallischen Bauelementen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Induktionsvorrichtung oder der Induktionsspule als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.The objects are achieved according to the invention by induction devices with the features of patent claims 1 and 4 and an induction coil with the features of patent claim 13 and solved by a method for the inductive heating of metallic components with the features of patent claim 16. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the respective dependent claims, advantageous configurations of the induction device or the induction coil being to be regarded as advantageous configurations of the method and vice versa.

Eine erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, umfasst eine Induktionsspule mit wenigstens einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung, wobei die zweite Wicklung in einem Abstand zur ersten Wicklung angeordnet ist und zwischen den Wicklungen ein Arbeitsbereich zum Erwärmen des oder der im Arbeitsbereich angeordneten Bauelemente derart ausgebildet ist, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen in den Arbeitsbereich einführbar sind und Mittel zum Zuführen von Schutzgas zu dem Arbeitsbereich. Eine einfache und sichere Beaufschlagung der aufzuwärmenden Bauelemente im Arbeitsbereich der Induktionsspule mit einem gewünschten Gas oder Gasgemisch ist erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass die Mittel zum Zuführen von Schutzgas derart in der Induktionsspule ausgebildet oder angeordnet sind, dass mindestens ein Schutzgasstrom direkt durch die Induktionsspule von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs geführt ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Schutzgasstrom nicht von einem Bereich außerhalb der Induktionsspule in deren Arbeitsbereich einzuleiten, sondern direkt in diesen hinein. Hierdurch können Schutzgasverluste minimiert werden, zudem kann auf geschlossen aufgebaute Schutzgasvorrichtung verzichtet werden. Dabei ist zu betonen, dass grundsätzlich sowohl bezüglich der Werkstoffe der Bauelemente inerte Gase (Inertgase) als auch bezüglich der Werkstoffe der Bauelemente reaktive Gase (Reaktivgase) sowie beliebige Mischungen hieraus als Schutzgase verwendbar sind. Auf diese Weise können wahlweise Schutzgasvorhänge erzeugt oder bestimmte Oberflächenmodifikationen des oder der Bauelemente vorgenommen werden. Die erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung kann konstruktiv sehr einfach ausgebildet werden und erlaubt auf einfache Weise eine kontinuierliche Gasabdeckung des Arbeitsbereichs bzw. der gesamten Fügezone. Durch die direkte Einleitung des Schutzgases in den Arbeitsbereich kann auf die bislang erforderliche Abdichtung der Schweiß- bzw. Fügezone mit Hilfe von Quarzglas, Isolierband, Watte und dergleichen verzichtet werden, wodurch erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielt werden. Darüber hinaus ist ausgeschlossen, dass Wattepartikel oder sonstige zur Abdichtung verwendete Materialien in die Arbeits- und Fügezone gelangen und so zu einer Verunreinigung der Bauelemente führen. Die erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung eignet sich somit auch für die Serienfertigung und garantiert eine gleich bleibend hohe Fertigungsqualität. Durch die offene Bauart der Induktionsvorrichtung entsteht im Rahmen von Schweißverfahren zudem ein zusätzlicher Kühleffekt an der Schweißnaht, so dass die rasche Abkühlung der Bauelemente nach dem Schweißen begünstigt wird. Darüber hinaus kann auch die Erstreckung der wärmebeeinflussten Zone klein gehalten werden. Die erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung ist darüber hinaus leicht skalierbar und kann problemlos auch zur Gasbeaufschlagung von sehr langen Bauelementen verwendet werden. Beispielsweise können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen von Fanblisken Schweißnähte mit Längen von mehr als 200 mm sowie Arbeits- und Fügezonen mit einem Länge- zu Breite-Verhältnis von etwa 10:1 vor Luftzutritt geschützt und zuverlässig mit Gas beaufschlagt werden. Die erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen. Dabei kann zum Beispiel ein erstes Bauelement eine Schaufel oder ein Teil einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und ein zweites Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors oder ein am Umfang des Rings oder der Scheibe angeordneter Schaufelfuß sein. Die Bauelemente können aber auch Teile einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine sein. Zudem ist die zweite Wicklung der Induktionsspule in einem Abstand zur ersten Wicklung angeordnet, so dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen in den Arbeitsbereich einführbar sind. Durch diese Ausgestaltung der Induktionsspule befindet sich mindestens eine Wicklung über und eine Wicklung unter dem zu bearbeitenden Bauelement beziehungsweise den zu bearbeitenden Bauelementen. Die Induktionsspule erlaubt es, dass der Stromfluss so gelenkt wird, dass er über die zu bearbeitenden Flächen, wie zum Beispiel Verbindungsflächen der Bauelemente, wirkt und damit unabhängig vom Querschnitt der Bauelemente eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Bearbeitungsbeziehungsweise Fügezone erreicht wird. Vorteilhafterweise kann daher mit sehr hohen Leistungsdichten und sehr kurzer Heizzeit gearbeitet werden, wodurch die Wärmeeinflusszone deutlich verringert wird. Zudem wird durch eine derartige Induktionsspule und deren entsprechenden Anordnung gegenüber den Bauelementen ein skalierbarer Prozess unabhängig vom Querschnitt des zu bearbeitenden Bauelements erreicht, aufgrund der sehr gezielten Wärmeeinwirkung und der daraus resultierenden geringen Wärmeeinflusszone können zum Beispiel bessere Festigkeitseigenschaften der Schweißverbindungen erreicht werden. Des Weiteren ermöglicht die Induktionsspule einen Wärmeeintrag in Flächen mit variierender Breite, zudem kann das bearbeitete Bauelement leicht herausgefahren werden, da die Induktionsspule das Bauelement nicht umgibt.An induction device according to the invention for use in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine, comprises an induction coil with at least a first winding and a second winding, the second winding being arranged at a distance from the first winding and between the windings a work area for heating the component or components arranged in the work area is designed in such a way that the component or components to be heated can be introduced into the work area between the two windings spaced apart from one another, and means for supplying protective gas to the work area. According to the invention, a simple and reliable application of a desired gas or gas mixture to the components to be heated in the working area of the induction coil is made possible by the fact that the means for supplying protective gas are designed or arranged in the induction coil in such a way that at least one protective gas flow is directed through the induction coil from an external Area of the work area is led to an inner area of the work area. In other words, it is provided according to the invention that the flow of protective gas is not introduced from an area outside the induction coil into its working area, but rather directly into it. In this way, protective gas losses can be minimized, and a closed protective gas device can also be dispensed with. It should be emphasized that, in principle, both gases that are inert with regard to the materials of the components (inert gases) and gases that are reactive with regard to the materials of the components (reactive gases) and any mixtures thereof can be used as protective gases. In this way, protective gas curtains can be produced or certain surface modifications of the component or components can be made. The induction device according to the invention can be of very simple design and allows continuous gas coverage of the work area or the entire joining zone in a simple manner. The direct introduction of the protective gas into the work area means that the previously required sealing of the welding or joining zone with the aid of quartz glass, insulating tape, cotton wool and the like can be dispensed with, resulting in significant time and cost savings. In addition, it is impossible for cotton wool particles or other materials used for sealing to get into the working and joining zone and thus lead to contamination of the components. The induction device according to the invention is therefore also suitable for series production and guarantees consistently high production quality. Due to the open design of the induction device, there is also an additional cooling effect on the weld seam during the welding process, so that the components cool down quickly after welding. In addition, the extent of the heat-affected zone can also be kept small. In addition, the induction device according to the invention is easily scalable and can also be used without any problems for the gas treatment of very long components. For example, with the help of the induction device according to the invention, weld seams with lengths of more than 200 mm as well as working and joining zones with a length-to-width ratio of about 10:1 can be protected from air ingress and reliably pressurized with gas during inductive low- or high-frequency pressure welding of fan blisks . The induction device according to the invention enables a large number of different possible applications in the field of inductive heating of metallic components. In this case, for example, a first component can be a blade or part of a blade of a rotor in a gas turbine and a second component can be a ring or a disk of the rotor or a blade root arranged on the circumference of the ring or disk. However, the components can also be parts of a blade of a rotor in a gas turbine. In addition, the second winding of the induction coil is arranged at a distance from the first winding, so that the component or components to be heated can be introduced into the work area between the two windings that are spaced apart from one another. This configuration of the induction coil means that there is at least one winding above and one winding below the component to be processed or the components to be processed. The induction coil allows the flow of current to be directed in such a way that it acts on the surfaces to be processed, such as connecting surfaces of the components, and thus uniform heating of the entire processing or joining zone is achieved regardless of the cross section of the components. It is therefore advantageous to work with very high power densities and very short heating times, as a result of which the heat-affected zone is significantly reduced. In addition, a scalable process is achieved by such an induction coil and its corresponding arrangement in relation to the components, regardless of the cross section of the component to be processed, due to the very targeted heat effect and the resulting heat With a small heat-affected zone, for example, better strength properties of the welded joints can be achieved. Furthermore, the induction coil enables heat to be introduced into surfaces with varying widths, and the processed component can also be easily removed, since the induction coil does not surround the component.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Zuführen von Schutzgas mindestens einen innerhalb der ersten Wicklung ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der Gaszuführungskanal in mindestens einer in der ersten Wicklung ausgebildeten Gasauslassöffnung endet und die Gasauslassöffnung dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Dadurch ist auf eine einfache konstruktive Weise eine direkte Gaszuführung in den Arbeitsbereich der Induktionsspule der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung gewährleistet. Es ist auch möglich, dass die Mittel zum Zuführen von Schutzgas den innerhalb der ersten Wicklung ausgebildeten, mindestens einen Gaszuführungskanal und mindestens einen innerhalb der zweiten Wicklung ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der in der zweiten Wicklung ausgebildete Gaszuführungskanal in mindestens einer in der zweiten Wicklung ausgebildeten Gasauslassöffnung endet und die Gasauslassöffnung der zweiten Wicklung ebenfalls dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Diese erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt auf einfache Weise eine kontinuierliche Gasabdeckung des Arbeitsbereichs bzw. der gesamten Fügezone.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the means for supplying protective gas comprise at least one gas supply channel formed within the first winding, the gas supply channel ending in at least one gas outlet opening formed in the first winding and the gas outlet opening facing the work area. In this way, a direct supply of gas into the working area of the induction coil of the induction device according to the invention is ensured in a simple structural manner. It is also possible for the means for supplying protective gas to comprise the at least one gas supply duct formed within the first winding and at least one gas supply duct formed within the second winding, the gas supply duct formed in the second winding being in at least one gas outlet opening formed in the second winding ends and the gas outlet opening of the second winding is also designed to face the working area. This construction according to the invention allows continuous gas coverage of the work area or the entire joining zone in a simple manner.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 ist vorgesehen, dass die Mittel zum Zuführen von Schutzgas zumindest einen ersten Gasführungskörper umfassen, welcher an einer dem Arbeitsbereich abgewandten Seite der ersten Wicklung angeordnet ist, derart, dass der erste Gasführungskörper keinen Bauraum des Arbeitsbereichs beansprucht und wenigstens eine, über eine Gasleitung fluidisch mit einer Gaszuführöffnung gekoppelten Gasauslassöffnung umfasst und die Gasauslassöffnung dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Durch einen separaten Gasführungskörper ist eine erhöhte konstruktive Freiheit der Mittel zum Zuführen von Schutzgas gegeben. Beispielsweise kann die Geometrie des Gasführungskörpers einfach an die Geometrien unterschiedlicher Induktionsspulen bzw. Wicklungen angepasst werden. Durch die Anordnung auf der dem Arbeitsbereich abgewandten Seite der ersten Wicklung ist sichergestellt, dass der Gasführungskörper keinen Bauraum beansprucht, der zur Anordnung des oder der zu erwärmenden Bauelemente benötigt wird. Darüber hinaus ist hierdurch sichergestellt, dass das Schutzgas unmittelbar in den Arbeitsbereich strömt, wodurch eine besonders zuverlässige Gasbeaufschlagung des Arbeitsbereichs sichergestellt ist. Die zweite Wicklung der Induktionsspule ist in einem Abstand zur ersten Wicklung angeordnet, so dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen in den Arbeitsbereich einführbar sind.In a further induction device according to the invention with the features of claim 4, it is provided that the means for supplying protective gas comprise at least one first gas guide body, which is arranged on a side of the first winding facing away from the work area, such that the first gas guide body does not take up any installation space of the work area and comprises at least one gas outlet opening which is fluidically coupled to a gas supply opening via a gas line and the gas outlet opening is designed to face the work area. A separate gas guide body provides increased design freedom for the means for supplying protective gas. For example, the geometry of the gas guide body can easily be adapted to the geometries of different induction coils or windings. The arrangement on the side of the first winding facing away from the working area ensures that the gas guide body does not take up any space that is required for arranging the component or components to be heated. In addition, this ensures that the protective gas flows directly into the work area, which ensures that the work area is exposed to gas in a particularly reliable manner. The second winding of the induction coil is arranged at a distance from the first winding, so that the component or components to be heated can be introduced into the work area between the two windings that are spaced apart from one another.

Zudem besteht die Möglichkeit, dass mindestens ein zweiter Gasführungskörper an der zweiten Wicklung angeordnet ist, wobei der zweite Gasführungskörper an einer dem Arbeitsbereich abgewandten Seite der zweiten Wicklung angeordnet ist und wenigstens eine, über eine Gasleitung fluidisch mit einer Gaszuführöffnung gekoppelte Gasauslassöffnung umfasst, wobei die Gasauslassöffnung des zweiten Gasführungskörpers ebenfalls dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Diese erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt auf einfache Weise eine kontinuierliche Gasabdeckung des Arbeitsbereichs bzw. der gesamten Fügezone.There is also the possibility that at least one second gas guide body is arranged on the second winding, the second gas guide body being arranged on a side of the second winding facing away from the working area and comprising at least one gas outlet opening fluidically coupled to a gas supply opening via a gas line, the gas outlet opening of the second gas guide body is also designed to face the work area. This construction according to the invention allows continuous gas coverage of the work area or the entire joining zone in a simple manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Geometrie des oder der Gasführungskörper an eine Geometrie der ersten Wicklung und/oder der zweiten Wicklung angepasst ist. Zudem können die Gasführungskörper mindestens einen Gasanschluss aufweisen. Indem die Geometrie des Gasführungskörpers an die Geometrie der ersten Wicklung bzw. an die Geometrie der zweiten Wicklung angepasst ist, wird der erforderliche Bauraum der Induktionsspule möglichst gering gehalten. Des Weiteren kann der Arbeitsraum auf diese Weise besonders einfach entlang der gesamten Wicklung oder zumindest entlang eines überwiegenden Längenbereichs der Wicklung mit dem Schutzgas beaufschlagt werden. Der Gasanschluss kann beispielsweise ein Gewinde, ein Ventil, einen Kugelhahn, einen Flansch oder dergleichen zum schnellen, lösbaren und gasdichten Anschließend einer Gaszuführung umfassen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a geometry of the gas guiding body or bodies is adapted to a geometry of the first winding and/or the second winding. In addition, the gas guiding bodies can have at least one gas connection. By adapting the geometry of the gas guide body to the geometry of the first winding or to the geometry of the second winding, the installation space required for the induction coil is kept as small as possible. Furthermore, in this way the working space can be charged with the protective gas particularly easily along the entire winding or at least along a predominant length area of the winding. The gas connection can include, for example, a thread, a valve, a ball valve, a flange or the like for the quick, detachable and gas-tight connection of a gas supply.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich der Gasauslassöffnung mindestens eine Verteileinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein vorgegebener Längenbereich des Arbeitsbereichs mit einem vergleichmäßigten Schutzgasstrom beaufschlagbar ist. Unter einem vergleichmäßigen Schutzgasstrom ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Schutzgasstrom zu verstehen, der im Bereich der wenigstens einen Gasaustrittsöffnung eine zumindest überwiegend konstante Strömungsgeschwindigkeit aufweist bzw. der zumindest überwiegend turbulenz- und verwirbelungsarm (quasi-laminar) aus dem Mittel zur Zuführung von Schutzgas austritt. Hierdurch ist eine gleichmäßige, verwirbelungsarme und gerichtete Anströmung des oder der im Arbeitsraum angeordneten Bauelemente ermöglicht. Die Verteileinrichtung kann beispielsweise als Diffusor ausgebildet sein oder einen Diffusor umfassen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verteileinrichtung lösbar im Bereich der Gasauslassöffnung festgelegt ist. Hierdurch können unterschiedliche ausgebildete Verteileinrichtungen entsprechend schnell und einfach gegeneinander ausgetauscht werden, so dass die Induktionsvorrichtung besonders einfach und kostengünstig an unterschiedliche Anwendungszwecke angepasst werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one distribution device is provided in the area of the gas outlet opening, by means of which a predetermined longitudinal area of the working area can be subjected to an equalized flow of protective gas. In the context of the present invention, a uniform flow of protective gas is to be understood in particular as a flow of protective gas which has an at least predominantly constant flow rate in the region of the at least one gas outlet opening or which is at least predominantly low in turbulence and turbulence (quasi-laminar) from the means for supplying protective gas exit. This enables a uniform, low-turbulence and directed flow of the component or components arranged in the working space. The distribution device can, for example wise be designed as a diffuser or include a diffuser. Furthermore, it can be provided that the distribution device is detachably fixed in the area of the gas outlet opening. As a result, differently designed distribution devices can be exchanged for one another quickly and easily, so that the induction device can be adapted to different applications in a particularly simple and cost-effective manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Zuführung von Schutzgas mehrere Gasauslassöffnungen umfassen, mittels welchen das Schutzgas zumindest entlang eines überwiegenden Längenbereichs der ersten Wicklung und/oder der zweiten Wicklung in den Arbeitsbereich ausleitbar ist. Hierdurch kann eine besonders große Fläche des oder der im Arbeitsbereich angeordneten Bauelemente mit dem Schutzgas angeströmt und somit beispielsweise ein besonders „flächiger“ Gas- oder Schutzgasvorhang erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schutzgasstrom über entsprechend angeordnete Gasauslassöffnungen gezielt auf bestimmte Bereiche gerichtet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the means for supplying protective gas comprise a plurality of gas outlet openings, by means of which the protective gas can be discharged into the work area at least along a predominant length of the first winding and/or the second winding. As a result, the protective gas can flow onto a particularly large area of the component or components arranged in the work area and thus, for example, a particularly “flat” gas or protective gas curtain can be produced. Alternatively or additionally, the flow of protective gas can be directed to specific areas via appropriately arranged gas outlet openings.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktionsvorrichtung Mittel zum Ionisieren des Schutzgases mittels eines zumindest im Arbeitsbereich anlegbaren Nieder- oder Hochfrequenzfeldes, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 0,05 MHz und 2,5 MHz, umfasst. Hierdurch kann vor, während und/oder nach der induktiven Aufheizung des oder der im Arbeitsbereich angeordneten Bauelemente ein Plasma erzeugt werden, das vorteilhaft in Kombination mit der Temperaturerhöhung im Arbeitsbereich zur integrierten Reinigung der Oberflächen des oder der Bauelemente genutzt werden kann. Insbesondere kann hierdurch vorteilhaft ein so genanntes Sputterätzen der Verbindungsflächen durchgeführt wird. Durch das Sputterätzen können zuverlässig unerwünschte Ablagerungen und Oxide auf den metallenen Oberflächen der Bauelemente beseitigt werden. Es können hoch reine metallische Oberflächen erzeugt werden, die ohne weitere Bearbeitungsschritte unmittelbar miteinander verschweißt werden könnten. Die Reinigung der Verbindungsflächen mithilfe des Sputterätzens steigert die Qualität einer anschließenden Schweißung signifikant, da Fehler, die zum Beispiel durch den Einschluss von Oxiden in der entstehenden Schweißnaht entstehen können, zuverlässig verhindert werden. Aufgrund der oxidfreien Verbindungsflächen muss zudem vorteilhafterweise nicht mehr übermäßiges Material aus der Fügezone ausgetrieben werden, d. h. der Stauweg kann stark reduziert werden, so dass auch Bauelemente mit großem Querschnitt problemlos gefügt werden können. Dabei ist insbesondere die Reinigung durch Sputterätzen vorteilhaft, da hiermit großflächige Substrate bearbeitbar sind. Da es sich bei dem Sputterätzen um einen rein physikalischen Prozess handelt, werden die Verbindungsflächen der zu fügenden Bauelemente während der Reinigung mittels des Sputterätzens chemisch nicht verändert oder beeinflusst. Je nach verwendetem Schutzgas können jedoch auch anorganische Bestandteile aufgelöst oder die Oberfläche des oder der Bauelemente gezielt chemisch und/oder physikalisch manipuliert werden. Dabei kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass nacheinander unterschiedliche bzw. unterschiedlich zusammengesetzte Schutzgase verwendet werden, um entsprechend unterschiedliche Effekte zu erzielen. Die Intensität des Plasmas und damit auch die Reinigungswirkung verstärken sich mit zunehmender Energiedichte, die ihrerseits mit Hilfe einer effektiveren Isolierung bei Bedarf deutlich erhöht werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the induction device comprises means for ionizing the protective gas by means of a low or high-frequency field that can be applied at least in the working area, in particular in the frequency range between 0.05 MHz and 2.5 MHz. In this way, before, during and/or after the inductive heating of the component(s) arranged in the work area, a plasma can be generated which can advantageously be used in combination with the temperature increase in the work area for integrated cleaning of the surfaces of the component(s). In particular, a so-called sputter etching of the connecting surfaces can advantageously be carried out as a result. Sputter etching can be used to reliably remove unwanted deposits and oxides from the metal surfaces of the components. Highly pure metallic surfaces can be produced that can be welded together directly without further processing steps. The cleaning of the connecting surfaces using sputter etching significantly increases the quality of a subsequent weld, since defects that can occur, for example, due to the inclusion of oxides in the resulting weld seam, are reliably prevented. Due to the oxide-free connecting surfaces, it is also advantageous that excessive material no longer has to be expelled from the joining zone, i. H. the accumulation path can be greatly reduced, so that components with a large cross-section can also be joined without any problems. In this case, cleaning by sputter etching is particularly advantageous since large-area substrates can be processed in this way. Since sputter etching is a purely physical process, the connection surfaces of the components to be joined are not chemically changed or influenced during cleaning using sputter etching. Depending on the protective gas used, however, inorganic components can also be dissolved or the surface of the component or components can be chemically and/or physically manipulated in a targeted manner. In principle, it can also be provided that different or differently composed protective gases are used one after the other in order to achieve correspondingly different effects. The intensity of the plasma and thus also the cleaning effect increase with increasing energy density, which in turn can be significantly increased with the help of more effective insulation if necessary.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Übergang von der ersten Wicklung zur zweiten Wicklung derart gestaltet ist, dass der Strom in der zweiten Wicklung gegenläufig zur ersten Wicklung fließt und/oder dass die Induktionsspule in einem Arbeitsteilbereich feldfrei gehalten ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Übergang von der ersten Wicklung zu der zweiten Wicklung derart gestaltet ist, dass der Strom in der zweiten Wicklung gegenläufig zur ersten Wicklung fließt. Der Übergang bildet dabei eine Art „Kehrschleife“. Dadurch ist eine exakte Steuerung des Temperatureintrags in dem Arbeitsbereich gewährleistet.A further advantageous embodiment of the invention provides that a transition from the first winding to the second winding is designed in such a way that the current in the second winding flows in the opposite direction to the first winding and/or that the induction coil is kept field-free in a working sub-area. This can be achieved, for example, by designing a transition from the first winding to the second winding in such a way that the current in the second winding flows in the opposite direction to the first winding. The transition forms a kind of “reverse loop”. This ensures precise control of the temperature input in the work area.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur des zum Arbeitsbereich der Induktionsspule geleiteten Schutzgases niedriger ist als die im Arbeitsbereich (A) maximal auftretenden Temperaturen. Hierdurch ist eine besonders effiziente Kühlung der Induktionsspule ermöglicht. Das Schutzgas fungiert als Kühlmedium, wobei das ohnehin benötigte Gas vorteilhaft sowohl zu Kühlung der Induktionsspule als auch zur Ausbildung eines Gasvorhangs im Arbeitsbereich bzw. in der Fügezone der Induktionsvorrichtung verwendet werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the temperature of the protective gas conducted to the working area of the induction coil is lower than the maximum temperatures occurring in the working area (A). This enables a particularly efficient cooling of the induction coil. The protective gas acts as a cooling medium, with the gas that is required in any case advantageously being able to be used both for cooling the induction coil and for forming a gas curtain in the working area or in the joining zone of the induction device.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Induktionsspule, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Die erfindungsgemäße Induktionsspule umfasst dabei Mittel zum Zuführen von Schutzgas in einen Arbeitsbereich der Induktionsspule. Die Ausgestaltung der Induktionsspule selbst mit Mitteln zur Zuführung eines Schutzgases ermöglicht eine einfache und sichere Beaufschlagung der aufzuwärmenden Bauelemente im Arbeitsbereich der Induktionsspule mit einem gewünschten Gas oder Gasgemisch. Der Schutzgasstrom wird nicht von einem Bereich außerhalb der Induktionsspule in deren Arbeitsbereich eingeleitet, sondern direkt über die Induktionsspule in diesen hinein. Hierdurch können Schutzgasverluste minimiert werden, zudem kann auf geschlossen aufgebaute Schutzgasvorrichtung verzichtet werden. Dabei ist zu betonen, dass grundsätzlich sowohl bezüglich der Werkstoffe der Bauelemente inerte Gase (Inertgase) als auch bezüglich der Werkstoffe der Bauelemente reaktive Gase (Reaktivgase) sowie beliebige Mischungen hieraus als Schutzgase verwendbar sind. Die erfindungsgemäße Induktionsspule kann konstruktiv sehr einfach ausgebildet werden und erlaubt auf einfache Weise eine kontinuierliche Gasabdeckung des Arbeitsbereichs bzw. der gesamten Fügezone. Durch die direkte Einleitung des Schutzgases über die Induktionsspule in den Arbeitsbereich kann auf die bislang erforderliche Abdichtung der Schweiß- bzw. Fügezone mit Hilfe von Quarzglas, Isolierband, Watte und dergleichen verzichtet werden, wodurch erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielt werden. Darüber hinaus ist ausgeschlossen, dass Wattepartikel oder sonstige zur Abdichtung verwendete Materialien in die Arbeits- und Fügezone gelangen und so zu einer Verunreinigung der Bauelemente führen. Die erfindungsgemäße Induktionsspule eignet sich somit auch für die Serienfertigung und garantiert eine gleich bleibend hohe Fertigungsqualität.A further aspect of the invention relates to an induction coil, in particular for use in a method for inductively heating metallic components. The design of the induction coil itself with means for supplying an inert gas allows a simple and safe application of the desired gas or gas to the components to be heated in the working area of the induction coil gas mixture. The protective gas flow is not introduced from an area outside the induction coil into its working area, but directly into it via the induction coil. In this way, protective gas losses can be minimized, and a closed protective gas device can also be dispensed with. It should be emphasized that, in principle, both gases that are inert with regard to the materials of the components (inert gases) and gases that are reactive with regard to the materials of the components (reactive gases) and any mixtures thereof can be used as protective gases. The induction coil according to the invention can be of very simple design and allows continuous gas coverage of the work area or the entire joining zone in a simple manner. The direct introduction of the protective gas into the work area via the induction coil means that the previously required sealing of the welding or joining zone with the aid of quartz glass, insulating tape, cotton wool and the like can be dispensed with, resulting in significant time and cost savings. In addition, it is impossible for cotton wool particles or other materials used for sealing to get into the working and joining zone and thus lead to contamination of the components. The induction coil according to the invention is therefore also suitable for series production and guarantees consistently high production quality.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Induktionsspule ist vorgesehen, dass die Mittel zum Zuführen von Schutzgas mindestens einen innerhalb der ersten Wicklung der Induktionsspule ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der Gaszuführungskanal in mindestens einer in der ersten Wicklung ausgebildeten Gasauslassöffnung endet und die Gasauslassöffnung dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Dadurch ist auf eine einfache konstruktive Weise eine direkte Gaszuführung in den Arbeitsbereich der Induktionsspule der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung gewährleistet. Es ist aber auch möglich, dass die Induktionsspule weitere Wicklungen umfasst und die Mittel zum Zuführen von Schutzgas den innerhalb der ersten Wicklung ausgebildeten, mindestens einen Gaszuführungskanal und mindestens einen innerhalb der zweiten Wicklung ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der in der zweiten Wicklung ausgebildete Gaszuführungskanal in mindestens einer in der zweiten Wicklung ausgebildeten Gasauslassöffnung endet und die Gasauslassöffnung der zweiten Wicklung ebenfalls dem Arbeitsbereich zugewandt ausgebildet ist. Diese erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt auf einfache Weise eine kontinuierliche Gasabdeckung des Arbeitsbereichs bzw. der gesamten Fügezone.In further advantageous configurations of the induction coil according to the invention, it is provided that the means for supplying protective gas comprise at least one gas supply channel formed within the first winding of the induction coil, the gas supply channel ending in at least one gas outlet opening formed in the first winding and the gas outlet opening facing the work area . In this way, a direct supply of gas into the working area of the induction coil of the induction device according to the invention is ensured in a simple structural manner. However, it is also possible for the induction coil to include further windings and for the means for supplying protective gas to include the at least one gas supply duct formed within the first winding and at least one gas supply duct formed within the second winding, with the gas supply duct formed in the second winding having at least a gas outlet opening formed in the second coil and the gas outlet opening of the second coil is also formed facing the working area. This construction according to the invention allows continuous gas coverage of the work area or the entire joining zone in a simple manner.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Erwärmen von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine unter Verwendung einer im Vorhergehenden beschriebenen Induktionsvorrichtung, bei welchem zumindest die Schritte a) Bereitstellung eines oder mehrerer zu erwärmender Bauelemente, b) Anordnen des oder der Bauelemente im Arbeitsbereich wenigstens einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung einer Induktionsspule und c) Induktives Erwärmen des Bauelements oder der Bauelemente im Arbeitsbereich der Induktionsspule durchgeführt werden. Eine einfache und sichere Beaufschlagung der aufzuwärmenden Bauelemente im Arbeitsbereich der Induktionsspule mit einem gewünschten Gas oder Gasgemisch ist erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass Mittel zum Zuführen von Schutzgas derart in und/oder an der Induktionsspule ausgebildet oder angeordnet sind, so dass mindestens ein Schutzgasstrom direkt von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs geführt wird. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen und gelten entsprechend für das erfindungsgemä-ße Verfahren.Another aspect of the invention relates to a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine using an induction device as described above, in which at least the steps a) providing one or more components to be heated, b) arranging the component or components in the working area of at least one first winding and one second winding of an induction coil and c) inductive heating of the component or components in the working area of the induction coil. According to the invention, a simple and reliable application of a desired gas or gas mixture to the components to be heated in the working area of the induction coil is made possible by the fact that means for supplying protective gas are designed or arranged in and/or on the induction coil in such a way that at least one protective gas stream can flow directly from a outer area of the working area is led to an inner area of the working area. The resulting features and their advantages can be found in the preceding descriptions and apply accordingly to the method according to the invention.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das induktive Erwärmen gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Nieder- oder HochfrequenzPressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ist. Die dabei verwendeten Frequenzen können dabei aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden. Es ist aber auch möglich, dass die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Löten zum Verbinden von metallischen Bauelementen ist oder zur Beseitigung von Eigenspannungen von metallischen Bauelementen ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen. Dabei kann zum Beispiel ein erstes Bauelement eine Schaufel oder ein Teil einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und ein zweites Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors oder ein am Umfang des Rings oder der Scheibe angeordneter Schaufelfuß sein. Die Bauelemente können aber auch Teile einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine sein.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the inductive heating according to method step c) is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metal components, in particular components of a gas turbine. The frequencies used can be selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. However, it is also possible for the inductive heating according to method step c) to be inductive soldering for connecting metal components or for eliminating internal stresses in metal components. The method according to the invention enables a large number of different possible applications in the field of inductive heating of metallic components. In this case, for example, a first component can be a blade or part of a blade of a rotor in a gas turbine and a second component can be a ring or a disk of the rotor or a blade root arranged on the circumference of the ring or disk. However, the components can also be parts of a blade of a rotor in a gas turbine.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schutzgas als vorgekühltes Kühlmedium verwendet wird. Über die Variation des verwendeten gasförmigen Kühlmediums kann die Effektivität der Reinigung vorteilhaft beeinflusst werden. Ebenso sind hierdurch gezielte Oberflächenmodifikationen des Bauelements möglich. Dabei kann auch vorgekühltes Kühlmedium, das beispielsweise durch die Entspannung aus hohem Druck auf niedrige Temperaturen gebracht wurde, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann untemperiertes Kühlmedium mit einem größeren Volumenstrom zum Kühlen der Induktionsspule verwendet werden. Aufgrund der offenen Gasspülung werden dabei zusätzlich zumindest alle gasförmigen Verschmutzungen aus der Fügezone herausgespült.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the protective gas is used as a pre-cooled cooling medium. The effectiveness of the cleaning can be advantageously influenced by varying the gaseous cooling medium used. Targeted surface modifications of the component are also possible as a result. Pre-cooled cooling medium, which has been brought to low temperatures, for example by depressurization from high pressure, can be used. As an alternative or in addition, untempered cooling medium with a larger volume flow can be used to cool the induction coil. Due to the open gas flushing, at least all gaseous contaminants are additionally flushed out of the joining zone.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schutzgas während Schritt c) zumindest im Arbeitsbereich zur Ausbildung eines Plasmas ionisiert wird. Dies ermöglicht eine prozessintegrierte Reinigung unmittelbar vor dem eigentlichen Schweißprozess. Über an sich bekannte Prozessparameter kann die Intensität des Plasmas variiert werden. Grundsätzlich ist es bevorzugt, den Schweißprozesses mit möglichst großer Energiedichte und kurzen Schweißzeiten durchzuführen, um die wärmebeeinflusste Zone möglichst klein zu halten.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the protective gas is ionized during step c) at least in the work area to form a plasma. This enables process-integrated cleaning immediately before the actual welding process. The intensity of the plasma can be varied using process parameters that are known per se. In principle, it is preferable to carry out the welding process with the greatest possible energy density and short welding times in order to keep the heat-affected zone as small as possible.

Ein Bauelement einer Gasturbine, insbesondere BLING oder BLISK, besteht aus mindestens einem ersten metallischen Bauelement und einem zweiten metallischen Bauelement und ist mittels einer Induktionsvorrichtung und/oder durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt.A component of a gas turbine, in particular BLING or BLISK, consists of at least a first metal component and a second metal component and is produced by means of an induction device and/or by a method according to one of the preceding exemplary embodiments.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Perspektivansicht einer Induktionsspule einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 2 eine teilweise Explosionsdarstellung einer Induktionsspule einer erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Further features of the invention result from the claims, the exemplary embodiments and from the drawings, in which identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiments can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations, without departing from the scope of the invention. It shows:
  • 1 a schematic perspective view of an induction coil of an induction device according to the invention according to a first embodiment; and
  • 2 a partially exploded view of an induction coil of an induction device according to the invention according to a second embodiment.

1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Induktionsspule 10. Die Induktionsspule 10 dient dabei zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine. Man erkennt, dass die Induktionsspule 10 eine erste Wicklung 12a und eine zweite Wicklung 12b aufweist. Zwischen den Wicklungen 12a, 12b ist ein Arbeitsbereich A derart ausgebildet, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen 12a, 12b einführbar und im Arbeitsraum A induktiv erwärmbar sind. Um die Einführbarkeit der Bauelemente zu erleichtern und um eine gleichmäßige Erwärmung der eingeführten Bauelemente zu gewährleisten, ist der Arbeitsbereich A zwischen den einzelnen Wicklungen 12a, 12b der Geometrie der einzuführenden Bauelemente angepasst. Man erkennt weiterhin, dass die einer Befestigungsvorrichtung 14 der Induktionsspule 10 gegenüberliegenden Endbereiche 16a, 16b der Wicklungen 12a, 12b jeweils nach außen abgeknickt sind, um ein leichteres Einführen der Bauelemente in den Arbeitsbereich A zu ermöglichen. Die Befestigungsvorrichtung 14 weist mehrere Montageöffnungen 18 auf, über welche die Induktionsspule 10 in an sich bekannter Weise an einem Gehäuse einer Induktionsvorrichtung (nicht abgebildet) befestigt werden kann. Die Induktionsspule 10 besteht üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Aber auch andere Metall oder Metall-Legierungen können verwendet werden. Des Weiteren erkennt man, dass der Übergang von der ersten Wicklung 12a zur zweiten Wicklung 12b im Bereich der Befestigungsvorrichtung 14 als eine Art „Kehrschleife“ gestaltet ist, so dass der Strom in der zweiten Wicklung 12b gegenläufig zur ersten Wicklung 12a fließt. Des Weiteren weist die Induktionsspule 10 Mittel 15 für die Zuführung von Schutzgas in den Arbeitsbereich A auf. 1 shows a schematic perspective view of an induction coil 10. The induction coil 10 is used in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine. It can be seen that the induction coil 10 has a first winding 12a and a second winding 12b. A work area A is formed between the windings 12a, 12b in such a way that the component or components to be heated can be inserted between the two spaced-apart windings 12a, 12b and can be inductively heated in the work area A. In order to make it easier to insert the components and to ensure uniform heating of the inserted components, the working area A between the individual windings 12a, 12b is adapted to the geometry of the components to be inserted. It can also be seen that the end regions 16a, 16b of the windings 12a, 12b opposite a fastening device 14 of the induction coil 10 are each bent outwards in order to enable easier insertion of the components into the working area A. The fastening device 14 has a plurality of assembly openings 18, via which the induction coil 10 can be fastened to a housing of an induction device (not shown) in a manner known per se. The induction coil 10 is typically made of copper or a copper alloy. However, other metals or metal alloys can also be used. It can also be seen that the transition from the first winding 12a to the second winding 12b in the area of the fastening device 14 is designed as a kind of “reverse loop”, so that the current in the second winding 12b flows in the opposite direction to the first winding 12a. Furthermore, the induction coil 10 has means 15 for supplying protective gas to the working area A.

Der Arbeitsbereich bzw. -raum A, der bei Verwendung der Induktionsspule 10 für ein induktives Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißverfahren gleichzeitig als Fügezone fungiert, weist beispielhaft ein Länge- zu Breite-Verhältnis von etwa 10:1 auf und ist üblicherweise vor Luftzutritt zu schützen, um unerwünschte Reaktionen des Metalls bzw. der Metalllegierung der erwärmten Bauelemente zu vermeiden. Beispielsweise müssen das oder die Bauelemente beim induktiven Hochfrequenzpresschweißen (IHFP) von Titanwerkstoffen sicher vor schädlichen atmosphärischen Einflüssen wie beispielsweise dem Vorhandensein von Stickstoff und Sauerstoff schützt werden, um unzulässige Oxidation und Härtesteigerungen im Werkstoff zu verhindern. Beim IHFP-Schweißen nicht nur von Titanwerkstoffen ist zudem eine saubere Oberfläche der zu fügenden Bauelemente sehr wichtig, weil die Fügepartner typischerweise nur bis zu einem teigigen Zustand erwärmt werden und danach zusammengepresst und warmverschmiedet werden. Dabei bleibt die ursprüngliche Oberfläche innerhalb der Schweißnaht bestehen. Die Oberfläche muss daher möglichst frei von organischen und anorganischen Verschmutzungen sein, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes nicht zu verschlechtern und eine hohe Fügequalität zu erzielen.The working area or space A, which simultaneously acts as a joining zone when using the induction coil 10 for an inductive low- or high-frequency pressure welding process, has a length-to-width ratio of approximately 10:1 and is usually to be protected from the ingress of air to avoid unwanted reactions of the metal or the metal alloy of the heated components. For example, the component or components during inductive high-frequency pressure welding (IHFP) of titanium materials must be protected against harmful atmospheric influences such as the presence of nitrogen and oxygen in order to prevent unacceptable oxidation and increases in hardness in the material. When IHFP welding not only titanium materials, a clean surface of the components to be joined is also very important, because the joining partners are typically only heated to a doughy state and are then pressed together and hot-forged. The original surface remains within the weld seam. The surface must therefore be as free as possible of organic and inorganic contamination in order not to impair the mechanical properties of the material and to achieve a high joining quality.

Aus diesem Grund sollen die Bauelemente während des Erwärmens und während des gegebenenfalls anschließenden Fügeprozesses in einer inerten Atmosphäre gehalten werden, bis sie sich wieder auf eine unkritische Temperatur abgekühlt haben. Alternativ oder zusätzlich kann es jedoch auch gewünscht sein, das oder die zu erwärmenden Bauelemente mit einem Reaktivgas zu beaufschlagen, um spezifische Änderungen der Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.For this reason, the components should be kept in an inert atmosphere during the heating and during any subsequent joining process until they have cooled down again to an uncritical temperature. Alternatively or additionally, however, it may also be desirable to apply a reactive gas to the component or components to be heated in order to achieve specific changes in the surface properties.

Um das oder die im Arbeitsbereich A angeordneten Bauelemente mit einem Inert- und/oder Reaktivgas bzw. -gasgemisch zu beaufschlagen, weisen die Mittel 15 eine in der Befestigungsvorrichtung 14 aufgenommene Gaszuführöffnung 20 auf, durch welche ein Schutzgas in jeweils einen Gaszuführungskanal in den Wicklungen 12a, 12b geleitet werden kann. Dabei kann in einfachster Ausgestaltung vorgesehen sein, dass beiden Wicklungen 12a, 12b eine gemeinsame Gaszuführöffnung 20 zugeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass jede Wicklung 12a, 12b eine separate Gaszuführöffnung 20 aufweist. Die Verwendung von separaten Gaszuführöffnungen 20 bietet dabei den Vorteil, dass jede Wicklung 12a, 12b mit einem individuellen Schutzgas bzw. Schutzgasmischung beaufschlagt werden kann. Das Schutzgas wird die Gaszuführungskanäle geleitet und aus mehreren, entlang des Arbeitsbereichs A in den Wicklungen 12a, 12b ausgebildeten Gasauslassöffnungen 22 in den Arbeitsbereich A ausgeleitet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur einer der beiden Wicklungen 12a, 12b eine oder mehrere Gasauslassöffnungen 22 zugeordnet sind und/oder dass den Wicklungen 12a, 12b unterschiedlich angeordnete Gasauslassöffnungen 22 zugeordnet sind. Hierdurch können spezifische Strömungsverhältnisse im Arbeitsraum A erzeugt werden.In order to apply an inert and/or reactive gas or gas mixture to the component(s) arranged in work area A, means 15 have a gas supply opening 20 accommodated in fastening device 14, through which a protective gas is fed into a respective gas supply channel in windings 12a , 12b can be routed. In the simplest embodiment, it can be provided that both windings 12a, 12b are assigned a common gas supply opening 20. Alternatively, it can be provided that each winding 12a, 12b has a separate gas supply opening 20. The use of separate gas supply openings 20 offers the advantage that each winding 12a, 12b can be supplied with an individual protective gas or protective gas mixture. The protective gas is conducted through the gas supply channels and discharged into the working area A from a plurality of gas outlet openings 22 formed along the working area A in the windings 12a, 12b. Alternatively, it can be provided that only one of the two windings 12a, 12b is assigned one or more gas outlet openings 22 and/or that differently arranged gas outlet openings 22 are assigned to the windings 12a, 12b. As a result, specific flow conditions in the working space A can be generated.

Das Schutzgas kann zudem eine Temperatur aufweisen, die niedriger ist als die im Arbeitsbereich A maximal auftretenden Temperaturen. Dadurch wird die Induktionsspule zusätzlich gekühlt. Auch eine aktive Abkühlung des Schutzgases vor der Einleitung in die Induktionsspule ist möglich. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass anstelle der der üblichen Wasserkühlung das Schutzgas als Kühlmedium und gleichzeitig als Reaktiv- oder Schutzgas verwendet wird. Dabei kann als Kühlmedium beispielsweise kaltes Reaktiv- oder Schutzgas, das zuvor durch die Entspannung aus hohem Druck auf niedrige Temperaturen gebracht wurde, oder normal temperiertes Reaktiv- oder Schutzgas mit einem vergleichsweise größeren Volumenstrom verwendet werden.The protective gas can also have a temperature that is lower than the maximum temperatures that occur in working area A. This additionally cools the induction coil. Active cooling of the protective gas before it is introduced into the induction coil is also possible. In other words, it can be provided that instead of the usual water cooling, the protective gas is used as a cooling medium and at the same time as a reactive or protective gas. In this case, the cooling medium used can be, for example, cold reactive or protective gas, which has previously been brought to low temperatures by expanding from high pressure, or reactive or protective gas at normal temperature with a comparatively larger volume flow.

Aufgrund der Möglichkeit, Reaktiv- oder Schutzgas direkt durch die Induktionsspule 10 in den Arbeitsbereich A zu leiten, kann auf die bislang erforderliche Abdichtung der Fügezone vorteilhaft verzichtet werden. Weiterhin ist auch die Verunreinigung des Arbeitsbereichs A bzw. der Fügezone durch die bisher verwendete Watte oder dergleichen zur Kapselung der Fügezone zuverlässig ausgeschlossen. Weiterhin kann der Bauraum um die Induktionsspule 10 minimal gehalten werden, da keine über die Höhe der Induktionsspule 10 hinausragenden Bauteile erforderlich sind. Zusätzlich kann ein Kühleffekt an der Schweißnaht der erwärmten Bauelemente erzeugt werden, so dass die rasche Abkühlung der Bauelemente nach dem Schweißen begünstigt wird und die Größe der wärmebeeinflussten Zone klein gehalten werden kann. Hierdurch können Bauelemente schneller, mit höherer Qualität und automatisierbar gefügt werden.Due to the possibility of conducting reactive or protective gas directly through the induction coil 10 into the working area A, the previously required sealing of the joining zone can advantageously be dispensed with. Furthermore, the contamination of the working area A or the joining zone by the previously used cotton wool or the like for encapsulating the joining zone is reliably ruled out. Furthermore, the installation space around the induction coil 10 can be kept to a minimum, since no components projecting beyond the height of the induction coil 10 are required. In addition, a cooling effect can be generated at the weld seam of the heated components, so that the rapid cooling of the components after welding is promoted and the size of the heat-affected zone can be kept small. As a result, components can be joined faster, with higher quality and in an automated manner.

Ein weiterer Vorteil der Induktionsvorrichtung liegt in der Möglichkeit einer prozessintegrierten Reinigung der erwärmten Bauelemente unmittelbar vor oder während dem Durchführen eines induktiven Schweißprozesses, da aufgrund der offenen Reaktiv- oder Schutzgasspülung alle Verschmutzungen aus der Fügezone herausgespült werden. Über die Variation des verwendeten Reaktiv- oder Schutzgases kann die Effektivität der Reinigung beeinflusst werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Induktionsvorrichtung ausgebildet ist, das Schutzgas zumindest im Arbeitsbereich A zur Ausbildung eines Plasmas zu ionisieren. Beispielsweise kann das Schutzgas zur Ausbildung eines Plasmas mittels eines angelegten Nieder- oder Hochfrequenzfeldes gezündet werden. Während der induktiven Aufheizung der mit dem Schutzgas abgeschirmten Bauelemente in der Arbeitszone A entsteht dann das Plasma des Schutzgases, das in Kombination mit der Temperaturerhöhung im Arbeitsbereich A vorteilhaft zur integrierten Reinigung der Oberflächen der Bauelemente verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann auf einen eigenständigen Reinigungsschritt der Bauelementoberflächen vor dem Erwärmen vorteilhaft verzichtet und die Prozessdurchführung damit erheblich beschleunigt und vereinfacht werden. Je nach verwendetem Schutzgas können dabei sowohl organische als auch anorganische Verschmutzungen sicher entfernt werden. Die Intensität des Plasmas und damit auch die Reinigungswirkung verstärken sich mit zunehmender Energiedichte im Schweißprozess, die gegebenenfalls mit Hilfe einer effektiveren Isolierung noch weiter erhöht werden kann. Über an sich bekannte Prozessparameter kann die Intensität des Plasmas variiert werden, wobei es grundsätzlich Ziel des Schweißprozesses sein sollte, mit möglichst großer Energiedichte und kurzen Schweißzeiten zu operieren, um die wärmebeeinflusste Zone möglichst klein zu halten.Another advantage of the induction device lies in the possibility of process-integrated cleaning of the heated components immediately before or during the implementation of an inductive welding process, since all dirt is flushed out of the joining zone due to the open reactive or protective gas flushing. The effectiveness of the cleaning can be influenced by varying the reactive or protective gas used. Furthermore, it can be provided that the induction device is designed to ionize the protective gas at least in the working area A to form a plasma. For example, the protective gas can be ignited to form a plasma by means of an applied low or high frequency field. During the inductive heating of the components shielded with the protective gas in work zone A, the plasma of the protective gas is created which, in combination with the temperature increase in work area A, can advantageously be used for the integrated cleaning of the surfaces of the components. In other words, an independent cleaning step of the component surfaces before heating can advantageously be dispensed with, and the process implementation can thus be significantly accelerated and simplified. Depending on the protective gas used, both organic and inorganic contamination can be safely removed. The intensity of the plasma and thus also the cleaning effect increase with increasing energy density in the welding process, which can be further increased with the help of more effective insulation if necessary. The intensity of the plasma can be varied using process parameters that are known per se, whereby the aim of the welding process should basically be to operate with the greatest possible energy density and short welding times in order to keep the heat-affected zone as small as possible.

2 zeigt eine schematische und teilweise Explosionsdarstellung einer Induktionsspule 10 einer Induktionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel umfassen die Mittel 15 zur Zuführung des Schutzgases zwei Gasführungskörper 24a, 24b, welche jeweils an einer dem Arbeitsbereich A abgewandten Seite der ersten Wicklung 12a bzw. der zweiten Wicklung 12b angeordnet sind. Dabei ist lediglich der der zweiten Wicklung 12b zugeordnete Gasführungskörper 24b in Explosionsdarstellung gezeigt. Der der ersten Wicklung 12a zugeordnete Gasführungskörper 24a, der identisch wie der Gasführungskörper 24b ausgebildet ist, ist demgegenüber in seiner Montagestellung gezeigt. 2 shows a schematic and partially exploded view of an induction coil 10 of an induction device according to a second embodiment example. In contrast to the previous exemplary embodiment, the means 15 for supplying the protective gas include two gas-guiding bodies 24a, 24b, which are each arranged on a side of the first winding 12a and the second winding 12b facing away from the working area A. Only the gas routing body 24b associated with the second winding 12b is shown in an exploded view. The gas routing body 24a associated with the first winding 12a, which is configured identically to the gas routing body 24b, is shown in its assembly position.

Man erkennt, dass die Geometrien der Gasführungskörper 24a, 24b an die jeweiligen Geometrien der ersten und zweiten Wicklung 12a, 12b angepasst sind, so dass die Gasführungskörper 24a, 24b bündig auf den Wicklungen 12a, 12b anliegen. Die Gasführungskörper 24a, 24b weisen jeweils einen mit einem Innengewinde versehenen Gasanschluss 26a, 26b zum schnellen, lösbaren und gasdichten Anschließend einer Gaszuführung auf. Weiterhin umfasst jeder Gasführungskörper 24a, 24b eine fluidisch mit dem Gasanschluss 26a, 26b gekoppelte Gasauslassöffnung 22, die sich jeweils entlang eines überwiegenden Längenbereichs des betreffenden Gasführungskörpers 24a, 24b erstreckt. Wie aus der Explosionsdarstellung erkennbar ist, ist im Bereich der Gasauslassöffnung 22 eine Verteileinrichtung 28 vorgesehen, mittels welcher ein vorgegebener Längenbereich des Arbeitsbereichs A mit einem vergleichmäßigten Schutzgasstrom beaufschlagt wird. Die Verteileinrichtung 28 ist dabei vorliegend als Diffusor ausgebildet. Durch die offene Bauart der Verteileinrichtung 28 entsteht zusätzlich ein Kühleffekt an der Schweißnaht der erwärmten Bauelemente, so dass die rasche Abkühlung der Bauteile nach dem Schweißen begünstigt wird und die Größe der wärmebeeinflussten Bauelementzonen so klein wie möglich gehalten werden kann. Je nach gewünschten Strömungsverhältnissen im Arbeitsbereich A können unterschiedliche Verteileinrichtungen 28 verwendet und ist im Bereich der Gasauslassöffnung 22 festgelegt werden.It can be seen that the geometries of the gas guide bodies 24a, 24b are adapted to the respective geometries of the first and second windings 12a, 12b, so that the gas guide bodies 24a, 24b rest flush on the windings 12a, 12b. The gas guide bodies 24a, 24b each have a gas connection 26a, 26b provided with an internal thread for the rapid, detachable and gas-tight subsequent connection of a gas supply. Furthermore, each gas guide body 24a, 24b comprises a gas outlet opening 22 which is fluidically coupled to the gas connection 26a, 26b and which in each case extends along a predominant length region of the relevant gas guide body 24a, 24b. As can be seen from the exploded view, a distribution device 28 is provided in the area of the gas outlet opening 22, by means of which a predetermined longitudinal area of the working area A is subjected to an equalized flow of protective gas. In the present case, the distribution device 28 is designed as a diffuser. The open design of the distribution device 28 also creates a cooling effect at the weld seam of the heated components, so that the rapid cooling of the components after welding is promoted and the size of the heat-affected component zones can be kept as small as possible. Depending on the desired flow conditions in the working area A, different distribution devices 28 can be used and are fixed in the area of the gas outlet opening 22 .

Im Betrieb der Induktionsspule 10 wird das Schutzgas durch die Gasanschlüsse 26a, 26b in die Gasführungskörper 24a, 24b geleitet und tritt durch die Gasauslassöffnungen 22 bzw. die Verteileinrichtungen 28 aus den Gasführungskörpern 24a, 24b aus. Dabei gelangt das Schutzgas unmittelbar in den Arbeitsraum A und beaufschlagt das oder die darin angeordneten Bauelemente. Grundsätzlich kann auch hier vorgesehen sein, dass lediglich einer der Wicklungen 12a, 12b ein Gasführungskörper 24a, 24b zugeordnet ist. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass eine der Wicklungen 12a, 12b mit der in 1 beschriebenen integrierten Gaszuführungskanälen und die andere Wicklung mit dem in 2 beschriebenen Gasführungskörper 24a, 24b versehen ist. Ebenfalls ist denkbar, dass wenigstens eine der Wicklungen 12a, 12b sowohl einen integrierten Gaszuführungskanal als auch einen zusätzlichen Gasführungskörper 24a, 24b umfasst.During operation of the induction coil 10, the protective gas is conducted through the gas connections 26a, 26b into the gas guide bodies 24a, 24b and exits through the gas outlet openings 22 or the distribution devices 28 from the gas guide bodies 24a, 24b. The inert gas gets directly into the working space A and acts on the component or components arranged therein. In principle, provision can also be made here for only one of the windings 12a, 12b to be assigned a gas guiding body 24a, 24b. Provision can also be made for one of the windings 12a, 12b to be connected to the in 1 described integrated gas supply channels and the other winding with the in 2 described gas guide body 24a, 24b is provided. It is also conceivable that at least one of the windings 12a, 12b includes both an integrated gas feed channel and an additional gas guide body 24a, 24b.

Claims (19)

Induktionsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, umfassend: - mindestens eine Induktionsspule (10) mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Wicklung (12a, 12b), wobei die zweite Wicklung (12b) in einem Abstand zur ersten Wicklung (12a) angeordnet ist und zwischen den Wicklungen (12a, 12b) ein Arbeitsbereich (A) zum Erwärmen des oder der im Arbeitsbereich (A) angeordneten Bauelemente derart ausgebildet ist, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen (12a, 12b) in den Arbeitsbereich (A) einführbar sind; und - Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas in den Arbeitsbereich (A), dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas derart in der Induktionsspule (10) ausgebildet oder angeordnet sind, dass mindestens ein Schutzgasstrom direkt durch die Induktionsspule (10) von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs (A) zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs (A) geführt ist.Induction device for use in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine, comprising: - at least one induction coil (10) with at least one first and one second winding (12a, 12b), the second winding (12b) in a distance from the first winding (12a) and between the windings (12a, 12b) a working area (A) for heating the component or components arranged in the working area (A) is formed in such a way that the component or components to be heated are positioned between the two windings (12a, 12b) spaced apart from one another can be introduced into the working area (A); and - means (15) for supplying protective gas into the working area (A), characterized in that the means (15) for supplying protective gas are designed or arranged in the induction coil (10) in such a way that at least one flow of protective gas flows directly through the induction coil (10) from an outer area of the working area (A) to an inner area of the working area (A). Induktionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas mindestens einen innerhalb der ersten Wicklung (12a) ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen und der Gaszuführungskanal in mindestens einer in der ersten Wicklung (12a) ausgebildeten Gasauslassöffnung (22) endet und die Gasauslassöffnung (22) dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.induction device claim 1 , characterized in that the means (15) for supplying protective gas comprise at least one gas supply channel formed within the first winding (12a) and the gas supply channel ends in at least one gas outlet opening (22) formed in the first winding (12a) and the gas outlet opening (22 ) is designed to face the working area (A). Induktionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas den innerhalb der ersten Wicklung (12a) ausgebildeten, mindestens einen Gaszuführungskanal und mindestens einen innerhalb der zweiten Wicklung (12b) ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der in der zweiten Wicklung (12b) ausgebildete Gaszuführungskanal in mindestens einer in der zweiten Wicklung (12b) ausgebildeten Gasauslassöffnung (22) endet und die Gasauslassöffnung (22) der zweiten Wicklung (12b) ebenfalls dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.induction device claim 2 , characterized in that the means (15) for supplying protective gas comprise the at least one gas supply duct formed within the first winding (12a) and at least one gas supply duct formed within the second winding (12b), the gas supply duct formed in the second winding (12b) formed gas supply channel ends in at least one gas outlet opening (22) formed in the second winding (12b) and the gas outlet opening (22) of the second winding (12b) is also formed facing the working area (A). Induktionsvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, umfassend: - mindestens eine Induktionsspule (10) mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Wicklung (12a, 12b), wobei die zweite Wicklung (12b) in einem Abstand zur ersten Wicklung (12a) angeordnet ist und zwischen den Wicklungen (12a, 12b) ein Arbeitsbereich (A) zum Erwärmen des oder der im Arbeitsbereich (A) angeordneten Bauelemente derart ausgebildet ist, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen (12a, 12b) in den Arbeitsbereich (A) einführbar sind; und - Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas in den Arbeitsbereich (A), wobei die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas derart an der Induktionsspule (10) ausgebildet oder angeordnet sind, dass mindestens ein Schutzgasstrom direkt von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs (A) zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs (A) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas mindestens einen ersten Gasführungskörper (24a) umfassen, welcher an einer dem Arbeitsbereich (A) abgewandten Seite der ersten Wicklung (12a) angeordnet ist, derart, dass der erste Gasführungskörper (24a) keinen Bauraum des Arbeitsbereichs (A) beansprucht und wenigstens eine, über eine Gasleitung fluidisch mit einer Gaszuführöffnung (20) gekoppelte Gasauslassöffnung (22) umfasst und die Gasauslassöffnung (22) dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.Induction device for use in a method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine, comprising: - at least one induction coil (10) with at least one first and one second winding (12a, 12b), the second winding (12b) being arranged at a distance from the first winding (12a) and a working area between the windings (12a, 12b). (A) is designed for heating the component or components arranged in the working area (A) in such a way that the component or components to be heated can be introduced into the working area (A) between the two windings (12a, 12b) spaced apart from one another; and - means (15) for supplying protective gas into the work area (A), wherein the means (15) for supplying protective gas are designed or arranged on the induction coil (10) in such a way that at least one flow of protective gas flows directly from an outer area of the work area (A) to an inner area of the working area (A), characterized in that the means (15) for supplying protective gas comprise at least one first gas guide body (24a) which is located on a side of the first winding facing away from the working area (A). (12a) is arranged in such a way that the first gas guide body (24a) does not take up any installation space in the work area (A) and comprises at least one gas outlet opening (22) fluidically coupled to a gas supply opening (20) via a gas line and the gas outlet opening (22) dem Working area (A) is designed to face. Induktionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Gasführungskörper (24b) an der zweiten Wicklung (12b) angeordnet ist, wobei der zweite Gasführungskörper (24b) an einer dem Arbeitsbereich (A) abgewandten Seite der zweiten Wicklung (12b) angeordnet ist und wenigstens eine, über eine Gasleitung fluidisch mit einer Gaszuführöffnung (20) gekoppelte Gasauslassöffnung (22) umfasst, wobei die Gasauslassöffnung (22) des zweiten Gasführungskörpers (24b) dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.induction device claim 4 , characterized in that at least one second gas guide body (24b) is arranged on the second winding (12b), wherein the second gas guide body (24b) is arranged on a side of the second winding (12b) facing away from the working area (A) and at least one, gas outlet opening (22) fluidically coupled to a gas supply opening (20) via a gas line, wherein the gas outlet opening (22) of the second gas guide body (24b) is designed to face the working area (A). Induktionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie der Gasführungskörpers (24a, 24b) an eine Außengeometrie der ersten oder zweiten Wicklung (12a, 12b) angepasst ist.induction device claim 4 or 5 , characterized in that a geometry of the gas guide body (24a, 24b) is adapted to an outer geometry of the first or second winding (12a, 12b). Induktionsvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasführungskörper (24a, 24b) einen Gasanschluss (26a, 26b) aufweist.induction device claim 4 , 5 or 6 , characterized in that the gas guide body (24a, 24b) has a gas connection (26a, 26b). Induktionsvorrichtung nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Gasauslassöffnung (22) eine Verteileinrichtung (28) vorgesehen ist, mittels welcher ein vorgegebener Längenbereich des Arbeitsbereichs (A) mit einem vergleichmäßigten Schutzgasstrom beaufschlagbar ist.induction device claim 4 , 5 , 6 or 7 , characterized in that a distribution device (28) is provided in the area of the gas outlet opening (22), by means of which a predetermined longitudinal area of the working area (A) can be subjected to an equalized flow of protective gas. Induktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas mehrere Gasauslassöffnungen (22) umfassen, mittels welchen der Schutzgasstrom zumindest entlang eines überwiegenden Längenbereichs der ersten Wicklung (12a) und/oder zweiten Wicklung (12b) in den Arbeitsbereich (A) ausleitbar ist.Induction device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the means (15) for supplying protective gas comprise a plurality of gas outlet openings (22), by means of which the protective gas flow at least along a predominant length area of the first winding (12a) and/or second winding (12b) into the working area (A) can be discharged. Induktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zum Ionisieren des Schutzgases mittels eines zumindest im Arbeitsbereich (A) anlegbaren Nieder- oder Hochfrequenzfeldes, insbesondere im Frequenzbereich zwischen 0,05 MHz und 2,5 MHz, umfasst.Induction device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises means for ionizing the protective gas by means of a low or high-frequency field that can be applied at least in the working area (A), in particular in the frequency range between 0.05 MHz and 2.5 MHz. Induktionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von der ersten Wicklung (12a) zur zweiten Wicklung (12b) derart gestaltet ist, dass der Strom in der zweiten Wicklung (12b) gegenläufig zur ersten Wicklung (12a) fließt und/oder dass die Induktionsspule (10) in einem Arbeitsteilbereich feldfrei gehalten ist.induction device claim 1 or 4 , characterized in that a transition from the first winding (12a) to the second winding (12b) is designed in such a way that the current in the second winding (12b) flows in the opposite direction to the first winding (12a) and/or that the induction coil (10 ) is kept field-free in a working sub-area. Induktionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Temperatur des zum Arbeitsbereich (A) geleiteten Schutzgases niedriger ist als die im Arbeitsbereich (A) maximal auftretenden Temperaturen.Induction device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the protective gas conducted to the working area (A) is lower than the maximum temperatures occurring in the working area (A). Induktionsspule, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Wicklung (12a, 12b), wobei die zweite Wicklung (12b) in einem Abstand zur ersten Wicklung (12a) angeordnet ist und zwischen den Wicklungen (12a, 12b) ein Arbeitsbereich (A) zum Erwärmen des oder der im Arbeitsbereich (A) angeordneten Bauelemente derart ausgebildet ist, dass das oder die zu erwärmenden Bauelemente zwischen die zwei voneinander beabstandeten Wicklungen (12a, 12b) in den Arbeitsbereich (A) einführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Induktionsspule (10) Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas in einen Arbeitsbereich (A) der Induktionsspule (10) ausgebildet sind, wobei mindestens ein Schutzgasstrom direkt durch die Induktionsspule (10) von einem äußeren Bereich des Arbeitsbereichs (A) zu einem inneren Bereich des Arbeitsbereichs (A) geführt ist.Induction coil, in particular for use in a method for inductively heating metallic components, having at least one first and one second winding (12a, 12b), the second winding (12b) being arranged at a distance from the first winding (12a) and between the windings (12a, 12b), a working area (A) for heating the component or components arranged in the working area (A) is designed in such a way that the component or components to be heated are placed between the two windings (12a, 12b) spaced apart from one another in the working area (A ) can be introduced, characterized in that in the induction coil (10) there are means (15) for supplying protective gas to a working area (A) of the induction coil (10), with at least one protective gas flow directly through the induction coil (10) from an external Area of the work area (A) is led to an inner area of the work area (A). Induktionsspule nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas mindestens einen innerhalb einer ersten Wicklung (12a) der Induktionsspule ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der Gaszuführungskanal in mindestens einer in der ersten Wicklung (12a) ausgebildeten Gasauslassöffnung (22) endet und wobei die Gasauslassöffnung (22) dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.induction coil after Claim 13 , characterized in that the means (15) for supplying inert gas formed at least one within a first winding (12a) of the induction coil deten gas supply channel, wherein the gas supply channel ends in at least one gas outlet opening (22) formed in the first winding (12a) and the gas outlet opening (22) is formed facing the working area (A). Induktionsspule nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Zuführen von Schutzgas den innerhalb der ersten Wicklung (12a) ausgebildeten, mindestens einen Gaszuführungskanal und mindestens einen innerhalb der zweiten Wicklung (12b) ausgebildeten Gaszuführungskanal umfassen, wobei der in der zweiten Wicklung (12b) ausgebildete Gaszuführungskanal in mindestens einer in der zweiten Wicklung (12b) ausgebildeten Gasauslassöffnung (22) endet und wobei die Gasauslassöffnung (22) der zweiten Wicklung (12b) ebenfalls dem Arbeitsbereich (A) zugewandt ausgebildet ist.induction coil after Claim 14 , characterized in that the means (15) for supplying protective gas comprise the at least one gas supply duct formed within the first winding (12a) and at least one gas supply duct formed within the second winding (12b), the gas supply duct formed in the second winding (12b) formed gas supply channel ends in at least one in the second winding (12b) formed gas outlet opening (22) and wherein the gas outlet opening (22) of the second winding (12b) is also designed to face the working area (A). Verfahren zum induktiven Erwärmen von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, unter Verwendung einer Induktionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellung eines oder mehrerer zu erwärmender Bauelemente; b) Anordnen des oder der Bauelemente im Arbeitsbereich (A) zwischen wenigstens einer ersten Wicklung (12a) und einer zweiten Wicklung (12b) einer Induktionsspule (10); und c) Induktives Erwärmen des Bauelements oder der Bauelemente im Arbeitsbereich (A) der Induktionsspule (10).Method for inductively heating metallic components, in particular components of a gas turbine, using an induction device according to one of Claims 1 until 12 and comprising the following steps: a) providing one or more components to be heated; b) arranging the component or components in the working area (A) between at least a first winding (12a) and a second winding (12b) of an induction coil (10); and c) inductively heating the component or components in the working area (A) of the induction coil (10). Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas ein Inertgas und/oder ein Reaktivgas verwendet wird.procedure after Claim 16 , characterized in that an inert gas and/or a reactive gas is used as protective gas. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas als vorgekühltes Kühlmedium verwendet wird.procedure after Claim 16 or 17 , characterized in that the protective gas is used as a pre-cooled cooling medium. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas während Schritt c) zumindest im Arbeitsbereich (A) zur Ausbildung eines Plasmas ionisiert wird.Procedure according to one of Claims 16 until 18 , characterized in that the protective gas is ionized during step c) at least in the work area (A) to form a plasma.
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