DE19845805C1 - Verfahren und Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von hocherwärmten Metallbauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Bauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird. DOLLAR A Um ein gleichmäßiges Abkühlen der Metallbauteile mit unterschiedlicher Masseverteilung zu erreichen, werden die Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem interten Kühlgas beaufschlagt, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils (3) eintritt.

Description

Im Zuge der Herstellung von Metallbauteilen, insbesondere von mechanisch und thermisch hochbelasteten Metallbauteilen, ist häufig eine Vorprozeßerwärmung erforderlich, um die Metall­ bauteile danach beispielsweise mit einer Beschichtung verse­ hen zu können. Das Erwärmen der Metallbauteile und ihre Be­ schichtung erfolgen in der Regel in einer abgeschlossenen Kammer, häufig in einer Vakuumkammer. Nach der Behandlung der Metallbauteile müssen diese abgekühlt werden, wozu es sich anbietet, die Kammer einfach zu öffnen und die Metallbauteile damit der Umgebungstemperatur auszusetzen. Dadurch wird aber ein unkontrollierter Thermoschock auf die Metallbauteile aus­ geübt, weshalb es ratsam erscheint, die Bauteile in der Kam­ mer mit einem inerten Kühlgas, das häufig auch als Quenchgas bezeichnet wird, abzukühlen, indem die Kammer mit dem inerten Kühlgas geflutet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen vorzuschlagen, mit dem sich unabhängig von der Ausgestaltung der Metallbauteile eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils erreichen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Ver­ fahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metall­ bauteilen aus, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird, und sieht erfindungsgemäß vor, daß die Bereiche der Metallbau­ teile entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart un­ terschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt wer­ den, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbau­ teils eintritt. Unter Metallbauteilen sind dabei nicht nur reine Metallbauteile sondern auch beschichtete Metallbau­ teile, wie Keramik-Metallbauteile zu verstehen.

Es ist zwar aus der deutschen Patentschrift DE 28 39 807 C2 ein Vakuumofen bekannt, bei dem das in dem Ofen befindliche, wärmebehandelte Gut dadurch gleichmäßig abgekühlt wird, daß Düsen einer Gaskühleinrichtung im Heizraum auf parallel zur Ofenachse angeordneten, um ihre Achse drehbaren Rohren ange­ bracht sind, jedoch handelt es sich bei dem wärmebehandelten Gut um eine wärmebehandelte Charge, die gleichmäßig abgekühlt werden soll.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß durch die gezielte Zuführung von inertem Kühlgas zu den Bereichen der Metallbauteile entsprechend ih­ rer Massenkonzentration eine Reduktion von Thermospannungen in dem jeweiligen Metallbauteil beim Abkühlungsvorgang er­ reicht wird. Dadurch lassen sich auch sehr komplex mit sehr unterschiedlicher Masseverteilung gestaltete Bauteile ver­ hältnismäßig schnell unter Vermeidung von Thermospannungen abkühlen, wodurch auch eine bessere Ausnutzung von zur Durchführung des Verfahrens benötigten Behandlungseinrich­ tungen erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu se­ hen, daß durch die gezielte Abkühlung einzelner Bereiche ins­ gesamt eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbau­ teils eintritt, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren gut und einfach in ein umfassendes Verfahren mit beispiels­ weise einer weiteren Wärmebehandlung integrieren läßt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die unterschiedlich starke Beaufschlagung der einzelnen Be­ reiche der zu behandelnden Metallbauteile mit dem inerten Kühlgas in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden; bei­ spielsweise ist es möglich, durch eine gezielte Anbringung von mehr oder weniger Gaszuführungsdüsen für das inerte Kühl­ gas in der Nähe der einzelnen Bereiche der Metallbauteile eine unterschiedlich starke Beaufschlagung mit dem Kühlgas zu erreichen. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angese­ hen, wenn die Bereiche der Metallbauteile mit relativ großer Masse mit Einhäusungen versehen werden und die Einhäusungen von Bereichen mit unterschiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden. Derartige Einhäusungen lassen sich nämlich mit verhältnismä­ ßig wenig Aufwand realisieren, insbesondere dann, wenn sie gleichzeitig zur Halterung der Metallbauteile in der Kammer verwendet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Metallbau­ teile sehr unterschiedlicher Ausgestaltung und unterschiedli­ cher Massenverteilung kühlen. Bei Gasturbinenschaufeln dar­ stellenden Metallbauteilen werden vorteilhafterweise Fuß und Kopfplatte der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen verse­ hen, da diese Teile im Vergleich zu dem zwischen ihnen lie­ genden Blatt der Turbinenschaufel eine relativ große Masse aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner die vorteilhafte Möglichkeit, die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem inerten Kühlgas zu beaufschlagen, wodurch ein gleich­ mäßiges Abkühlen des Bauteils zusätzlich gefördert wird.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Behand­ lungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer vorzuschlagen, mit der sich mit konstruktiv und herstellungstechnisch verhältnismä­ ßig geringen Aufwand eine gleichmäßige Abkühlung der Metall­ bauteile erreichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in einer Behandlungseinrich­ tung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metall­ bauteile aufnehmenden Kammer gesehen, die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist, bei der erfin­ dungsgemäß Bereiche der Metallbauteile mit relativ großer Masse von jeweils einer Einhausung umgeben sind, jede Einhau­ sung mit einer Einlaßöffnung versehen ist und die Einlaß­ öffnungen für sich mit dem Reservoir verbunden sind.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Behandlungs­ einrichtung besteht darin, daß diese verhältnismäßig einfach herstellbar ist, weil - in der Regel bereits vorhandene Ein­ richtungen mit Kammer - lediglich zusätzlich mit Einhäusungen für die Metallbauteile mit Anschlüssen ihrer Einlaßöffnungen zu versehen sind.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in den Ver­ bindungen zwischen den Einlaßöffnungen und dem Reservoir Gas­ zuführungsregeleinrichtungen vorhanden sind.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur in schemati­ scher Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen dargestellt.

Die dargestellte Behandlungseinrichtung 1 weist eine Kammer 2, vorzugsweise eine Vakuumkammer, auf, in der mit Zusatzein­ richtungen, die der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt sind, ein Metallbauteil 3 hocher­ wärmt, beispielsweise bis auf 1100°C erwärmt worden ist, um eine Beschichtung durchzuführen.

Zum Abkühlen des Metallbauteiles 3 wird dieses beispielsweise über nicht dargestellte Manipulatoren mit einer Einhäusung 4 an einem Bereich 5 und mit einer weiteren Einhäusung 6 an ei­ nem weiteren Bereich 7 umgeben. Handelt es sich bei dem Bau­ teil 3 beispielsweise um eine Gasturbinenschaufel, dann bil­ det der Bereich 5 den Fuß und der Bereich 7 die Kopfplatte der Turbinenschaufel; zwischen dem Fuß 5 und der Kopfplatte 7 erstreckt im Falle einer Gasturbinenschaufel das Blatt 8. Sowohl der Bereich 5 bzw. der Fuß einer Gasturbinenschaufel als auch der Bereich 7 bzw. die Kopfplatte einer Gasturbinen­ schaufel haben im Vergleich zu dem dazwischen liegenden Be­ reich 8 bzw. dem Blatt relativ große Massen und sind deshalb mit den Einhäusungen 4 und 6 versehen.

Die Einhäusung 4 wird über eine Einlaßöffnung 9 mit einem inerten Kühlgas gefüllt, das in Richtung des Pfeiles 10 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 und ein Rohr 12 in die Einhäusung 4 strömt.

Über eine weitere Gaszuführungsregeleinrichtung 15, ein Rohr 16 und eine Einlaßöffnung 17 in der Einhäusung 6 wird diese ebenfalls mit dem interten Kühlgas gefüllt, das über nicht dargestellte Spalte am Rande der weiteren Einhausung 6 - ebenso wie bei der Einhausung 4 - in den Innenraum der Kammer 2 ausströmen kann.

Mittels einer nicht dargestellten, geregelten Gasabsaugein­ richtung kann der Durchsatz an inertem Kühlgas durch die Kam­ mer 2 geregelt werden.

Da bei der dargestellten Behandlungseinrichtung 1 jede Ein­ hausung 4 bzw. 6 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 bzw. 15 individuell mit dem Kühlgas beaufschlagt werden kann, ist es möglich, jede Einhausung 4 bzw. 6 für sich so stark mit inertem Kühlgas zu beaufschlagen, wie es im Hinblick auf die Massen der von den Einhäusungen 4 und 6 umgebenen Berei­ che 5 bzw. 7 des Metallbauteils 3 zum Erreichen einer gleich­ mäßigen Abkühlung erforderlich ist. Berücksichtigt man zu­ sätzlich das durch das inerte Gas in der Kammer 2 bewirkte Abkühlen des Bereichs 8 des Metallbauteils 3, dann läßt sich durch entsprechendes Betätigen der Gaszuführungsregelein­ richtungen 11 und 15 erreichen, daß das Metallbauteil 3 sich insgesamt gleichmäßig abkühlt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen, bei dem

• 1. in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmä­ ßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils (3) eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) mit relativ gro­ ßer Masse mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden und
• 2. die Einhäusungen (4, 6) von Bereichen (5, 7) mit unter­ schiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. bei Gasturbinenschaufeln (3) darstellenden Metallbauteilen Fuß- (5) und Kopfplatte (7) der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem iner­ ten Kühlgas beaufschlagt werden.

5. Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer, die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) mit relativ großer Masse von jeweils einer Einhausung (4, 6) umgeben sind,
• 2. jede Einhausung (4, 6) mit einer Einlaßöffnung (9, 17) ver­ sehen ist und
• 3. die Einlaßöffnungen (9, 17) für sich mit dem Reservoir ver­ bunden sind.

6. Behandlungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. in den Verbindungen zwischen den Einlaßöffnungen (9, 17) und dem Reservoir Gaszuführungsregeleinrichtungen (11, 15) vorhanden sind.