DE3644115A1 - DEVICE FOR COATING TURBO MACHINE COMPONENTS, ESPECIALLY BLADES - Google Patents
DEVICE FOR COATING TURBO MACHINE COMPONENTS, ESPECIALLY BLADESInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, Turbomaschinenbauteile, z. B. Turbinenschaufeln, mit Schutzschichten, insbesondere Heißgaskorrosionsschichten, zu versehen. Bei den Einrichtungen dieser Art werden die betreffenden Bauteile in Beschichtungskästen angeordnet, in die ein für den jeweiligen Anwen dungszweck geeignetes Beschichtungspulver eingebracht wird, aus dem die Beschichtung unter Beiziehung eines geeigneten Gases und unter vorgege bener Temperatureinwirkung im Diffusionsverfahren gewonnen wird. It is known to turbo machine components, e.g. B. turbine blades with To provide protective layers, in particular hot gas corrosion layers. In the devices of this type, the relevant components are in Coating boxes arranged in the one for each application suitable coating powder is introduced, from which the Coating using a suitable gas and under given benen temperature influence is obtained in the diffusion process.
Dabei bereitet es Schwierigkeiten, Bauteilabschnitte, die keiner Be schichtung unterworfen werden sollen, einwandfrei gegenüber dem behäl terinternen Beschichtungsprozeß abzuschirmen bzw. abzudecken. Ein örtliches Abdeckerfordernis ergibt sich dadurch, daß die betreffenden Bauteile oftmals örtlich extrem unterschiedlichen mechanischen und thermischen Belastungen im Betrieb ausgesetzt sind, d. h., eine bestimm te Bauteilsektion darf hinsichtlich der betrieblich vorgegebenen Ge staltung und Werkstoffstruktur nicht vom Beschichtungsprozeß beein trächtigt werden, der wiederum entlang einer übrigen Bauteilstruktur verlangt wird.It creates difficulties, component sections that no Be should be subjected to stratification, perfectly against the container shield or cover the internal coating process. A local coverage requirement arises from the fact that the concerned Components often differ extremely mechanically and locally are exposed to thermal loads during operation, d. that is, a specific te component section may with respect to the operationally specified Ge Design and material structure not influenced by the coating process are ingested, which in turn along another component structure is required.
Am Beispiel einer Turbinenschaufel bedeutet dies, daß der Schaufelfuß als der hinsichtlich betrieblicher Zug- und Schwingungsbelastungen besonders gefährdete Teil der Schaufel keiner Versprödungsgefahr aus dem Beschichtungsprozeß ausgesetzt werden darf.Taking a turbine blade as an example, this means that the blade root than that with regard to operational tensile and vibration loads particularly endangered part of the shovel no danger of embrittlement may be exposed to the coating process.
Zusätzlich zu den genannten Kriterien soll eine örtliche Bauteilabdec kung den Beschichtungsaufwand auf das absolut notwendige Maß zu beschränken helfen.In addition to the criteria mentioned, a local component cover should the coating effort to the absolutely necessary level help limit.
Ein weiteres Problem hinsichtlich der örtlichen Bauteilabdeckung ergibt sich aus der häufig anzutreffenden geometrisch komplexen Bauteilgestal tung.Another problem with local component coverage arises from the frequently encountered geometrically complex component shape tung.
Im Rahmen schon untersuchter Einrichtungen der besprochenen Art berei tet auch die Bauteilhalterung Schwierigkeiten, um gleichzeitig bezüg lich örtlicher Beschichtung und Abdeckung auf der sicheren Seite liegen zu können.Within the framework of the facilities of the type already discussed tet also the component holder difficulties to relate at the same time Local coating and covering are on the safe side to be able to.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine betrieblich zuverlässige einfachst handhabbare örtliche Bauteilabdeckung und -beschichtung ge schaffen wird.The invention has for its object a device according to the Specify the type mentioned at the beginning, with which an operationally reliable easy to handle local component covering and coating will create.
Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.The task is with the characteristics of the labeling part of the Claim 1 solved according to the invention.
Erfindungsgemäß kann das Bauteil einfachst derart über eine Öffnung in die Abdeckkammer eingeschoben werden, daß die nicht zu beschichtende Bauteilsektion einwandfrei abgedeckt und somit keinen Einflüssen aus dem örtlichen Beschichtungsprozeß ausgesetzt ist. Der Hohlraum der Ab deckkammer, in dem die nicht zu beschichtende Sektion, z. B. ein Schau felfuß, angeordnet ist, ist mit einem sogenannten "Abdeckpulver", ins besondere aus Aluminiumoxid (Al2O3), gefüllt; das Abdeckpulver stellt eine den Schaufelfuß vor Beschichtungsgasen schützende Dichtungspackung dar. Eine Einfüllöffnung für das Abdeckpulver muß vor Beginn des Be schichtungsprozesses verschlossen sein.According to the invention, the component can simply be inserted into the cover chamber via an opening in such a way that the component section which is not to be coated is properly covered and is therefore not exposed to any influences from the local coating process. From the cavity of the cover chamber, in which the section not to be coated, e.g. B. a display fefoot is arranged, is filled with a so-called "covering powder", in particular made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ); the covering powder represents a sealing packing protecting the blade root from coating gases. A filling opening for the covering powder must be closed before the coating process starts.
Eine möglichst glattwandige, dicht sitzende Konturierung gegenseitiger Flächen des Bauteils und einer zugehörigen Kammerwand begünstigt die örtliche Bauteilabdeckung. Bauteil und Abdeckkammer können aufeinander abgestimmt gestaltet werden, um die örtlichen Beschichtungs- und Ab deckkriterien optimal zu erfüllen. Die Erfindung ist ferner besonders gut geeignet, um eine verhältnismäßig große Anzahl gleichgeformter Bauteile, z. B. einen kompletten Satz an Turbinenlaufschaufeln einer Turbinenstufe, zu beschichten und gleichzeitig fußseitig abzudecken. The most smooth-walled, tight-fitting contouring possible Surfaces of the component and an associated chamber wall favors the local component coverage. Component and cover chamber can be on top of each other designed to match the local coating and ab to optimally meet the mating criteria. The invention is also special well suited to a relatively large number of uniformly shaped Components, e.g. B. a complete set of turbine blades Turbine stage, to be coated and at the same time covered on the foot side.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patent ansprüchen 2 bis 14.Advantageous embodiments of the invention result from the patent claims 2 to 14.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu tert, es zeigtThe invention is further explained, for example, with reference to the drawings tert, it shows
Fig. 1 - einen Teilschnitt eines Beschichtungsbehälters oder -kastens der Einrichtung einschließlich einer fußseitig abgedeckt in einer Abdeckkammer sitzenden Turbinenlauf schaufel und Fig. 1 - a partial section of a coating container or box of the device including a turbine blade covered and covered in a cover chamber on the foot side
Fig. 2 - einen Komplettschnitt einer weiteren Behälterausführung der Einrichtung mit einer beidendseitig in bzw. an Kam mern abgedeckt gehalterten Turbinenschaufel. Fig. 2 - a complete section of another container design of the device with a turbine blade covered on both sides in or on Kam held held.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen Beschichtungsbehälter 1 (Fig. 1) auf, in welchen das Bauteil, hier z. B. eine Turbinenlaufschau fel 2, eingesetzt ist. Der nicht zu beschichtende Bauteilabschnitt ist im vorliegenden Beispiel der Schaufelfuß 4, der durch fußseitiges Ein setzen in eine Abdeckkammer 3 gegenüber dem Behälterinnenraum 5 (Be schichtungszone) abgedeckt bzw. abgeschirmt ist. Nach erfolgtem Einsetzen wird die Abdeckkammer 3 mit einem geeigneten Abdeckpulver, z. B. Al2 03-Pulver, möglichst kleiner Teilchengröße, gefüllt und darauf die be treffende obere Einfüllöffnung der Kammer 3 mit einem Abdeckblech 6 verschlossen.The device according to the invention has a coating container 1 ( Fig. 1), in which the component, here z. B. a turbine run fel 2 is used. The component section not to be coated is in the present example the blade root 4 , which is covered or shielded by inserting it into a cover chamber 3 relative to the container interior 5 (coating zone). After insertion, the covering chamber 3 is covered with a suitable covering powder, e.g. B. Al 2 0 3 powder, the smallest possible particle size, filled and then the relevant upper filler opening of the chamber 3 closed with a cover plate 6 .
Ausgehend davon, daß die Turbinenlaufschaufel 2 gleichzeitig infolge Einsetzens und Abdeckens auch in einer für die Beschichtung geeigneten Position im Behälter 1 angeordnet worden ist, kann der Behälter mit einem Deckel 7 verschlossen werden. Starting from the fact that the turbine blade 2 has also been arranged in a position suitable for the coating in the container 1 as a result of insertion and covering, the container can be closed with a lid 7 .
Der Behälterinnenraum 5 enthält ein geeignetes Beschichtungspulver zur Erzeugung einer Heißgaskorrosionsschicht am Schaufelblatt sowie an der zugehörigen Fußplatte 7′ der Laufschaufel 2. Die Zusammensetzung des Beschichtungspulvers ist von der Art der zu erzeugenden Schicht abhän gig; sei es, ob eine sogenannte "Alitierung" oder z. B. "Inchromierung" beabsichtigt ist.The container interior 5 contains a suitable coating powder for producing a hot gas corrosion layer on the airfoil and on the associated base plate 7 'of the rotor blade 2nd The composition of the coating powder depends on the type of layer to be produced; be it whether a so-called "alitation" or z. B. "Inchromierung" is intended.
Grundsätzlich besteht das Beschichtungspulver aus einem sogenannten "Donator", der die nachstehend genannten Elemente, z. B. Al, AlSi oder AlTi beinhaltet und beim Prozeß Al abson dert sowie ferner aus einem Füllstoff (Al2O3) und einem Aktivator (z. B. NH4F oder NH4Cl). Der Diffusionsprozeß läuft z. B. unter Argon oder H2 oder einem geeigneten Mischgas ab.Basically, the coating powder consists of a so-called "donor", the elements mentioned below, for. B. includes Al, AlSi or AlTi and in the process Al abson changed and also from a filler (Al 2 O 3 ) and an activator (z. B. NH 4 F or NH 4 Cl). The diffusion process runs z. B. under argon or H 2 or a suitable mixed gas.
Wie ferner aus Fig. 1 erkennbar, weist ein die Kammer 3 aus bildender Wandabschnitt 8′ eine Bauteileinschuböffnung 8 auf, die hier von den auf dem Wandabschnitt 8 aufsitzenden Gegen flächen der Fußplatte 7′ verschlossen ist. Es weist also der Wandabschnitt 8′ eine der Fußplatte 7′ gemäß geometrisch ange paßte Aussparung 9 auf, wodurch neben einer einwandfreien örtlichen Abdeckung des Schaufelfußes 4 zugleich günstige Voraussetzungen für eine geeignete Halterung der Schaufel 2 an der Kammerwand 8′ geschaffen werden.As can also be seen from Fig. 1, the chamber 3 from the forming wall section 8 'has a component insertion opening 8 , which is closed here by the counter surfaces of the base plate 7' seated on the wall section 8 ' . So it has the wall section 8 ' one of the base plate 7' according to geometrically fitted recess 9 , which in addition to a perfect local coverage of the blade root 4 at the same time favorable conditions for a suitable mounting of the blade 2 on the chamber wall 8 'are created.
Die Erfindung wäre u. a. für alle möglichen Abwandlungen von Stator- und Laufschaufeln praktikabel; so z. B. auch für Turbinenleitschaufeln, die mit äußeren und/oder inneren Deckbandsegmenten ausgestattet sind, die auch hier wiederum z. B. die geeigneten Bauteilgegenflächen gegenüber der angrenzenden Kammerwand bereitstellen könnten. The invention would u. a. for all possible variations of stator and Blades practical; so z. B. also for turbine guide vanes are equipped with outer and / or inner shroud segments that here again, for. B. the suitable component counter surfaces the adjacent chamber wall could provide.
Die Erfindung könnte auch zur örtlichen Abdeckung fußseitiger Drehzap fenpartien von verstellbaren Leit- oder Laufschaufeln verwendet werden, dabei könnte der betreffende Schaufeldrehteller in einer kreisförmig angepaßten Aussparung der Kammerwand sitzen und der fußseitige Dreh zapfen über die Abdeckkammer abgedeckt sein.The invention could also be used for local coverage of the base-side pivot fen parts of adjustable guide or moving blades are used, the blade turntable in question could be circular adapted recess of the chamber wall sit and the foot-side rotation be covered over the cover chamber.
Im Rahmen der Bauweise nach Fig. 1 könnten auch z. B. beidendseitige Abschnitte eines Bauteils, bzw. einer Verdichter- oder Turbinen schaufel, durch je eine Abdeckkammer abgedeckt werden, ähnlich wie dies beispielsweise in Fig. 2 näher verdeutlicht ist.In the construction of FIG. 1, z. B. both ends of a component, or a compressor or turbine blade, are covered by a cover chamber, similar to what is illustrated in FIG. 2, for example.
Gemäß Fig. 1 ist die mindestens eine Abdeckkammer 3 aus gegenüber dem Beschichtungsbehälter 1 gesonderten Wandabschnitten 8′, 10, 11 gefer tigt; die Abdeckkammer 3 könnte aber auch im Wege der teils vorhandenen Behälterwandstruktur in Kombination mit einem gesondert gefertigten und in den Behälter 1 eingearbeiteten Wandabschnitt 8′ erstellt werden.According to Figure 1, the at least one cover chamber 3 from the coating container 1 separate wall sections 8 ', 10, 11 is taken gefer. the cover chamber 3 could also be created in the way of the partially existing container wall structure in combination with a separately manufactured and incorporated in the container 1 wall section 8 ' .
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Abdeckkammern 12, 13 sich einander gegenüberliegend im Beschichtungsbehälter 14 angeordnet; im Gegensatz zu Fig. 1 werden die zur Bauteilhalterung und -aufnahme ausgebildeten Wandabschnitte der beiden Kammern 12, 13 in Fig. 2 von innen Dichtleisten 15, 16 und äußeren Dichtleisten 17, 18 gebildet; zwischen den genannten Dichtleisten 15, 16 bzw. 17, 18 ist eine Turbi nenlaufschaufel 19 einerseits mit der Fußplatte 20 und andererseits mit einem kopfseitigen Deckbandsegment 21 abdichtend verankert. Der in der Abdeckkammer 13 angeordnete Schaufelfuß ist mit 4′ bezeichnet. . In the embodiment of Figure 2, two Abdeckkammern 12, 13 arranged opposite each other in the coating tank 14; in contrast to FIG. 1, the wall sections of the two chambers 12, 13 designed to hold and receive components are formed from the inside in sealing strips 15, 16 and outer sealing strips 17, 18 in FIG. 2; between said sealing strips 15, 16 and 17, 18 , a turbine blade 19 is anchored on the one hand with the base plate 20 and on the other hand with a cover band segment 21 at the head. The blade root arranged in the cover chamber 13 is designated by 4 ' .
Am oberen Behälterende bilden die äußeren Dichtleisten 17, 18 eine Um wandung des mit dem Beschichtungspulver gefüllten Beschichtungsraums aus, der sich zwischen den beiden Abdeckkammern 12, 13 erstreckt. Die über die äußeren Dichtleisten 17, 18 dargestellte äußere Umwandung weist ferner eine Einfüllöffnung 22 für das Beschichtungspulver auf.At the upper end of the container, the outer sealing strips 17, 18 form a wall around the coating space filled with the coating powder, which extends between the two cover chambers 12, 13 . The outer conversion shown via the outer sealing strips 17, 18 also has a filling opening 22 for the coating powder.
Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, werden die zunächst oben offenen Abdeckkammern 12, 13 und die genannte Einfüllöffnung 22 durch einen gemeinsamen Behälterdeckel 23 gleichzeitig verschlossen, sobald die entsprechenden Pulverfüllungen (Abdeckpulver A2O3/Beschichtungspulver) vorgenommen worden sind.As can also be seen from FIG. 2, the cover chambers 12, 13 , which are initially open at the top , and the filling opening 22 mentioned are closed simultaneously by a common container lid 23 as soon as the corresponding powder fillings (cover powder A 2 O 3 / coating powder) have been carried out.
Die Abdeckkammern 3 (Fig. 1) bzw. 12, 13 (Fig. 2) werden immer erst dann mit dem Abdeckpulver (Al2O3) gefüllt, nachdem die Bauteile in der genannten abdeckenden Art und Weise verankert worden sind.The cover chambers 3 ( FIG. 1) or 12, 13 ( FIG. 2) are only ever filled with the cover powder (Al 2 O 3 ) after the components have been anchored in the above-mentioned covering manner.
Zur gleichzeitigen Beschichtung und Abdeckung mehrerer Bauteile, z. B. Turbinenschaufeln, kann anstelle einzelner Einschuböffnungen 8 (Fig. 1) auch eine durchgehende schlitzförmige Einschuböffnung vorgesehen sein, um mehrere unmittelbar aneinandergereihte Schaufelfußstrukturen aufneh men und örtlich abdecken zu können; sinngemäß können dabei auch die betreffenden Aussparungen 9 oder Taschen parallel zur schlitzförmigen Einschuböffnung verlaufend ausgebildet sein, um die Bauteilerweiterun gen, z. B. die Fußplatten 7′, unmittelbar aufeinander folgend aufzuneh men. Sofern der Beschichtungsprozeß einen größeren Bauteil- bzw. Schau felabstand notwendig werden läßt, können zwischen den Fußplatten 7′ entsprechend angepaßte Distanzstücke angeordnet werden, welche in die langlochartige Einschuböffnung hineinragen. For the simultaneous coating and covering of several components, e.g. B. turbine blades, instead of individual insertion openings 8 ( FIG. 1), a continuous slot-shaped insertion opening can also be provided in order to be able to accommodate several locally arranged blade root structures and to cover them locally; analogously, the relevant recesses 9 or pockets can be designed to run parallel to the slot-shaped insertion opening in order to improve the component extensions, e.g. B. the foot plates 7 ' , immediately consecutively men. If the coating process requires a larger component or display felabstand, can be arranged between the base plates 7 ' appropriately adapted spacers which protrude into the slot-like insertion opening.
Die Erfindung kann auch vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn es darum geht, Bauteile zwecks Überholung neu beschichten zu wollen. In jedem Fall ist aber davon auszugehen, daß alle zu beschichtenden Bau teilflächen auf Maß fertigbearbeitet sind.The invention can also be used advantageously if it is is about wanting to re-coat components for overhaul. In in any case, however, it can be assumed that all the building to be coated partial areas are finished to size.
Durch die Erfindung kann eine verhältnismäßig große Anzahl gleich oder ähnlich gestalteter Bauteile, z. B. Turbinenschaufeln, gleichzeitig beschichtet werden; es wird auf diese Weise eine kostensparende Serien beschichtung der Bauteile erzielt, verknüpft mit dem Vorteil einer op timalen örtlichen Bauteilabdeckung.With the invention, a relatively large number can be equal to or similarly designed components, e.g. B. turbine blades, simultaneously be coated; in this way it becomes a cost-saving series coating of the components achieved, combined with the advantage of an op maximum local component coverage.
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