DE19720652A1 - Beheizungsvorrichtung und Verfahren zur Erwärmung eines Bauteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beheizungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung eines Bauteils, insbesondere einer Gasturbinenleitschaufel oder -laufschaufel

In der US-PS 5,238,752 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung ei­ nes Wärmedämmschichtsystems auf einem metallischen Bauteil, beispielsweise einer Gasturbinenschaufel, beschrieben. Mit­ tels Elektronenbeschuß aus einer Elektrodenstrahlkanone wer­ den aus einem Keramikkörper aus mit Yttriumoxid stabilisier­ tem Zirkonoxid Keramikpartikel herausgelöst, die auf dem Bau­ teil abgeschieden werden. Das Bauteil wird auf eine Tempera­ tur von 900°C bis 1000°C vorgewärmt. Hierzu ist eine nicht näher erläuterte Heizung vorgesehen. Während des Beschich­ tungsvorganges wird das Bauteil ständig gedreht, so daß unter den herrschenden Betriebsbedingungen eine Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid hergestellt wird, die eine stengelige Mikro­ struktur aufweist.

Eine Vorwärmung des Bauteils auf eine vorgegebene Temperatur hat einen unmittelbaren Einfluß auf die Haftung der Wärme­ dämmschicht und die sich ausbildende Schichtstruktur auf das metallische Bauteil. Bei einer Vorwärmung mittels energierei­ cher und stark gebündelter Strahlen, beispielsweise Laser­ strahl, Elektronenstrahl oder Plasmastrahl, findet insbeson­ dere bei Bauteilen mit stark schwankenden Massenkonzentratio­ nen keine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung des Bautei­ les statt. Dies kann insbesondere bei im wesentlichen dünn­ wandigen Bauteilen, wie mit Kühlkanälen durchzogenen Turbi­ nenschaufeln mit Vollmetallbereichen, wie Deckplatte und Schaufelfuß, zu einer bereichsweise verminderten Haftung und Abweichung von der erwünschten stengeligen Mikrostruktur der Wärmedämmschicht auf dem metallischen Bauteil führen. Bei ei­ ner Vorwärmung mittels energiereicher Strahlen ist somit die Gefahr einer lokalen Anschmelzung bei zu geringer Temperatur in Bereichen mit starker Massenkonzentration, wie Schaufelfuß oder Deckplatte einer Gasturbinenschaufel, latent vorhanden, was zu entsprechenden Ausschußraten durch Schichthaftungspro­ bleme oder Bauteilzerstörung führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beheizungsvorrichtung an­ zugeben, mit der eine im wesentlichen gleichmäßige volumetri­ sche Durchwärmung eines Bauteils, insbesondere mit unter­ schiedlichen Wandstärken und Massenkonzentrationen, durch­ führbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entspre­ chendes Verfahren anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Beheizungsvorrichtung ge­ richtete Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedlichen Wärme­ eintrages in ein Bauteil aufweist. Mit einer Heizquelle, die es ermöglicht, in ein Bauteil lokal unterschiedliche Wärme­ mengen einzutragen bzw. dort zu erzeugen, wird vor allem bei Bauteilen mit unterschiedlichen Massenkonzentrationen eine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung erreicht. Dies ist vor allem bei Turbinenschaufeln, wie beispielsweise Gußschau­ feln mit eingegossenen Hohlräumen vorteilhaft, da eine Turbi­ nenlaufschaufel an dem jeweiligen Schaufelfuß und eine Turbi­ nenleitschaufel an der jeweiligen Deckplatte sehr dickwandig sind, so daß hier lokal unterschiedliche Massenkonzentratio­ nen vorliegen. Mit der Heizquelle wird gewährleistet, daß in die dickwandigen Bereiche (Deckplatte, Schaufelfuß) entspre­ chend mehr Wärmeenergie als in die dünnwandigen Bereiche ein­ getragen wird, so daß auch in den dickwandigen Bereichen nicht nur eine oberflächennahe, sondern eine vollständige vo­ lumetrische Durchwärmung erfolgt. Hierdurch ist selbst in ra­ dialer Richtung bei Turbinenleit- und Turbinenlaufschaufeln eine homogene Oberflächentemperatur erreicht. Dies führt zu einer gleichmäßig guten Haftung einer Wärmedämmschicht bei geforderter stengeliger Mikrostruktur, die beispielsweise mittels eines PVD-Beschichtungsverfahrens auf das Bauteil aufgetragen wird. Durch die gleichmäßige volumetrische Durch­ wärmung des gesamten Bauteils sind ebenfalls auftretende Strahlungsverluste und im Bauteil ablaufende innere Wärme­ leitvorgänge homogenisiert, so daß lokale Abkühlungen des Bauteils weitgehend vermieden sind. Hierdurch sind ebenfalls Schichthaftungsprobleme in Folge zwischen der Wärmedämm­ schicht und dem Bauteil auftretender Spannungen sowie lokale Unterschreitungen der Schichtanbindungstemperatur (Ankeimungstemperatur) weitgehend vermieden. Die Heizquelle ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Wärmeeintrags verbunden, wodurch selbst bei einer einzigen Heizquelle ein lokal unterschiedlicher Wärmeeintrag in ein Bauteil erfolgt. Hierbei wird die von der Heizquelle abgege­ bene oder durch die Heizquelle in dem Bauteil erzeugte Wärme anhand der jeweiligen Position des Bauteils in Bezug auf die Heizquelle gesteuert, wobei eine relative Bewegung der Heiz­ quelle zum Bauteil stattfinden kann.

Die Heizquelle weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Strah­ lungsquellen mit unterschiedlicher und/oder unterschiedlich und gegebenenfalls unabhängig voneinander einstellbarer Strahlungsleistung auf. Dies hat den Vorteil, daß mit der Heizquelle ein großer Raumbereich beheizbar ist und zwar so, daß in unterschiedlichen Teilraumbereichen ein unterschiedli­ cher Wärmeeintrag erzeugt wird. Somit wird ein Bauteil, wel­ ches mit einer Oberfläche der Heizquelle zugewandt ist, ins­ besondere bei einer Strahlungsheizquelle, an sämtlichen Teilflächen der Oberfläche zeitgleich mit jeweils unter­ schiedlicher Intensität beheizt. Eine relative Bewegung zwi­ schen Heizquelle und Bauteil ist somit lediglich in einer oder zwei Koordinatenrichtungen erforderlich. Bei einer ge­ genseitigen Rotation ist lediglich eine Änderung der Winkel­ koordinaten erforderlich. Als Strahlungsquelle eignet sich bevorzugt eine Wärmestrahlungsquelle, die konstruktiv einfach herstellbar und in eine Beschichtungsvorrichtung für ein Bau­ teil einfach einbaubar ist. Andere Strahlungsquellen können solche für Elektronen-, Plasma- oder Laser-Strahlung sein. Solche Strahlungsquellen können gegebenenfalls auch zur Vor­ wärmung des Bauteils für ein Verfahren zur Beschichtung des Bauteils mit einer Wärmedämmschicht, beispielsweise dem Elek­ tronenstrahl-PVD-Verfahren, verwendet werden.

Die Strahlungsleistung jeder Strahlungsquelle ist vorzugs­ weise entsprechend der Massenkonzentration eines jeweils für den Wärmeeintrag vorgesehenen Bereiches des Bauteils bemes­ sen, wodurch eine gleichmäßige volumetrische Erwärmung des Bauteils erzielt wird. Je nach Form des Bauteils können hier­ bei mehrere Strahlungsquellen zu einer Strahlungsgruppe ver­ bunden sein, wobei die eine Strahlungsgruppe bildenden Strah­ lungsquellen jeweils die gleiche Strahlungsleistung abgeben. Eine Strahlungsgruppe zur Erwärmung eines dickwandigen, ins­ besondere vollmetallischen, Teilbereiches eines Bauteils hat eine größere Strahlungsleistung als eine Strahlungsgruppe zur Erwärmung eines dünnwandigen, insbesondere hohlen, Teilbe­ reichs des Bauteils.

Die Strahlungsquellen sind vorzugsweise entlang einer Linie angeordnet. Eine Strahlungsquelle ist vorzugsweise ein Heiz­ stab mit einer Stabachse, wobei die Stabachsen benachbarter Strahlungsquellen vorzugsweise im wesentlichen parallel zu­ einander angeordnet sind. Durch eine Anordnung stabförmiger Strahlungsquellen ist eine Heizfläche gebildet, die in einer Richtung eine weitgehend konstante und in einer anderen Rich­ tung eine der Form des Bauteils angepaßte Strahlungsleistung aufweist. Zusätzlich kann durch fokusierende Einrichtungen, wie Hohlspiegel, die Gerichtetheit der Wärmestrahlung beein­ flußt, insbesondere verbessert, werden.

Die Beheizungsvorrichtung weist vorzugsweise einen Tempera­ turgeber zur Erfassung der Aufwärmung des Bauteils, insbeson­ dere an zumindest einer für die Gesamtaufwärmung charakteri­ stischen Stelle des Bauteils, auf. Mit der Erfassung der Auf­ wärmung des Bauteils ist über eine Regeleinrichtung eine Re­ gelung der Heizquelle erreicht, so daß anhand der gemessenen Aufwärmung des Bauteils der Wärmeeintrag durch die Heizquelle in das Bauteil zur Erzielung einer gleichmäßigen volumetri­ schen Durchwärmung regelbar ist. Bei einer Heizquelle aus ei­ ner Mehrzahl von Strahlungsquellen kann die Strahlungsleistung einzelner Strahlungsquellen oder einzelner Gruppen von Strah­ lungsquellen entsprechend der tatsächlich gemessenen Aufwär­ mung nachgeregelt, d. h. insbesondere erhöht oder erniedrigt, werden. Durch die Erfassung der aktuellen Temperatur, d. h. der Aufwärmung des Bauteils, an einer charakteristischen Stelle oder entlang einer Linie bzw. Fläche kann darüber hin­ aus auch die Aufheizgeschwindigkeit des Bauteils durch Rege­ lung des Wärmeeintrags durchgeführt werden. Somit wird durch die Beheizungsvorrichtung ein vorgegebener Aufheizgradient genau eingehalten und eine vorgegebene Vorwärmtemperatur des Bauteils sicher erreicht. Die Aufheizung kann neben reiner Strahlungserwärmung auch durch zusätzliche Konvektionserwär­ mung unterstützt werden. Dies ist in einer Beschichtungsvor­ richtung besonders günstig, da bis zu einer Temperatur von 700°C eine Erwärmung dominiert über Konvektion erfolgen kann und eine höhere Erwärmung bis über 1000°C vorwiegend durch Strahlungswärmeeintrag erfolgt. Die Heizquelle eignet sich somit für eine Erwärmung des Bauteils auf über 900°C, insbe­ sondere auf 950°C bis 1050°C.

Die Heizquelle, insbesondere die Strahlungsquellen, sind vor­ zugsweise räumlich verteilt angeordnet. Hierdurch erfolgt ein Wärmeeintrag aus verschiedenen Richtungen, gegebenenfalls in denselben Bereich des Bauteils. Das Bauteil ist vorzugsweise zwischen einzelnen Strahlungsquellen anordenbar.

Dies ist besonders vorteilhaft für eine Beheizungsvorrichtung in einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung eines PVD- Beschichtungsprozesses zur Herstellung einer keramischen Wär­ medämmschicht auf einem Bauteil, insbesondere einer Gasturbi­ nenschaufel, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Halte­ vorrichtung für die Halterung und Bewegung, insbesondere Ro­ tation oder durch Superposition überlagerte Zusatzbewegung des Bauteils aufweist. Die Beheizungsvorrichtung, insbeson­ dere eine solche mit einer Mehrzahl von Wärmestrahlungsquel­ len, ist in eine Kammer der Beschichtungsvorrichtung kon­ struktiv einfach installierbar und über einfache Regelpro­ zesse so ansteuerbar, daß in dem Bauteil eine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung auf einem hohen Temperaturniveau von über 900°C, gewährleistet ist. Das Bauteil wird in einer Haltevorrichtung gehalten und durch Bewegung in dem von der Beheizungsvorrichtung erzeugten Wärmefeld gleichmäßig aufge­ heizt. Durch eine geeignete Anordnung der Beheizungsvorrich­ tung in der Beschichtungsvorrichtung ist auch eine Zusatzhei­ zung, insbesondere Strahlungsbeheizung, während des Beschich­ tungsprozesses möglich, bei dem auf das Bauteil eine kerami­ sche Wärmedämmschicht aufgebracht wird.

Die auf ein Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwär­ mung eines Bauteils gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch eine Beheizungsvorrichtung mit einer Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedlichen Wärmeeintrages Berei­ che unterschiedlicher Massenkonzentration entsprechend der jeweiligen Massenkonzentration aufgewärmt werden, insbeson­ dere durch Zuführung bzw. Erzeugung einer entsprechenden der Massenkonzentration angepaßten Wärmemenge in dem jeweiligen Bereich. Vorzugsweise erfolgt hierbei ein Wärmeeintrag durch Wärmestrahlung und Konvektion mit einem vorgegebenen räum­ lichen Wärmeleistungsprofil. Es ist ebenfalls möglich, die entsprechende Wärmemenge durch hochenergetische Strahlung, wie Elektronen-, Plasma-, Laser-Strahlung zu erzeugen. Durch Strahlungsquellen unterschiedlicher Leistung wird den sich in ihrer Massenkonzentration unterscheidenden Bereichen eine je­ weils unterschiedliche Wärmemenge pro Zeit zugeführt. Gegen­ über einer klassischen Beheizung des Bauteils in einem Ofen zeichnet sich das Verfahren durch eine deutlich schnellere und regelbare Aufheizung des Bauteils aus, da der Temperatur­ ausgleich durch Wärmeleitung entfällt. Lokale Überhitzungen werden vermieden.

Anhand der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ beispiele werden die Beheizungsvorrichtung und das Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung eines Bauteils nä­ her erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Be­ heizungsvorrichtung 1 in einer Beschichtungsvorrichtung 10. Die Beschichtungsvorrichtung 10 dient eine Beschichtung eines Bauteiles 3, hier einer schematisch dargestellten Leitschau­ fel einer Gasturbine, mittels eines PVD (Physical Vapour De­ position) - Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Wär­ medämmschicht, insbesondere aus mit Yttriumoxid stabilisier­ tem Zirkonoxid. Die Beschichtungsvorrichtung 10 weist eine Haltevorrichtung 11 auf, in der das Bauteil 3, welches ent­ lang einer Längsachse 4 gerichtet ist, gehalten ist. Die Hal­ tevorrichtung 11 weist einen nicht näher dargestellten An­ trieb dar, durch den eine Rotation des Bauteils 3 um die Längsachse 4 mit vergleichsweise gleichmäßiger Drehgeschwin­ digkeit gegeben ist. Das Bauteil 3 weist drei Bereiche 12a, 12b, 12c mit unterschiedlicher Massenkonzentration auf. Mit dem Bereich 12c ist das Bauteil 3 in der Haltevorrichtung 11 gehalten. Der Bereich 12b ist zwischen den Bereichen 12a und 12c entlang der Längsachse 4 angeordnet. Es handelt sich hierbei um einen Bereich 12b, der relativ dünnwandig und zur Führung von Kühlgas hohl ausgebildet ist. Die Bereiche 12a und 12c sind dickwandig und fast vollständig als metallischer Vollblock ausgeführt, so daß sie eine erheblich größere Mas­ senkonzentration als der mittlere Bereich 12b aufweisen. Die Beheizungsvorrichtung 1 weist eine Heizquelle 2, bestehend aus einer Mehrzahl von Strahlungsquellen 5 auf. Die Strah­ lungsquellen 5 sind entlang einer Linie parallel zur Längs­ achse 4 angeordnet. In Fig. 2 ist ein Teil der Strahlungs­ quellen 5 auf einer weiteren Linie, den anderen Strahlungs­ quellen 5 gegenüberliegend angeordnet. Das Bauteil 3 ist zwi­ schen den beiden Achsen positioniert. Andere Anordnungen und Aufteilungen der Strahlungsquellen 5 sind ebenfalls möglich. Jede Strahlungsquelle 5 ist für die Abgabe einer entsprechen­ den Strahlungsleistung einzeln ansteuerbar. Jede Strahlungs­ quelle 5 ist ein entlang einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Stabachse 7 gerichteter Heizstab 5a zur Erzeu­ gung von Wärmestrahlung. Mit der Heizquelle 2 wird somit eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Heizfläche gebildet. Die Heizstäbe 5a sind entsprechend der Anzahl der Bereiche 12a, 12b, 12c unterschiedlicher Massenkonzentration (hier 3) zu Strahlungsgruppen 6a, 6b, 6c verbunden. Jede Strahlungs­ gruppe 6a, 6b, 6c ist einem entsprechenden Bereich 12a, 12b, 12c gegenüberliegend angeordnet. An dem Bereich 12c ist ein Temperaturgeber 8, insbesondere eine Thermoelement, angeord­ net, durch welchen die aktuelle Temperatur des Bauteils 3 er­ faßt wird. Als Temperaturgeber 8 kann ebenfalls ein Tempera­ tursensor, wie beispielsweise eine infrarotsensitive Fotodi­ ode, oder eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die entlang der Längsachse 4, an der der Beheizungsvorrichtung 1 gegen­ überliegenden Seite des Bauteils 3 angeordnet sind, verwendet werden. Der Temperaturgeber 8 ist mit einer Regeleinrichtung 9 zur Regelung und Steuerung der Heizquelle 2, insbesondere der abzugebenden Strahlungsleistung verbunden. Die Behei­ zungsvorrichtung 1 weist zudem einen Lüfter 13 auf, durch den eine Konvektionsströmung von der Heizquelle 2 zu dem Bauteil 3 erzeugt wird. Der Lüfter 13 ist ebenfalls mit der Regelein­ richtung 9 verbunden.

Eine Vorheizung des Bauteils 3 kann mittels Konvektion und/ oder Strahlung erfolgen. In einem Temperaturbereich bis zu etwa 700°C wird die Effektivität der Aufheizung überwiegend durch konvektive Wärmezufuhr bestimmt. Oberhalb 700°C do­ miniert eine Aufheizung infolge von Strahlungseffekten. Die Vorheizung ist vorzugsweise an den in der Beschichtungsvor­ richtung 10 herrschenden Druck gekoppelt. Eine Vorheizung kann dabei, wie folgt, ablaufen:

Ein zu beschichtendes Bauteil 3 wird in die Haltevorrichtung 8 eingebracht, die Beschichtungsvorrichtung 10 wird bis auf ca. 10 mbar evakuiert, sie wird anschließend mit Argon bis auf einen Druck von 200 mbar geflutet, erneut auf etwa 10 mbar evakuiert und anschließend mit Argon auf etwa 800 mbar geflutet. Durch die Regeleinrichtung 9 werden die Strahlungs­ quellen 5 und der Lüfter 13 aktiviert sowie eine Druckrege­ lung in der Beschichtungsvorrichtung 10, beispielsweise durch eine Drehschieberpumpe, durchgeführt. Über den Temperaturge­ ber 8 erfolgt eine Temperaturüberwachung des Erwärmungsvor­ ganges, wobei bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur von ca. 700°C eine Abschaltung des Lüfters 13 erfolgt und somit ein Übergang zur Strahlungsheizung mittels der Strahlungs­ quellen 5 erfolgt. Zusätzlich wird eine nichtdargestellte Va­ kuumpumpe eingeschaltet und die Beschichtungseinrichtung 10 auf einen Druck zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens eingeregelt. Es erfolgt eine geregelte Aufheizung des Bau­ teils 3 durch Strahlung bis auf eine Ankeimungstemperatur, wobei ein vorgegebener Aufheizgradient (eine Aufheizgeschwin­ digkeit) eingehalten wird. Mittels des Temperaturgebers 8 er­ folgt eine Überwachung der Temperatur des Bauteils 3 und eine Leistungsregelung der Heizungsquelle 2 so, daß eine für die Beschichtung erforderliche Temperatur eingehalten wird.

Für eine gleichmäßige Durchwärmung wird jeder Strahlungsgrup­ pe 6a, 6b, 6c entsprechend der Geometrie und der Massenanhäu­ fung des Bauteils 3 ein Leistungsfaktor zugeordnet, der bei­ spielsweise vorab in Vorversuchen ermittelt wurde. Hierdurch kann auf einfachem Wege bei der Beschichtung nahezu identi­ scher Bauteile jeweils der einmal bestimmte Leistungsfaktor wieder verwendet werden. Die Drehzahl des Lüfters 13 wird ebenfalls über die Regeleinrichtung 9 in Abhängigkeit der Er­ wärmung des Bauteils 3 geregelt.

Jedem einzeln ansteuerbaren Heizstab 5a der Heizquelle 2 wird durch softwareseitige Vorabdefinition durch die Regeleinrich­ tung 9, welche beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgeführt ist, ein Heizleistungsprofil aufgeprägt. Dieses dient als adaptive Führungsgröße für die Regelung der Gesamtheizleistung der Heizquelle 2 sowie der lokalen Wärme­ leistung, wobei die lokale Wärmeleistung jeweils an die Geo­ metrie und die Massenkonzentration des Bauteils 3 angepaßt ist. Bei einer größeren Massenkonzentration ist dementspre­ chend auch örtlich die Wärmeleistung höher. Die zu einer je­ weiligen Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c zusammengefaßten Heiz­ stäbe 5a haben jeweils einen zugeordneten Leistungsfaktor m. Jede Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c ist durch die Regeleinrich­ tung 9 einzeln regelbar. Diese Regelung kann durch ein Rech­ nerprogramm oder entsprechende elektronische bzw. elektrische Schaltungen durchgeführt werden. Zur Regelung wird in vorge­ gebenen, insbesondere festen Zeitintervallen die Temperatur des zu erwärmenden Bauteils durch den Temperaturgeber 8 er­ mittelt und die so ermittelte Temperatur und Aufheizgeschwin­ digkeit mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Bei einer auftretenden Regelabweichung erfolgt eine Rückwirkung auf die nichtdargestellten elektrischen Stromquellen der einzelnen Heizstäbe 5a, die zu den Strahlungsgruppen 6a, 6b, 6c zusam­ mengefaßt sind. Durch diese Regelung wird eine homogene Tem­ peraturverteilung innerhalb des Bauteils 3 gewährleistet. Als Führungsgrößen für die Regelungen treten beispielsweise das gewählte Heizleistungsprofil, die Solltemperatur sowie der Aufheizgradient (Aufheizgeschwindigkeit) auf. Zwischen der Gesamtleistung P_G der Heizquelle 2, welche als Regelgröße dient, und der Heizleistung jeder Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C besteht über die Leistungsfaktoren m (0 m 1) eine Bezie­ hung. Die Heizleistung jeder Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C läßt sich als die Summe der Heizleistung der in der Strahlungs­ gruppe angeordneten jeweiligen Heizstäbe 5a darstellen. Die Gesamtleistung P_G ist gleich der Summe aus den jeweiligen Heizleistungen der Strahlungsgruppen multipliziert mit den entsprechenden Leistungsfaktoren.
P_G = m_AP_A + m_BP_B + m_CP_C mit m_A; m_B; m_C = konstant.

Weiterhin wird das Verhältnis aus Leistungsfaktor m_A, m_B, m_C zu der jeweiligen Heizleistung der Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C für jede Strahlungsgruppe gleich gewählt. Hierdurch läßt sich die Gesamtleistung eindeutig als eine Funktion einer einzigen Heizleistung einer Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c darstellen und somit eine einfache Regelung durchführen. Gleiches gilt für die Aufheizgeschwindigkeit des Bauteils. Somit ist in Abhän­ gigkeit der Masse, der Massenverteilung, der jeweiligen Bau­ teiloberfläche sowie der Geometrie des Bauteils eine eindeu­ tige Korrelation zwischen Gesamtleistung der Heizquelle 2 und der Aufheizgeschwindigkeit gegeben, wodurch auch hierfür eine einfache Regelung durchführbar ist.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Beheizungsvorrichtung mit einer Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedli­ chen Wärmeeintrags in ein Bauteil aus, wodurch eine gleichmä­ ßige volumetrische Erwärmung des Bauteiles auf eine vorgeb­ bare Bauteiltemperatur mit vorgebbarer Aufheizgeschwindigkeit erreicht ist. Hierfür weist die Beheizungsvorrichtung vor­ zugsweise eine Mehrzahl eine Heizfläche bildender Heizstäbe auf, wobei die Heizstäbe einzeln ansteuerbar und zu Strah­ lungsgruppen zusammenfaßbar sind. Die Zusammenfassung der Heizstäbe in Strahlungsgruppen erfolgt derart, daß in der durch die Heizstäbe gebildeten Fläche eine Abbildung der Mas­ senverteilung und Geometrie des Bauteiles vorliegt. Durch eine der Massenverteilung angepaßte Heizleistungsregelung der Strahlungsgruppen erfolgt somit ein der Massenkonzentration und Geometrie des Bauteils angepaßter Wärmeeintrag, welcher in Bereichen großen Massenkonzentration entsprechend größer als in Bereichen geringer Massenkonzentration ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei Gasturbinenleit- und -laufschau­ feln, die aus dünnwandigen mit Kühlkanälen versehenen Gußtei­ len und dickwandigen Fuß- bzw. Deckplatten bestehen. Für sol­ che Gasturbinenschaufeln kann somit eine gleichmäßige homo­ gene volumetrische Temperaturverteilung erreicht werden, so daß bei einem Beschichtungsvorgang zur Herstellung einer Wär­ medämmschicht eine gleichmäßig gute Haftung und Ablagerung dieser Wärmedämmschicht mit einer geforderten Mikrostruktur, insbesondere aus mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zir­ konoxid, gegeben ist. Die Turbinenschaufeln zeichnen sich so­ mit durch eine gegenüber thermomechanischen Wechselbelastun­ gen hervorragend beständige Wärmedämmschicht aus.

Claims (12)

1. Beheizungsvorrichtung (1) mit einer Heizquelle (2) zur Er­ zeugung eines lokal unterschiedlichen Wärmeeintrages in ein Bauteil (3).

2. Beheizungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei dem die Heizquelle (2) eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (5), ins­ besondere für Wärmestrahlung, unterschiedlich einstellbarer Strahlungsleistung aufweist.

3. Beheizungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der die Strahlungsleistung jeder Strahlungsquelle (5) entsprechend der Massenkonzentration eines jeweils für den Wärmeeintrag vorgesehenen Bereiches (12) des Bauteils (3) zur Erzielung einer gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung des Bauteils (3) bemessen ist.

4. Beheizungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Strahlungsquellen (5) untereinander zu Strahlungsgruppen (6) verbindbar sind.

5. Beheizungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der jede Strahlungsquelle (5) ein Heizstab (5a) mit einer jeweiligen Stabachse (7) ist.

6. Beheizungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der die je­ weiligen Stabachsen (7) entlang einer Linie, insbesondere im wesentlichen parallel zueinander, angeordnet sind.

7. Beheizungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, mit einem Temperaturgeber (8) zur Erfassung der Auf­ wärmung des Bauteils (3), insbesondere an zumindest einer für die Gesamtaufwärmung charakteristischen Stelle des Bauteils (3).

8. Beheizungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei der der Temperaturgeber (8) mit einer Regeleinrichtung (9) zur Rege­ lung einer homogenen volumetrischen Erwärmung des Bauteils (3) und/oder zur Regelung eines Aufheizgradienten für die zeitliche Erwärmung des Bauteils (3) verbunden ist.

9. Beheizungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heizquelle (2) räumlich verteilt ange­ ordnet ist, so daß das Bauteil (3) insbesondere zwischen zu­ mindest zwei Komponenten (5, 6, 5a) anordenbar ist.

10. Beheizungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Heizquelle (2) für eine Erwärmung des Bauteils (3) auf über 900°C, insbesondere auf 950°C bis etwa 1050°C, ausgebildet ist.

11. Beheizungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen An­ sprüche, in einer Beschichtungsvorrichtung (10) zur Durchfüh­ rung eines PVD-Beschichtungsprozesses zur Herstellung einer keramischen Wärmedämmschicht auf dem Bauteil (3), insbeson­ dere einer Gasturbinenschaufel, mit einer Haltevorrichtung (11) zur Halterung und Rotation des Bauteils (3).

12. Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung ei­ nes Bauteils (3), bei dem durch eine Beheizungsvorrichtung (1) mit einer Heizquelle (2) zur Erzeugung eines lokal unter­ schiedlichen Wärmeeintrages in das Bauteil (3) Bereichen (12) unterschiedlicher Massenkonzentration eine der jeweiligen Massenkonzentration angepaßte Wärmemenge zugeführt wird.