DE2659214A1

DE2659214A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten von unsymmetrischen teilen

Info

Publication number: DE2659214A1
Application number: DE19762659214
Authority: DE
Inventors: Donald Mackelvie Yenni
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS558220B2; JPS52104563A; GB1565558A; DE2659214B2; US4082870A; FR2336982B1; IT1066509B; FR2336982A1; CH608729A5; CA1075097A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von unsymmetrischen Teilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Teilen. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit dem Beschichten von Teilen mit unregelmäßiger Form, beispielsweise Turbinenschaufeln, oder von Teilen mit regelmäßiger Gestalt, die mit'Bezug auf die gegenwärtig verfügbaren Vorrichtungen und Verfahren als klein für ein Überziehen anzusprechen sind.

Um Überzüge von gleichförmiger Dicke und Güte auszubilden, müssen bekanntlich vier Parameter .eingestellt und/oder gere-' gelt werden. Bei.den Parametern, die konstant sein sollten, handelt es sich um 1) die Oberflächengeschwindigkeit, mit der sich das Teil an der Beschichtungswerkstoff aufbringenden Einrichtung vorbeibewegt, 2) den Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der Beschichtupgseinrichtung (Arbeitsabstand) , 3) den Winkel (vorzugsweise 9O°) zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Sprüheinrichtung sowie 4) die Beschichtungsdauer, während deren jedes Element der Werkstück-

709827/0966

-Z-

oberfläche der Sprüheinrichtung ausgesetzt ist. Diese Parameter lassen sich leicht beherrschen, wenn es sich bei dem zu beschichtenden Teil um ein rundes zylindrisches Teil mit einem Durchmesser von 25 mm oder mehr handelt. In einem solchen Fall wird das Teil mit konstanter Drehzahl um seine Achse gedreht. Eine Sprüheinrichtung wird in der Weise angeordnet, daß der Sprühstrahl die Oberfläche in einem Winkel von ungefähr 90° trifft; die Sprüheinrichtung wird mit konstanter Geschwindigkeit in einer zu der Drehachse parallelen Richtung verschoben.

Wenn das zu beschichtende Teil jedoch eine komplizierte Gestalt hat, beispielsweise eine Tragfläche oder Schaufel ist, bewegen sich unterschiedliche Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den Sprühstrahl der Beschichtungseinrichtung. Um dies klarzumachen, sei auf die Fig. 1a und 1b Bezug genommen, die schematisch ein Tragflächen- oder Flügelprofil erkennen lassen, das mit Bezug auf eine Sprüheinrichtung gedreht wird. Die Fig. 1b zeigt eine Ansicht entlang der Linie B-B in Fig. 1a. Wenn das Teil um · die Achse A mit einer Winkelgeschwindigkeit W₁ rotiert, bewegen sich die Punkte (1), (2) und (3) durch den mittels der Linie E. angedeuteten Sprühstrahl mit jeweils unterschiedlicher Geschwindigkeit entsprechend der Gleichung V = R W hindurch. Mit zunehmendem Radius R nimmt die Geschwindigkeit V zu; entsprechend verringert sich die Beschichtungsdicke.

709827/0968

Eine weitere Möglichkeit, Sprühüberzüge auf unsymmetrische Objekte aufzubringen, besteht darin, den Brenner schnell entlang einer Bahn zu bewegen, die im wesentlichen parallel zu der Achse A-A verläuft. Mit Hilfe von Nocken, Hebeln und anderen mechanischen Gestängen kann ein konstanter Arbeitsabstand aufrechterhalten werden, während die Schaufel oder der Flügel langsam weitergeschaltet werden. Die rasche Verstellung des Brenners entlang einer zu der Achse der Schaufel oder des Flügels im wesentlichen parallelen Bahn sorgt für die relative Oberflächenbewegung. Dadurch werden zwar die Beschichtungsanforderungen hinsichtlich konstantem Arbeitsabstand und konstanter Oberflächengeschwindigkeit erfüllt; die für eine derartige Bewegung sorgende Einrichtung ist jedoch sehr aufwendig und arbeitet unzuverlässig. Dadurch, daß hohe Beschleunigungen erforderlich sind, um den Brenner mit konstanter Geschwindigkeit hin- und herzubewegen, wird die Einrichtung kostspielig. Außerdem führen die Vibrationen, die auf die rasche Bewegungsrichtungsumkehr an den Endpunkten der Maschinenbewegung zurückgehen, zu einer verhältnismäßig kurzen Lebensdauer der Maschinenelemente.· ·.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß Überzüge hoher Güte erhalten werden können, wenn ein kompliziert geformtes Teil, beispielsweise eine Tragfläche oder eine Schaufel, um eine Achse gedreht wird, die durch das Teil hindurchgeht oder in dessen Nähe verläuft, und wenn diese Achse ihrerseits in vorbestimmter Beziehung um eine zu der

709827/0968

ersten Achse parallele zweite Achse gedreht wird. Dabei kommt es nicht darauf an, daß sich das Teil um eine durch das Teil selbst hindurchgehende Achse dreht. Bei einem Flügelprofil liegt beispielsweise die bevorzugte Drehachse innerhalb eines Kreises, der um den Profilquerschnitt herumgelegt wird.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren wird das zu beschichtende Teil (im allgemeinen ein unregelmäßiges oder kleines regelmäßiges Teil) um eine Längsachse gedreht, die mit der Längsachse des Teils zusammenfallen kann. Die Längsachse wird ihrerseits um eine zweite Achse gedreht, die in Abstand von und parallel zu der Längsachse verläuft. Die Drehzahl und die Drehrichtung der Längsachse und der zweiten Achse werden so aufeinander abgestimmt, daß die Drehzahl des Teils gegenüber dem Erdboden für gewöhnlich unter 1OO U/min liegt. . "

Es ist eine Sprühvorrichtung vorgesehen, um Beschichtungswerkstoff auf das Teil aufzubringen, während .es sich an der Vorrichtung vorbeibewegt. Das Vorbeibewegen des Teils an der Sprühvorrichtung wird fortgesetzt, bis der gewünschte Überzug ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Maschine mit einem Gestell geschaffen, auf dem ein Werkstückspindelträger drehbar montiert ist. Mehrere Werkstückspindeln sind so angebracht, daß

709827/0966

26592U

-Sf-

sie eine planetenförmige Drehbewegung auf dem drehbar montierten Werkstückspindel träger ausführen können. Dem Werkstückspindelträger und jeder der Werkstückspindeln sind Antriebsglieder zugeordnet, die für eine Drehbewegung des Werkstückspindelträgers bzw. der Werkstückspindeln sorgen. Die Drehzahl und Richtung der Drehbewegung des Werkstückspindelträgers und der Werkstückspindeln werden in zweckentsprechender Weise miteinander in Korrelation gebracht.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Fig. 2 näher erläutert, die eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt. Die veranschaulichte Maschine weist eine Welle 1 auf, die mittels eines Motors angetrieben ist und einen Teil des Maschinengestells bildet. Die Welle 1 treibt ein Ritzel 2 an, das mit einem Zahnrad 3 kämmt. Das Zahnrad 3 sitzt auf einer Hauptwelle 5 der Maschine und treibt diese an. Die Hauptwelle 5 ist in einer Gruppe von Lagern 7, 9 und 11 gelagert und steht über diese mit einem Werkstückträger oder Käfig 13 in Verbindung. Die Hauptwelle 5 treibt ein Sonnenrad 15 an. Die Welle 1 treibt ferner ein. Käfigritzel 17 an, das seinerseits mit einem Zahnrad 6 kämmt. Das Zahnrad 6 weist eine Büchse 19 auf, auf welcher der Käfig 13 montiert ist. Das Sonnenrad 15 treibt entsprechend Fig. 2 die Planetenräder 18 und 2Ό an, wobei die Anzahl der vorhandenen Planetenräder der Anzahl der Werkstückspindeln 21 entspricht. In Fig. 2b, einem Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 2, sind zwölf Werkstückspindeln veranschaulicht.

709827/0966

Zu beschichtende Teile, beispielsweise Turbinenschaufeln 23, üiiid uu (" dun Werkt. Luckspindeln 21 uriyoordno t. Cino Doschichtungsvorrichtung 25 befindet -sich in der Nähe der zu beschichtenden Teile, so daß die Beschichtung erfolgt, wenn die Teile eine Translations- und Rotationsbewegung mit Bezug auf die Beschichtungsvorrichtung, beispielsweise einen Brenner, ausführen. Die Drehbewegung der Planetenräder 18, 20 usw. ergibt sich aus der Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 15 und der Winkelgeschwindigkeit des Käfigs 13, verursacht durch das Zahnrad 6. Wenn daher die Winkelgeschwindigkeit der Werkstückspindeln mit Bezug auf den Käfig 13 dem Betrage nach gleich der Winkelgeschwindigkeit des Käfigs 13 ist und in entgegengesetzter Richtung verläuft, ist die resultierende Drehung im wesentlichen gleich Null. Während in Fig. 2 Zahnradsysteme veranschaulicht sind, kann auch mit anderen Getriebeanordnungen, beispielsweise Zahnriemen- oder Kettenantriebssystemen, gearbeitet werden. Wegen der niedrigen resultierenden Winkelgeschwindigkeit läßt sich eine einfache, kostensparende Brennerhandhabungseinrichtung aufbauen, die die Erfordernisse bezüglich konstantem Arbeitsabstand.und konstantem Winkel erfüllt. Außerdem ist die Dauer, während deren die Werkstückelemente der Beschichtungsvorrichtung ausgesetzt sind, nahezu konstant.

Wegen der niedrigen Winkelgeschwindigkeit läßt sich das beschriebene Verfahren mit Vorteil bei Werkstücken einsetzen, die einen kleinen Durchmesser (kleiner als ungefähr 25 mm)

709827/0966

haben. Gewisse Überzüge erfordern eine Mindestoberflächengeschwindigkeit von 300 m/min, um für die gewünschten metallurgischen Eigenschaften zu sorgen. Soll ein Teil mit einem Durchmesser von 1,6 mm mit dieser Geschwindigkeit be-.schichtet werden, ist eine Drehzahl von ungefähr 6OOOO U/min erforderlich. Die zur Erzielung einer solchen Geschwindigkeit notwendige Anlage ist kostspielig in der Herstellung und unter den anzutreffenden Arbeitsbedingungen schwierig zu warten. Außerdem ist es sehr schwierig, die Temperatur des Teils in der gewünschten Weise zu beeinflussen. Sind die Teile jedoch an Spindeln befestigt, die sich um eine Abstützungsachse drehen, und sind die Spindeln um einen Kreis mit einem Durchmesser von ungefähr 130 mm verteilt angeordnet, beträgt die erforderliche Drehzahl der Mittelachse nur ungefähr 760 U/min; die Temperatur der Teile läßt sich einfach beherrschen. .

Es versteht sich, daß die im einzelnen erläuterte Anordnung auf mannigfache Weise modifiziert werden kann. Beispielsweise kann durch einen Austausch einer Rädergruppe für ein synchrones Verhältnis gesorgt werden, bei dem das Werkstück für jede vollständige Umdrehung des Käfigs genau eine halbe Umdrehung ausführt. Eine solche Ausbildung eignet sich zum Beispiel besonders gut, um die gegenüberliegenden Seiten eines flachen Objekts kontinuierlich zu beschichten. Andere Phasenbeziehungen lassen sich ohne weiteres vorsehen, falls sie notwendig oder erwünscht sind.

709827/096 θ

Claims

An s p r ü C he

; Verfahren zum Beschichten von Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil um eine Längsachse gedreht wird, die Längsachse um eine zweite Achse gedreht wird, die in Abstand von und parallel zu der Längsachse verläuft, die Drehzahl und die Drehrichtung der Längsachse und der zweiten Achse in Korrelation zueinander gebracht werden, mittels einer Beschichtungsvorrichtung Beschichtungswerkstoff auf das sich an der Beschichtungsvorrichtung vorbeibewegende Teil aufgebracht wird und die Translations- und Rotationsbewegung des Teils mit Bezug auf die Vorrichtung fortgesetzt werden, bis der gewünschte Überzug ausgebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile Turbinenschaufeln sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile Turbinenflügel sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile kleine regelmäßige Teile mit kreisförmigen Querschnitten bis zu einem Durchmesser von 25 mm sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile unregelmäßige Form haben.

709827/0968
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Teilen um regelmäßige Teile mit nichtkreisförmigem Querschnitt handelt.
7. Maschine zum Sprühbeschichten von Teilen, gekennzeichnet
durch ein Maschinengestell, einen auf dem Gestell montierten Werkstückspindelträger, mehrere an dem Träger angebrachte Werkstückspindeln, eine dem Werkstückspindelträger zugeordnete Antriebseinrichtung zum Drehen desselben, eine den Werkstückspindeln zugeordnete Antriebseinrichtung zum Drehen der Spindeln, eine Einrichtung, die die Drehzahl und Drehrichtung der Antriebseinrichtungen miteinander in Korrelation bringt, sowie eine benachbart dem zu
beschichtenden Teil angeordnete Sprühvorrichtung, mittels deren Beschichtungswerkstoff auf die Oberfläche der Teile aufbringbar ist, während diese eine Translations- und Rotationsbewegung mit Bezug auf die Sprühvorrichtung ausführen.
8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtungen zum Drehen des Werkstückspindelträgers und der Werkstückspindeln sowie die Einrichtung, die für eine Korrelation von Drehzahl und Drehrichtung sorgt, aus miteinander verbundenen Getriebeanordnungen bestehen.

709827/096 6