DE102018210115A1

DE102018210115A1 - Justierbarer Injektorhalter für die Einstellung des Spritzflecks beim thermischen Beschichten und Verfahren

Info

Publication number: DE102018210115A1
Application number: DE102018210115.9A
Authority: DE
Inventors: Christopher Degel; Martin Witzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24
Also published as: WO2019242974A1

Abstract

Durch einen Injektorhalter (1), der Stellschrauben (13, 16) aufweist, die eine Positionierung in X- und Y-Richtung ermöglichen, ist eine exakte reproduzierbare Justierung von Injektoren (7', 7") möglich.

Description

Die Erfindung betrifft einen justierbaren Injektorhalter für die Einstellung des Spritzflecks beim thermischen Beschichten und Verfahren.
Beim thermischen Beschichten, insbesondere beim atmosphärischen Plasmabeschichten, ist der Spritzfleck für die Qualität der Beschichtung von entscheidender Bedeutung. Großen Einfluss haben die Position des Spritzflecks, die Ausprägung wie die Höhe und die Form. Bei geometrisch anspruchsvollen Komponenten bestimmt der Spritzfleck maßgeblich die Schichtdickenverteilung. Zudem hat er bei jeder Art von Beschichtung Auswirkung auf die Morphologie der Schicht, wie z.B. die Porosität.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Qualität des Spritzflecks zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 und 7.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, weitere Vorteile zu erzielen.
Die Figur zeigt schematisch einen justierbaren Injektorhalter.
Die Figur und die Beschreibung stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Das Problem wird so gelöst, dass der Injektorhalter nicht als Ring, sondern insbesondere als rechteckiger Rahmen ausgeführt wird, dessen Position durch Verstellmittel, insbesondere Stellschrauben, insbesondere in 1/10mm Schritten verändert werden kann. Dadurch lässt sich die Position von Injektoren auf dem Rahmen genau durch die X- und Y-Einstellposition beschreiben.
Die Injektoren spritzen ein Beschichtungsmaterial in eine Flamme. Die Flammrichtung stellt die Z-Richtung dar. Man kann die Position dadurch reproduzierbar einstellen und ist auch in der Lage einen Zusammenhang zwischen Veränderung der Injektorposition auf dem Rahmen und der Position eines Spritzflecks zu beschreiben.
Der Vorteil liegt darin, dass das Einstellen eines Rings nach dem Stand der Technik nicht mehr auf Gefühl basiert, sondern die Position der Injektoren, die den Spritzfleck erzeugen, ganz genau beschrieben werden kann. Sie ist somit immer wieder reproduzierbar. Zudem kann bestimmt werden wie viele Klicks am Injektorhalter die Position des Spritzflecks um wie viel Millimeter verschieben. Das Einstellen des Spritzflecks kann dadurch schneller erfolgen und man ist in der Lage eine Formel für die Einstellung des Spritzflecks aufzustellen. Dies ermöglicht vorzugsweise im zweiten Schritt eine Closed-Loop-Einstellung des Spritzflecks in Zusammenhang mit einer automatisierten Vermessung.
Die Figur zeigt einen justierbaren Injektorhalter 1, der einen einzigen, gemeinsamen Rahmen 4 aufweist. An insbesondere gegenüberliegenden Positionen sind vorzugsweise zwei Injektoren 7', 7" gemeinsam angeordnet, aus denen ein hier nicht näher dargestelltes Pulver oder Beschichtungsmaterial ausströmt und entsprechend einen Spritzfleck 10 erzeugt.
Der Rahmen 4 weist Verstellmittel, insbesondere Stellschrauben 13 und 16 auf.
Die Stellschraube 16 kann den Rahmen 4 in Y-Position verschieben, wohingegen die Stellschraube 13 die X-Position verschieben kann. Vorzugsweise kann die Stellschraube in 1/10mm-Schritten vorangetrieben werden.
Der Rahmen 4 ist hier quadratisch oder rechteckig dargestellt, kann aber auch jede andere Form (Oktagon, ...) aufweisen, solange sich der Rahmen 4 durch die Stellschrauben in X- und/oder Y-Richtung manipulieren lässt.
Beim thermischen Beschichten, insbesondere beim atmosphärischen Plasmabeschichten, ist der Spritzfleck für die Qualität der Beschichtung von entscheidender Bedeutung. Bei geometrisch anspruchsvollen Komponenten bestimmt die Geometrie des Spritzflecks maßgeblich die Schichtdickenverteilung. Zudem hat er bei jeder Art von Beschichtung Auswirkung auf die Morphologie der Schicht, wie z.B. die Porosität. Großen Einfluss haben die Position des Spritzfleckes, die Ausprägung (Höhe) und die Form wie z.B. der Randverlauf.
Oft wird die Position des Spritzfleckes visuell und mit einem Lineal ermittelt. Dazu wird ein Kreuz auf eine Platte gezeichnet und die Abweichung in x-y-Richtung beurteilt sowie die Verdrehung des Spritzfleckes.
Bisher wurde der Spritzfleck über die Position des Injektorrings am Plasmabrenner eingestellt. Da der Injektorring kreisförmig ist, kann seine Position lediglich über das versetzte Anziehen von „Madenschrauben“ eingestellt werden. Bei welcher Abweichung vom Idealspritzfleck welche Änderungen der Position des Injektorrings vorgenommen werden müssen, ist daher so nicht quantifizierbar.
Die Geometrie des Spritzflecks 10 wird mit einem 3-D-Scan erfasst. Dieser erfasst dann die folgenden Merkmale des Spritzflecks 10:

- Höhe des Spritzflecks 10,
- Position X, Y des Spritzflecks 10,
- Abweichung der Form (bananenförmig, S-förmig, gerade)

Zurzeit erhältliche 3-D-Scan-Systeme sind bereits in der Lage dies zu leisten. Jedoch können sie noch kein Maß für die Abweichung der Form des Spritzfleckes bestimmen. Eine Software liest dann die Merkmale des Spritzflecks aus den Scandaten aus und zeigt sie anschließend dem Operator die Maßnahmen zur Korrektur auf: Änderung der X-Y-Positionen der Injektoren, falls notwendig.
Mit dem Injektorhalter 1 kann dieser um definierte Werte in X- und Y-Richtung verschoben werden. Wenn der Operator die Änderungen am Injektorhalter vorgenommen hat, scannt er den mit Änderungen entstandenen Spritzfleck erneut. Das System gibt ihm dann aus, ob der Spritzfleck ok ist oder erneut Änderungen vorgenommen werden müssen.
Idealerweise lernt die Software aus den Ergebnissen der Spritzfleckeinstellung, so dass die hinterlegte Formel für die Anpassung der Injektorposition immer weiter verfeinert wird.
Eine Software gibt dem Operator gleich mit aus, wie er die Position der Injektoren am Plasmabrenner ausrichten muss, um einen Spritzfleck zu erhalten, der den Spezifikationen entspricht.

Claims

Justierbarer Injektorhalter (1), der zumindest einen Injektor (7', 7"), insbesondere zwei Injektoren (7', 7"), ganz insbesondere nur zwei Injektoren (7', 7") aufweist, der (7', 7") oder die (7', 7") an einem einzigen, gemeinsamen Rahmen (4) befestigt sind, wobei der Rahmen (4) zwei Verstellmittel, insbesondere zwei Stellschrauben (13, 16) aufweist, die den Rahmen (4) kontrolliert in X- und/oder Y-Richtung positionieren können, wobei die Z-Richtung senkrecht zur Spritzrichtung der Injektoren (7', 7") oder zur Rahmenebene verläuft.
Verfahren zur Justierung eines Injektorhalters (1), insbesondere eines Injektorhalters (1) gemäß Anspruch 1, bei dem der Injektorhalter (1) kontrolliert in X- und/oder in Y-Richtung positioniert wird.
Injektorhalter oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein rechteckiger oder quadratischer Rahmen (4) verwendet wird.
Injektorhalter oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem durch die Positionierung zwei Injektoren (7', 7") verschoben werden können oder werden.
Injektorhalter oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem die Stellschrauben (13, 16) in 1/10mm-Schritten veränderbar sind oder verändert werden.
Injektorhalter oder Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem die zwei Injektoren (7', 7") gegenüber einander angeordnet werden.
Verfahren, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Geometrie eines Spritzflecks (10) von Injektoren (7', 7") vermessen wird, und aufgrund einer vorhandenen Datenbasis oder einer Bewertung eine Veränderung von Verstellmitteln (13, 16) in X-uns/oder Y-Richtung erfolgt, wobei dies als Vorgabe für einen Operator geschehen kann oder automatisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein geschlossener Regelkreis vorliegt, bei dem die Verstellmittel, insbesondere Stellschrauben (13, 16), so lange verstellt werden, bis die vorgegebene Geometrie des Spritzflecks (10) erreicht ist.