EP1393857A1 - Holder for a workpiece with a porous coating on its surface, and a method to polish this workpiece - Google Patents
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- EP1393857A1 EP1393857A1 EP03405550A EP03405550A EP1393857A1 EP 1393857 A1 EP1393857 A1 EP 1393857A1 EP 03405550 A EP03405550 A EP 03405550A EP 03405550 A EP03405550 A EP 03405550A EP 1393857 A1 EP1393857 A1 EP 1393857A1
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Definitions
- the invention relates to a guide device for guiding a workpiece with a porous surface coating in a polishing container Process for polishing a porous surface layer, as well as the Use of the method for polishing a porous thermal barrier coating one turbine blade and one polished by the process Turbine blade, according to the preamble of the independent claim respective category.
- a whole range of different methods are known for polishing surface layers of workpieces, depending on the requirements, material and structure of the surface layer.
- the purpose of polishing, in addition to simply removing material from the surface, is often to reduce the roughness of the surface. This may be desirable, for example, for purely aesthetic reasons, e.g. to produce glossy surfaces, or may be required due to technical requirements, e.g. to reduce friction coefficients, to minimize the adhesion or inclusion of foreign particles, so that the required porosity of the surface is maintained or To prevent contamination of the surface.
- the roughness of the surface of a solid is usually characterized by different roughness measurements, which can be found in the relevant specialist literature.
- mean roughness value R a is a measure of the roughness of a surface as a mean deviation of the absolute values of the roughness profile from a mean line within a predeterminable measuring section and, depending on the degree of roughness, is given, for example, in micrometers ( ⁇ m) becomes.
- turbine blades for aircraft turbines or for land-based gas turbines for generating electrical energy are provided with layers of metallic alloys, in particular with MCrAIY layers, where M stands for a metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) or iron (Fe) and CrAlY (chrome, aluminum yttrium), a superalloy known for this and other purposes.
- M stands for a metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) or iron (Fe) and CrAlY (chrome, aluminum yttrium), a superalloy known for this and other purposes.
- These layers can, for example, be applied in a vacuum chamber with a thickness between 50 ⁇ m and 250 ⁇ m, a surface roughness R a of approximately 6 ⁇ m-12 ⁇ m typically being achieved.
- thermal barrier coating which the person skilled in the art also frequently refers to as a thermal barrier coating (TBC).
- TBC coatings can be produced, for example, on a zirconium oxide (ZrO 2 ) basis, in a typical example the thermal insulation layer can be approximately 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, in special cases over 1 mm thick and essentially 92% ZrO 2 and 8% Contains yttrium oxide Y 2 O 3 for stabilization.
- the grain sizes of the grains that make up the layer can be, for example, between 45 ⁇ m and 125 ⁇ m, a porosity of the thermal insulation layer typically being between 5% and 20%.
- Typical values for the roughness of TBC coatings can be found in the range from 9 ⁇ m to 16 ⁇ m. At this point it should be pointed out that the parameters of the layers mentioned above, as well as their chemical composition in the specific case can of course also differ significantly from the examples cited above.
- the surface roughness that the layers after application to the Have workpiece, but are often not acceptable and must can be reduced, for example, by polishing.
- values for the surface roughness R a of max. 6 ⁇ m, but preferably values smaller than 4 ⁇ m are required, in particular to prevent increased pollution and to improve the flow dynamics.
- Surfaces can have the necessary surface roughness with different Procedure can be achieved. They are common, analogous to the classic Sandblasting, abrasive blasting techniques, e.g. with fine corundum, Shot peening or cut-wire peening with hard steel bodies, with stainless Steel bodies or with ceramic blasting bodies. To achieve the highest Surface qualities, i.e. minimal roughness and / or uniform roughness There are various methods of vibropolishing of material surfaces, often referred to as "vibropolishing" in combination with abrasive acting polishing elements are available.
- a trough vibrator is one Device essentially comprising a polishing container, the corresponding Contains polishing elements, includes and by suitable facilities in Vibration can be offset.
- the workpieces to be treated are in the simplest case placed in the polishing container so that the workpieces from the Polishing elements that are tough as a whole under vibration Behave liquid, be polished.
- slide gate valves be provided that prevent adjacent workpieces in the Touch the polishing container and injure one another, or there may be one external fastening of the workpieces may be provided.
- Another protection For example, a masking of certain surface areas of the Offer workpiece with covers, especially plastic, so that only partial smoothing of the workpiece is permitted and / or For example, vulnerable edges are protected.
- Damage of the type described above can be caused by suitable Masking of vulnerable surface areas can be reduced. However of course this is only possible for those surface areas that do not need to be polished.
- this procedure is in practice quite complex, since often more than one surface area of the workpiece must be protected separately with a suitable mask, what with a complex assembly or disassembly of the corresponding parts connected and is therefore not very efficient from an economic point of view.
- Another major disadvantage is that in particular rotationally asymmetrical workpieces, such as turbine blades for long-supported applications, the known methods to inadequate Surface roughness and / or in particular to unevenly polished, i.e. to unevenly rough areas on the surface of the workpiece to lead.
- the turbine blade will be in the polishing container between only rotate the polishing elements unevenly and the different oriented surfaces of the turbine blade are used for polishing different polishing pressure applied by the polishing elements, what ultimately causes different areas of the surface to be different Have surface roughness, and on certain surfaces of the Turbine blade a sufficiently high roughness is not attainable at all.
- the above also applies to the polishing process, in which the workpiece is attached externally.
- the disadvantages described above occur of course not only when polishing turbine blades on to whom the problem is exemplarily explained, but kick in general, especially with rotationally asymmetrical workpieces Vibropolishing on.
- the object of the invention is therefore a different device and a another method for polishing a surface of a workpiece, in particular a porous surface of a rotationally asymmetrical To propose the workpiece.
- the guide device for guiding a workpiece with a porous surface coating in a polishing container, in particular of a rotationally asymmetrical workpiece, has two at least one spacer spaced guide elements, and a bracket for positioning the workpiece between the two Guide elements on so that the workpiece in relation to the Polishing container can be guided in the polishing container without contact.
- the device according to the invention thus allows a workpiece in particular a workpiece with a porous surface coating, for example in a trough vibrator during a polishing process, without external fasteners for guiding the workpiece can be.
- it can cause mechanical loads in the worst case, damage to the workpiece can be avoided and / or the porous surfaces to be treated.
- the guide device according to the invention is avoided that the polishing workpiece with any separating slides and / or can come into direct contact with neighboring workpieces Damage to the workpiece or sensitive areas of the Surface of the workpiece, especially on edges, largely be excluded.
- rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades Uniform use of the guide device according to the invention be polished.
- the guide device comprises at least two guide elements, which are spaced apart by at least one spacer element. Furthermore the guide device has a holder for positioning the Workpiece between the guide elements.
- the Guide elements arranged and designed such that the workpiece with respect to the boundary walls of a polishing container in which the Workpiece, preferably by vibropolishing, is polished without contact in the Polishing container is feasible.
- the bracket used to position the workpiece in the Guide device is suitable, in a preferred embodiment include a cover member that allows an area of the surface of the workpiece that is not to be polished.
- the cover element is preferably made of a suitable plastic constructed, but can also be made of other materials, depending on the requirements for example made of a metal or a ceramic. It is entirely possible to cover different areas of the workpiece several cover elements are provided, which are not part of the Bracket must be. Expediently, the holder / or the Cover element can be made in two or more parts, so that the workpiece easily mounted in the holder and / or in the cover element can be.
- the bracket / and or the cover elements preferably by fasteners on one or more Guide elements and / or one or more spacer elements attached.
- the fasteners can, for example, by elastic Plastic straps, through metal straps, with the help of suitable facilities can be clamped to fix the workpiece, or also for example by screws or any other suitable Fasteners can be realized.
- the cover element and / or the bracket can of course also be designed in one piece.
- the guide elements are preferably ring-shaped or in the form of a Circular disc designed, the guide elements through the Spacer elements arranged and configured in parallel to one another in this way are that the guide device is freely rotatable about a longitudinal axis and the workpiece in the polishing container can be guided so that the workpiece does not come into contact with the boundary walls of the polishing container.
- the Guide device is preferably arranged in the polishing container in such a way that the longitudinal axis of the guide device around which the guide device is free is rotatable, substantially perpendicular to the direction of the acting Gravity stands, i.e. becomes the longitudinal axis of the guide device preferably arranged in the horizontal direction in the polishing container.
- the workpiece is by means of a Guide device guided in a polishing container, the Guide device two, by at least one spacer spaced guide elements, as well as a bracket for positioning of the workpiece between the two guide elements.
- the workpiece is touch-free in relation to the polishing container Polishing container guided.
- the polishing of a workpiece is preferred in one Vibration polishing processes, for example by vibropolishing, with the help of Polishing elements performed.
- the polishing container which is known per se in a manner known per se Includes polishing elements by also known devices in Vibration offset, so that that is fixed in a guide device Workpiece, which guide device is suitable in the polishing container is positioned by the disordered movement of the polishing elements behave as a whole viscous liquid, is polished.
- Polishing elements can be pyramidal or tetrahedral polishing elements, for example made of steel, corundum or other suitable materials typical dimensions in the range of a few millimeters come. Of course, other sizes or polishing elements can also be used from other materials can be used advantageously.
- the guide device during the polishing process in a polishing container, also with rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades, preferred Rotational movements around a longitudinal axis, so that an even Roughness of the polished surfaces, especially the polished porous ones Thermal insulation layers (TBC layers) is achieved.
- TBC layers Thermal insulation layers
- the guide device according to the invention is preferably used for polishing turbine blades with yttrium-stabilized thermal insulation layers based on ZrO 2 .
- Such ceramic thermal insulation layers typically comprise 92% ZrO2, 8% Y 2 O 3 , the grain sizes in the thermal insulation layer being typically between 45 ⁇ m and 125 ⁇ m with a porosity of 5% to 20%.
- a method for polishing porous surface layers becomes one rotationally asymmetrical turbine blade in a holder that simultaneously acts as a cover element, fixed.
- the cover element is preferred executed in two parts, so that the turbine blade in a simple manner Bracket or the cover element can be assembled or disassembled.
- the guide device according to the invention and the one according to the invention Methods are used in particular for polishing a porous Thermal insulation layer (TBC layer) of a turbine blade, the turbine blade polished according to the method according to the invention with porous thermal barrier coating a surface roughness of less than 15 ⁇ m, especially less than 8 ⁇ m, especially less than 4 ⁇ m having.
- TBC layer porous Thermal insulation layer
- Fig. 1 shows a schematic sectional view Guide device according to the invention, which is collectively referred to below is designated by reference numeral 1.
- the guide device 1 comprises two guide elements 6, which are spaced apart by two spacer element 5 are. Furthermore, the guide device 1 has a holder 7 Positioning a workpiece 2 between the guide elements 6.
- the guide elements 6 are arranged and designed such that the workpiece 2 in relation to a polishing container 4 not shown in FIG. 1 can be guided in the polishing container 4 without contact.
- the holder 7 comprises a cover element 8 allows a portion of the surface 9 of the workpiece 2 to be covered should not be polished.
- the cover element 8 is preferably made of one suitable plastic, but can also, depending on the requirements be made of other materials. It is quite possible that several cover elements 8 are provided to cover different areas of the Cover workpiece 2 that should not be polished. Like through the line 81 indicated, the cover element 8 is made in two parts and that Workpiece 2 is fixed in the holder 7 by fastening means 82.
- the Fasteners 82 can, as shown in that shown here Embodiment to be realized by elastic plastic tapes 82. It can of course also other fasteners 82, such as metal strips 82, the clamped with the help of suitable devices for fixing the workpiece 2 can be, or for example screws 82 or any other suitable fasteners 82 are advantageously used. It can the cover element 8 and / or the holder 7 of course also be designed in three parts that can be dismantled or comprise more than three parts. In particular, the cover element 8 and / or the holder 7 can of course also be designed in one piece.
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment according to FIG. 1, at which the bracket 7 for positioning the workpiece 2, the here is exemplified as a turbine blade T between the Guide elements 6 is fixed to a spacer 5.
- the Cover element 8 is made in one piece in this embodiment and serves here to cover the contact edge of the turbine blade T, wherein in another embodiment, further cover elements 8 can be provided.
- the bracket 7 is made in several parts and that Workpiece 2, or the turbine blade T, is screwed 82 in the Bracket 7 fixed, of course, other fasteners 82 may be suitable.
- FIG. 3 shows a preferred exemplary embodiment of a guide device 1 shown that a rotationally asymmetrical workpiece 2 in one Polishing container 4 leads.
- the two guide elements 6 are each ring-shaped or in the form of a circular disc, the bracket 7 with the Workpiece 2 is arranged on the guide element 6, which is in the form of a Circular disc is designed.
- both can also Guide elements 6 can be designed as circular disks or annular and it is also possible for more than two guide elements 6 are provided.
- the guide elements 6 are by two spacer elements 5 spaced, possibly in a special embodiment the guide device 1 according to the invention also only one Spacer 5 is provided for spacing the guide elements 6 can be. In particular, for example with heavy workpieces, more than two spacer elements 5 may also be provided.
- the two guide elements 6 are parallel arranged to each other and configured that the guide device 1 um a longitudinal axis L, which is perpendicular to the guide elements 6, free is rotatable and the workpiece 2 in the polishing container 4 can be guided so that the Workpiece 2 with boundary walls 41 of the polishing container 4 not in Contact is coming.
- the guide device 1 is preferably such Polishing container 4 arranged that the longitudinal axis L essentially is perpendicular to the direction of gravity, i.e. the Longitudinal axis L of the guide device 1 is shown in the essentially in the horizontal direction.
- the guide device 1 in any other orientation Position polishing container 4.
- the polishing container 4 which contains the polishing elements 10 from Devices not shown vibrated so that the workpiece 2 by the disordered movement of the polishing elements 10, which is a whole behave like a viscous liquid, is polished.
- the guiding device 1 can be configured in the guiding device 1 Carry out rotary movements around the longitudinal axis L so that a uniform roughness of the polished surfaces, especially the porous ones Surface coating 3 of the workpiece 2 is accessible.
- the guide device 1 is preferably used in the polishing of a workpiece 2 in the form of a turbine blade T, which turbine blade T can in particular comprise a porous surface coating 3 in the form of a thermal insulation layer 3. 4, a turbine blade T is shown schematically.
- the turbine blade T comprises a base profile F with base plate P and a blade B, the blade B and base plate P being provided with a porous surface coating 3, in particular with a ceramic thermal insulation layer 3 based on ZrO 2, the base profile F not being polished should.
- the turbine blade T is used for polishing, as exemplified in FIG. 5 shown, in a holder 7, which also acts as a cover element 8, fixed.
- the cover member 8 is that shown in FIG. 5 Embodiment executed in two parts, only that half in Fig. 5 of the cover element 8 is shown, which on the guide element 6 by fastener shown 82 is attached.
- the polishing in FIG. 5 half of the cover element 8 shown by a second half such adds that the foot profile F is covered by the cover element 8 and thus the foot profile F is not polished in the polishing process in the polishing container 4 becomes.
- an apparatus and a method for Polishing a porous surface coating more rotationally asymmetrical Workpieces provided, the workpiece being polished in a polishing container without external fasteners.
- the guide device according to the invention prevents the workpieces to be polished with the boundary walls of the Polishing container, for example a trough vibrator, possibly with existing slide valves. and / or with neighboring workpieces in Make direct contact, causing damage to the workpiece or sensitive areas of the surface of the workpiece, in particular Edges that can be practically excluded. Damage to the previous one described type can additionally in the form of suitable masking minimized by cover elements.
- Another essential advantage of the inventive Guide device and the inventive method for polishing of porous surface layers is that in particular at Rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades are sufficient low surface roughness and / or to a large extent even polished surfaces can be produced. Because the Guide device with the workpiece in the polishing container between the Polishing elements can rotate evenly around an axis and thereby the differently oriented surfaces of the turbine blade when polishing with uniform polishing pressure is applied by the polishing elements, the previously highlighted high quality of the polished surfaces is achieved.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung zur Führung eines Werkstücks mit einer porösen Oberflächenbeschichtung in einem Polierbehälter, ein Verfahren zum Polieren einer porösen Oberflächenschicht, sowie die Verwendung des Verfahrens zum Polieren einer porösen Wärmedämmschicht einer Turbinenschaufel und eine nach dem Verfahren polierte Turbinenschaufel, gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.The invention relates to a guide device for guiding a workpiece with a porous surface coating in a polishing container Process for polishing a porous surface layer, as well as the Use of the method for polishing a porous thermal barrier coating one turbine blade and one polished by the process Turbine blade, according to the preamble of the independent claim respective category.
Zum Polieren von Oberflächenschichten von Werkstücken sind je nach Anforderung, Material und Struktur der Oberflächenschicht eine ganze Reihe verschiedener Verfahren bekannt. Der Zweck des Polierens besteht dabei neben einem reinen Materialabtrag an der Oberflächen häufig darin, die Rauheit der Oberfläche herabzusetzen. Das kann beispielsweise aus rein ästhetischen Gründen gewünscht sein, etwa um glänzende Oberflächen zu erzeugen oder kann aufgrund technischer Erfordernisse geboten sein, beispielsweise um Reibungskoeffizienten herabzusetzen, die Adhäsion oder Einlagerung von Fremdpartikeln zu minimieren, so dass eine geforderte Porosität der Oberfläche erhalten bleibt oder um eine Verschmutzung der Oberfläche zu verhindern. In der Technik wird in der Regel die Rauheit der Oberfläche eines Festkörpers durch unterschiedliche Rauheitsmessgrössen gekennzeichnet, die in der entsprechenden Fachliteratur nachzulesen sind. Einer dieser Rauheitsmessgrössen ist der sogenannte "Mittenrauhwert Ra", der als mittlere Abweichung der Absolutbeträge des Rauheitsprofils von einer mittleren Linie innerhalb einer vorgebbaren Messstrecke ein Mass für die Rauheit einer Oberfläche ist und je nach dem Grad der Rauheit beispielsweise in Mikrometer (µm) angegeben wird.A whole range of different methods are known for polishing surface layers of workpieces, depending on the requirements, material and structure of the surface layer. The purpose of polishing, in addition to simply removing material from the surface, is often to reduce the roughness of the surface. This may be desirable, for example, for purely aesthetic reasons, e.g. to produce glossy surfaces, or may be required due to technical requirements, e.g. to reduce friction coefficients, to minimize the adhesion or inclusion of foreign particles, so that the required porosity of the surface is maintained or To prevent contamination of the surface. In technology, the roughness of the surface of a solid is usually characterized by different roughness measurements, which can be found in the relevant specialist literature. One of these roughness measurements is the so-called "mean roughness value R a ", which is a measure of the roughness of a surface as a mean deviation of the absolute values of the roughness profile from a mean line within a predeterminable measuring section and, depending on the degree of roughness, is given, for example, in micrometers (µm) becomes.
Wie bereits erwähnt kommen zur Herabsetzung der Rauheit einer Oberfläche je nach Anwendung unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. So werden beispielsweise Turbinenschaufeln für Flugzeugturbinen oder für landgestützte Gasturbinen zur Erzeugung elektrischer Energie mit Schichten aus metallischen Legierungen, insbesondere mit MCrAIY - Schichten versehen, wobei M für ein Metall wie beispielsweise Nickel (Ni), Kobalt (Co) oder Eisen (Fe) steht und CrAlY (Chrom, Aluminium Yttrium), eine für diese und andere Zwecke wohlbekannte Superlegierung bezeichnet. Diese Schichten können beispielsweise in einer Vakuumkammer in einer Stärke zwischen 50 µm und 250 µm aufgebracht werden, wobei typischerweise eine Oberflächenrauheit Ra von ca. 6 µm- 12 µm erreicht wird. Darüber hinaus ist es häufig notwendig, die zuvor erwähnten MCrAIY-Schichten mit einer Wärmedämmschicht zu versehen, die der Fachmann auch häufig als TBC - Beschichtung ("Thermal Barrier Coating") bezeichnet. Solche TBC - Beschichtungen können beispielsweise auf Zirkonoxid (ZrO2) Basis hergestellt werden, wobei in einem typischen Beispiel die Wärmedämmschicht ca. 100 µm bis 500 µm, in speziellen Fällen über 1 mm stark sein kann und im wesentlichen 92% ZrO2 und 8 % Yttriumoxid Y2O3 zur Stabilisierung enthält. Die Korngrössen der die Schicht aufbauenden Körner können dabei beispielsweise zwischen 45 µm und 125 µm liegen, wobei eine Porosität der Wärmedämmschicht typischerweise zwischen 5 % und 20 % erreicht wird. Typische Werte für die Rauheit von TBC - Beschichtungen findet man im Bereich von 9 µm bis 16µm. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die zuvor genannten Parameter der Schichten, sowie deren chemische Zusammensetzung im konkreten Fall natürlich auch erheblich von den zuvor zitierten Beispielen abweichen können.As already mentioned, different methods are used to reduce the roughness of a surface, depending on the application. For example, turbine blades for aircraft turbines or for land-based gas turbines for generating electrical energy are provided with layers of metallic alloys, in particular with MCrAIY layers, where M stands for a metal such as nickel (Ni), cobalt (Co) or iron (Fe) and CrAlY (chrome, aluminum yttrium), a superalloy known for this and other purposes. These layers can, for example, be applied in a vacuum chamber with a thickness between 50 μm and 250 μm, a surface roughness R a of approximately 6 μm-12 μm typically being achieved. In addition, it is often necessary to provide the above-mentioned MCrAIY layers with a thermal barrier coating, which the person skilled in the art also frequently refers to as a thermal barrier coating (TBC). Such TBC coatings can be produced, for example, on a zirconium oxide (ZrO 2 ) basis, in a typical example the thermal insulation layer can be approximately 100 µm to 500 µm, in special cases over 1 mm thick and essentially 92% ZrO 2 and 8% Contains yttrium oxide Y 2 O 3 for stabilization. The grain sizes of the grains that make up the layer can be, for example, between 45 μm and 125 μm, a porosity of the thermal insulation layer typically being between 5% and 20%. Typical values for the roughness of TBC coatings can be found in the range from 9 µm to 16 µm. At this point it should be pointed out that the parameters of the layers mentioned above, as well as their chemical composition in the specific case can of course also differ significantly from the examples cited above.
Die Oberflächenrauheiten, die die Schichten nach dem Auftrag auf das Werkstück aufweisen, sind jedoch häufig nicht akzeptabel und müssen beispielsweise durch Polieren herabgesetzt werden.The surface roughness that the layers after application to the Have workpiece, but are often not acceptable and must can be reduced, for example, by polishing.
In dem für die Praxis wichtigen Beispiel von Turbinenschaufeln landgestützter Turbinen sind beispielsweise für die Oberflächenrauheit Ra Werte von max. 6 µm, bevorzugt jedoch Werte die kleiner als 4 µm sind, gefordert, insbesondere um eine erhöhte Verschmutzung zu verhindern und die Strömungsdynamik zu verbessern.In the example of turbine blades of land-based turbines, which is important in practice , values for the surface roughness R a of max. 6 µm, but preferably values smaller than 4 µm are required, in particular to prevent increased pollution and to improve the flow dynamics.
Bei MCrAIY - Schichten oder allgemein bei metallischen oder metallegierten Oberflächen kann die notwendige Oberflächenrauheit mit verschiedenen Verfahren erreicht werden. Gängig sind dabei, analog zum klassischen Sandstrahlen, abrasive Strahltechniken, beispielsweise mit feinem Korund, Kugelstrahlen oder Cut-Wire Peening mit harten Stahlkörpern, mit rostfreien Stahlkörpern oder mit keramischen Strahlkörpern. Zur Erreichung höchster Oberflächengüten, d.h. minimaler Rauheit und / oder gleichmässiger Rauheit von Werkstoffoberflächen stehen verschiedene Verfahren zum Vibropolieren, die oft als "Vibropolishing" bezeichnet werden, in Kombination mit abrasiv wirkenden Polierelementen zur Verfügung.With MCrAIY layers or more generally with metallic or metal alloys Surfaces can have the necessary surface roughness with different Procedure can be achieved. They are common, analogous to the classic Sandblasting, abrasive blasting techniques, e.g. with fine corundum, Shot peening or cut-wire peening with hard steel bodies, with stainless Steel bodies or with ceramic blasting bodies. To achieve the highest Surface qualities, i.e. minimal roughness and / or uniform roughness There are various methods of vibropolishing of material surfaces, often referred to as "vibropolishing" in combination with abrasive acting polishing elements are available.
Zum Polieren der meisten TBC - Schichten kommen jedoch nur die zuletzt genannten Verfahren des Vibropolishing in Frage, da diese beim Poliervorgang die Oberflächen ausreichend schonend behandeln, so dass in den porösen TBC - Schichten Schäden in Form von Mikrorissen, Abplatzen von Oberflächenbereichen oder ähnliche Schäden vermieden werden können.However, only the last ones come to polish most TBC layers Vibropolishing mentioned in question, since this when Treat the surfaces with sufficient care so that in the porous TBC layers damage in the form of micro cracks, flaking of surface areas or similar damage can be avoided.
Zur Durchführung des Vibropolishing kommen verbreitet zwei Ausführungsvarianten von Poliervorrichtungen zum Einsatz, nämlich sogenannte Rundvibratoren und Trogvibratoren. Ein Trogvibrator ist eine Vorrichtung, die im wesentlichen einen Polierbehälter, der entsprechende Polierelemente enthält, umfasst und der durch geeignete Einrichtungen in Vibration versetzt werden kann. Die zu behandelnden Werkstücke werden im einfachsten Fall in den Polierbehälter gelegt, so dass die Werkstücke von den Polierelementen, die sich unter Vibration insgesamt analog einer zähen Flüssigkeit verhalten, poliert werden. Dabei können Trennschieber vorgesehen sein, die verhindern, dass sich benachbarte Werkstücke im Polierbehälter gegenseitig berühren und verletzen oder es kann auch eine externe Befestigung der Werkstücke vorgesehen sein. Einen weiteren Schutz kann zum Beispiel eine Maskierungen gewisser Oberflächenbereiche des Werkstücks mit Abdeckungen, insbesondere aus Kunststoff bieten, so dass nur eine partielle Glättung des Werkstücks zugelassen wird und / oder beispielsweise gefährdete Kanten geschützt werden.Two are widely used for vibropolishing Variants of polishing devices for use, namely so-called circular vibrators and trough vibrators. A trough vibrator is one Device essentially comprising a polishing container, the corresponding Contains polishing elements, includes and by suitable facilities in Vibration can be offset. The workpieces to be treated are in the simplest case placed in the polishing container so that the workpieces from the Polishing elements that are tough as a whole under vibration Behave liquid, be polished. Here, slide gate valves be provided that prevent adjacent workpieces in the Touch the polishing container and injure one another, or there may be one external fastening of the workpieces may be provided. Another protection For example, a masking of certain surface areas of the Offer workpiece with covers, especially plastic, so that only partial smoothing of the workpiece is permitted and / or For example, vulnerable edges are protected.
Dabei haben diese aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen Nachteile, die insbesondere bei der Politur von rotationsasymmetrischen Werkstücken und / oder von Werkstücken mit porösen Oberflächen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln mit TBC - Beschichtungen, zu unbefriedigenden Ergebnissen führen.These have devices known from the prior art Disadvantages, especially when polishing rotationally asymmetrical Workpieces and / or workpieces with porous surfaces, such as for example turbine blades with TBC coatings lead to unsatisfactory results.
So können auf extern eingespannte Werkstücke, die in einem Trogvibrator behandelt werden, unvertretbar hohe mechanische Belastungen einwirken, die im schlimmsten Fall zu Schädigungen des Werkstücks und / oder der zu behandelnden Oberflächen, insbesondere von porösen / und oder spröden Oberflächen, führen können. Werden die zu polierenden Werkstücke gemäss dem Stand der Technik direkt in den Polierbehälter des Trogvibrators, also ohne äussere Befestigung, gelegt, besteht die Gefahr, dass das Werkstück mit den Wänden des Trogvibrators bzw. mit eventuell vorhandenen Trennschiebern und / oder mit benachbarten Werkstücken in direkten Kontakt treten kann, wodurch Beschädigungen am Werkstück bzw. an empfindlichen Bereichen der Oberfläche des Werkstücks, insbesondere an Kanten, nicht auszuschliessen sind. Insbesondere besteht dabei die Gefahr, dass sich beispielsweise zwischen Werkstückoberfläche und einer benachbarten Begrenzungswand ein Abstand von weniger als zwei Polierelementen einstellt, so dass zwischen Werkstückoberfläche und einer benachbarten Begrenzungswand ein Polierelement verklemmt wird, was zu enormen Punktbelastungen auf die Oberfläche des Werkstücks führen kann. This allows workpieces clamped externally to be held in a trough vibrator treated, acting on unacceptably high mechanical loads, in the worst case, damage to the workpiece and / or to treating surfaces, especially porous / and or brittle Surfaces. Are the workpieces to be polished in accordance with the state of the art directly in the polishing container of the trough vibrator, that is without external attachment, there is a risk that the workpiece with the walls of the trough vibrator or with any existing ones Slide valves and / or in direct contact with neighboring workpieces can occur, causing damage to the workpiece or sensitive Areas of the surface of the workpiece, especially at edges, not are to be excluded. In particular, there is a risk that for example between the workpiece surface and an adjacent one Boundary wall a distance of less than two polishing elements sets so that between the workpiece surface and an adjacent one Boundary wall of a polishing element is jammed, which is enormous Point loads can lead to the surface of the workpiece.
Beschädigungen der zuvor beschriebenen Art können zwar durch geeignete Maskierung gefährdeter Oberflächenbereiche reduziert werden. Allerdings ist das selbstverständlich nur für diejenigen Oberflächenbereiche möglich, die nicht poliert werden müssen. Zum anderen ist dieses Verfahren in der Praxis recht aufwendig, da häufig mehr als ein Oberflächenbereich des Werkstücks jeweils separat durch eine geeignete Maskierung geschützt werden muss, was mit einer aufwendigen Montage bzw. Demontage der entsprechen Teile verbunden ist und somit auch aus wirtschaftlicher Sicht wenig effizient ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, dass insbesondere bei rotationsasymmetrischen Werkstücken, wie Turbinenschaufeln für langdestützte Anwendungen, die bekannten Verfahren zu unzureichenden Oberflächenrauheiten und / oder insbesondere zu ungleichmässig polierten, d.h. zu ungleichmässig rauhen Bereichen auf der Oberfläche des Werkstücks führen. Aufgrund der asymmetrischen Massenverteilung, beispielsweise einer Turbinenschaufel, wird sich die Turbinenschaufel im Polierbehälter zwischen den Polierelementen nur ungleichmässig drehen und die unterschiedlich orientierten Flächen der Turbinenschaufel werden beim Polieren mit unterschiedlichem Polierdruck von den Polierelementen beaufschlagt, was letztlich dazu führt, dass verschiedene Bereiche der Oberfläche verschiedene Oberflächenrauheiten aufweisen, und an bestimmten Flächen der Turbinenschaufel eine genügend hohe Rauheit überhaupt nicht erreichbar ist. Das zuvor gesagte trifft im übrigen auch auf Polierverfahren zu, bei welchen das Werkstück extern befestigt ist. Die zuvor geschilderten Nachteile treten selbstverständlich nicht nur beim Polieren von Turbinenschaufeln auf, an denen hier die Problematik beispielhaft erläutert wird, sondern treten allgemein, insbesondere bei rotationsasymmetreichsen Werkstücken beim Vibropolishing auf.Damage of the type described above can be caused by suitable Masking of vulnerable surface areas can be reduced. However of course this is only possible for those surface areas that do not need to be polished. On the other hand, this procedure is in practice quite complex, since often more than one surface area of the workpiece must be protected separately with a suitable mask, what with a complex assembly or disassembly of the corresponding parts connected and is therefore not very efficient from an economic point of view. On Another major disadvantage is that in particular rotationally asymmetrical workpieces, such as turbine blades for long-supported applications, the known methods to inadequate Surface roughness and / or in particular to unevenly polished, i.e. to unevenly rough areas on the surface of the workpiece to lead. Because of the asymmetrical mass distribution, for example one Turbine blade, the turbine blade will be in the polishing container between only rotate the polishing elements unevenly and the different oriented surfaces of the turbine blade are used for polishing different polishing pressure applied by the polishing elements, what ultimately causes different areas of the surface to be different Have surface roughness, and on certain surfaces of the Turbine blade a sufficiently high roughness is not attainable at all. The above also applies to the polishing process, in which the workpiece is attached externally. The disadvantages described above occur of course not only when polishing turbine blades on to whom the problem is exemplarily explained, but kick in general, especially with rotationally asymmetrical workpieces Vibropolishing on.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine andere Vorrichtung und ein anderes Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere einer porösen Oberfläche eines rotationsasymmetrischen Werkstücks vorzuschlagen. The object of the invention is therefore a different device and a another method for polishing a surface of a workpiece, in particular a porous surface of a rotationally asymmetrical To propose the workpiece.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.The objects of the invention solving these objects are through the Features of the independent claim of each category characterized.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The respective dependent claims relate to particular advantageous embodiments of the invention.
Die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung zur Führung eines Werkstücks mit einer porösen Oberflächenbeschichtung in einem Polierbehälter, insbesondere eines rotationsasymmetrischen Werkstücks, weist zwei, durch mindestens ein Abstandselement beabstandete Führungselemente, sowie eine Halterung zur Positionierung des Werkstücks zwischen den zwei Führungselementen auf, so dass das Werkstück in Bezug auf den Polierbehälter berührungslos im Polierbehälter führbar ist.The guide device according to the invention for guiding a workpiece with a porous surface coating in a polishing container, in particular of a rotationally asymmetrical workpiece, has two at least one spacer spaced guide elements, and a bracket for positioning the workpiece between the two Guide elements on so that the workpiece in relation to the Polishing container can be guided in the polishing container without contact.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt es somit ein Werkstück, insbesondere ein Werkstück mit einer porösen Oberflächenbeschichtung, beispielsweise in einem Trogvibrator während eines Poliervorgangs zu führen, wobei auf externe Befestigungsmittel zur Führung des Werkstücks verzichtet werden kann. Es können so unter anderem mechanische Belastungen vermieden werden, die im schlimmsten Fall zu Schädigungen des Werkstücks und / oder der zu behandelnden porösen Oberflächen führen können. Durch die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung wird vermieden, dass das zu polierende Werkstück mit eventuell vorhandenen Trennschiebern und / oder mit benachbarten Werkstücken in direkten Kontakt treten kann, wodurch Beschädigungen am Werkstück bzw. an empfindlichen Bereichen der Oberfläche des Werkstücks, insbesondere an Kanten, weitgehend ausgeschlossen werden. Darüber können insbesondere rotationsasymmetrische Werkstücke wie Turbinenschaufeln durch Verwendung der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung gleichmässig poliert werden. Das wird dadurch erreicht, dass auch bei asymmetrischer Massenverteilung des Werkstücks, wie beispielsweise bei einer Turbinenschaufel, durch die Ausgestaltung der Führungsvorrichtung eine gleichmässige Drehbewegung des Werkstücks beim Polieren erreichbar ist, so dass das Werkstück mit einem im wesentlichen gleichmässigen Polierdruck von den Polierelementen beaufschlagt wird, was letztlich dazu führt, dass verschiedene Bereiche der Oberfläche annähernd gleiche Oberflächenrauheiten aufweisen und an allen zu polierenden Flächen der Turbinenschaufel eine genügend kleine Rauheit erreichbar ist.The device according to the invention thus allows a workpiece in particular a workpiece with a porous surface coating, for example in a trough vibrator during a polishing process, without external fasteners for guiding the workpiece can be. Among other things, it can cause mechanical loads in the worst case, damage to the workpiece can be avoided and / or the porous surfaces to be treated. By the guide device according to the invention is avoided that the polishing workpiece with any separating slides and / or can come into direct contact with neighboring workpieces Damage to the workpiece or sensitive areas of the Surface of the workpiece, especially on edges, largely be excluded. In addition, in particular rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades Uniform use of the guide device according to the invention be polished. This is achieved in that even with asymmetrical Mass distribution of the workpiece, such as one Turbine blade, a through the design of the guide device uniform rotation of the workpiece can be achieved during polishing, so the workpiece with a substantially uniform Polishing pressure is applied by the polishing elements, which ultimately leads to this causes different areas of the surface to be approximately the same Have surface roughness and on all surfaces to be polished Turbine blade a sufficiently small roughness can be achieved.
Die Führungsvorrichtung umfasst dazu mindestens zwei Führungselemente, die durch mindestens ein Abstandselement beabstandet sind. Desweiteren weist die Führungsvorrichtung eine Halterung zur Positionierung des Werkstücks zwischen den Führungselementen auf. Dabei sind die Führungselemente derart angeordnet und ausgestaltet, dass das Werkstück in Bezug auf die Begrenzungswände eines Polierbehälters, in welchem das Werkstück, bevorzugt durch Vibropolishing, poliert wird, berührungslos im Polierbehälter führbar ist.For this purpose, the guide device comprises at least two guide elements, which are spaced apart by at least one spacer element. Furthermore the guide device has a holder for positioning the Workpiece between the guide elements. Here are the Guide elements arranged and designed such that the workpiece with respect to the boundary walls of a polishing container in which the Workpiece, preferably by vibropolishing, is polished without contact in the Polishing container is feasible.
Dabei kann die Halterung, die zur Positionierung des Werkstücks in der Führungsvorrichtung geeignet ist, in einer bevorzugten Ausführungsvariante ein Abdeckelement umfassen, das es gestattet, einen Bereich der Oberfläche des Werkstücks abzudecken, der nicht poliert werden soll. Das Abdeckelement ist dabei bevorzugt aus einem geeigneten Kunststoff aufgebaut, kann je nach Erfordernissen jedoch auch aus anderen Materialien, beispielsweise aus einem Metall oder aus einer Keramik, aufgebaut sein. Dabei ist es durchaus möglich, dass zur Abdeckung verschiedener Bereiche des Werkstücks mehrere Abdeckelemente vorgesehen sind, die nicht Teil der Halterung sein müssen. Zweckmässigerweise kann die Halterung / oder das Abdeckelement zwei- oder mehrteilig ausgeführt sein, so dass das Werkstück auf einfache Weise in der Halterung und / oder im Abdeckelemnet montiert werden kann. Die Halterung / und oder die Abdeckelemente werden bevorzugt durch Befestigungsmittel an einem oder mehren Führungselementen und / oder einem oder mehreren Abstandselementen befestigt. Die Befestigungselemente können beispielsweise durch elastische Kunststoffbänder, durch Metallbänder, die mit Hilfe geeigneter Einrichtungen zur Fixierung des Werkstücks gespannt werden können, oder auch beispielsweise durch Schrauben oder jedes andere geeignete Befestigungsmittel realisiert sein. Dabei kann das Abdeckelement und / oder die Halterung selbstverständlich auch einteilig ausgestaltet sein.The bracket used to position the workpiece in the Guide device is suitable, in a preferred embodiment include a cover member that allows an area of the surface of the workpiece that is not to be polished. The The cover element is preferably made of a suitable plastic constructed, but can also be made of other materials, depending on the requirements for example made of a metal or a ceramic. It is entirely possible to cover different areas of the workpiece several cover elements are provided, which are not part of the Bracket must be. Expediently, the holder / or the Cover element can be made in two or more parts, so that the workpiece easily mounted in the holder and / or in the cover element can be. The bracket / and or the cover elements preferably by fasteners on one or more Guide elements and / or one or more spacer elements attached. The fasteners can, for example, by elastic Plastic straps, through metal straps, with the help of suitable facilities can be clamped to fix the workpiece, or also for example by screws or any other suitable Fasteners can be realized. The cover element and / or the bracket can of course also be designed in one piece.
Insbesondere ist es bei einer besonderen Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung auch möglich, dass mehrere Halterungen zur Positionierung des Werkstücks vorgesehen sind. So kann das Werkstück beispielsweise gleichzeitig durch mehrere Halterungen, von welchen jeweils eine oder mehrere an je einem Führungselement und / oder an einem Abstandselement fixiert sind, zwischen den Abstandselementen geeignet positioniert werden.In particular, it is the in a special embodiment Guide device according to the invention also possible that several Brackets for positioning the workpiece are provided. So can the workpiece, for example, simultaneously by several brackets, from which one or more each on a guide element and / or are fixed to a spacer between the spacers be positioned appropriately.
Bevorzugt sind die Führungselemente ringförmig bzw. in Form einer Kreisscheibe ausgestaltet, wobei die Führungselemente durch die Abstandselemente derart parallel zueinander angeordnet und ausgestaltet sind, dass die Führungsvorrichtung um eine Längsachse frei rotierbar ist und das Werkstück im Polierbehälter so geführt werden kann, dass das Werkstück mit den Begrenzungswänden des Polierbehälters nicht in Kontakt kommt. Die Führungsvorrichtung wird bevorzugt derart im Polierbehälter angeordnet, dass die Längsachse der Führungsvorrichtung, um die die Führungsvorrichtung frei drehbar ist, im wesentlichen senkrecht auf der Richtung der wirkenden Schwerkraft steht, d.h. die Längsachse der Führungsvorrichtung wird bevorzugt in horizontaler Richtung im Polierbehälter angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Führungsvorrichtung in jeder beliebigen anderen Orientierung im Polierbehälter zu positionieren. The guide elements are preferably ring-shaped or in the form of a Circular disc designed, the guide elements through the Spacer elements arranged and configured in parallel to one another in this way are that the guide device is freely rotatable about a longitudinal axis and the workpiece in the polishing container can be guided so that the workpiece does not come into contact with the boundary walls of the polishing container. The Guide device is preferably arranged in the polishing container in such a way that the longitudinal axis of the guide device around which the guide device is free is rotatable, substantially perpendicular to the direction of the acting Gravity stands, i.e. becomes the longitudinal axis of the guide device preferably arranged in the horizontal direction in the polishing container. Of course, it is also possible to have the guide device in each position any other orientation in the polishing container.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zum Polieren von porösen Oberflächtenbeschichtungen eines Werkstücks, insbesondere eines rotationsasymmetrischen Werkstücks, wird das Werkstück mittels einer Führungsvorrichtung in einem Polierbehälter geführt, wobei die Führungsvorrichtung zwei, durch mindestens ein Abstandselement beabstandete Führungselemente, sowie eine Halterung zur Positionierung des Werkstücks zwischen den zwei Führungselementen aufweist. Das Werkstück wir dabei in Bezug auf den Polierbehälter berührungslos im Polierbehälter geführt.In the inventive method for polishing porous Surface coatings of a workpiece, especially one rotationally asymmetrical workpiece, the workpiece is by means of a Guide device guided in a polishing container, the Guide device two, by at least one spacer spaced guide elements, as well as a bracket for positioning of the workpiece between the two guide elements. The The workpiece is touch-free in relation to the polishing container Polishing container guided.
Das Polieren eines Werkstücks wird dabei bevorzugt in einem Vibrationspolierverfahren, zum Beispiel durch Vibropolishing, mit Hilfe von Polierelementen durchgeführt.The polishing of a workpiece is preferred in one Vibration polishing processes, for example by vibropolishing, with the help of Polishing elements performed.
Der Polierbehälter, der in an sich bekannter Weise an sich bekannte Polierelemente enthält wird durch ebenfalls bekannte Einrichtungen in Vibration versetzt, so dass das in einer Führungsvorrichtung fixierte Werkstück, welche Führungsvorrichtung geeignet im Polierbehälter positioniert ist, durch die ungeordnete Bewegung der Polierelemente, die sich gesamthaft analog einer zähen Flüssigkeit verhalten, poliert wird. Als Polierelemente können pyramiden- oder tetraederförmige Polierelemente, beispielsweise aus Stahl, Korund oder anderen geeigneten Materialien, mit typischen Abmessungen im Bereich von einigen Millimetern zum Einsatz kommen. Selbstverständlich können auch Polierelement anderer Grösse oder aus anderen Materialien vorteilhaft eingesetzt werden.The polishing container, which is known per se in a manner known per se Includes polishing elements by also known devices in Vibration offset, so that that is fixed in a guide device Workpiece, which guide device is suitable in the polishing container is positioned by the disordered movement of the polishing elements behave as a whole viscous liquid, is polished. As Polishing elements can be pyramidal or tetrahedral polishing elements, for example made of steel, corundum or other suitable materials typical dimensions in the range of a few millimeters come. Of course, other sizes or polishing elements can also be used from other materials can be used advantageously.
Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung führt die Führungsvorrichtung beim Poliervorgang in einem Polierbehälter, auch mit rotationsasymmetrischen Werkstücken wie Turbinenschaufeln, bevorzugt Drehbewegungen um eine Längsachse aus, so dass eine gleichmässige Rauheit der polierten Oberflächen, insbesondere der polierten porösen Wärmedammschichten (TBC-Schichten), erreicht wird. Through the design of the guide device according to the invention the guide device during the polishing process in a polishing container, also with rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades, preferred Rotational movements around a longitudinal axis, so that an even Roughness of the polished surfaces, especially the polished porous ones Thermal insulation layers (TBC layers) is achieved.
Bevorzugt wird die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung zum Polieren von Turbinenschaufeln mit Yttriumstabilisierten Wärmedämmschichten auf ZrO2-Basis verwendet. Solche keramischen Wärmedämmschichten umfassen typischerweise 92 % Zr02, 8 % Y2O3, wobei in der Wärmedämmschicht bei einer Porosität von 5 % bis 20 % die Korngrössen typischer zwischen 45 µm und 125 µm liegen .The guide device according to the invention is preferably used for polishing turbine blades with yttrium-stabilized thermal insulation layers based on ZrO 2 . Such ceramic thermal insulation layers typically comprise 92% ZrO2, 8% Y 2 O 3 , the grain sizes in the thermal insulation layer being typically between 45 μm and 125 μm with a porosity of 5% to 20%.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens zum Polieren von porösen Oberflächenschichten wird eine rotationasymmetrische Turbinenschaufel in einer Halterung , die gleichzeitig als Abdeckelement fungiert, fixiert. Das Abdeckelement ist dabei bevorzugt zweiteilig ausgeführt, so dass die Turbinenschaufel auf einfache Weise in der Halterung bzw. dem Abdeckelement montiert bzw. demontiert werden kann.In a preferred embodiment of the invention A method for polishing porous surface layers becomes one rotationally asymmetrical turbine blade in a holder that simultaneously acts as a cover element, fixed. The cover element is preferred executed in two parts, so that the turbine blade in a simple manner Bracket or the cover element can be assembled or disassembled.
Die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung, sowie das erfindungsgemässe Verfahren werden insbesondere zum Polieren einer porösen Wärmedämmschicht (TBC - Schicht) einer Turbinenschaufel eingesetzt, wobei die nach dem erfindungsgemässen Verfahren polierte Turbinenschaufel mit poröser Wärmedämmschicht eine Oberflächenrauheit von weniger als 15 µm, insbesondere von weniger als 8 µm, speziell weniger als 4 µm aufweist.The guide device according to the invention and the one according to the invention Methods are used in particular for polishing a porous Thermal insulation layer (TBC layer) of a turbine blade, the turbine blade polished according to the method according to the invention with porous thermal barrier coating a surface roughness of less than 15 µm, especially less than 8 µm, especially less than 4 µm having.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine Führungsvorrichtung mit Halterung und Abdeckelement im Schnitt;
- Fig. 2
- ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1;
- Fig. 3
- ein Ausführungsbeispiel einer Führungsvorrichtung gemäss Fig. 1 mit Polierbehälter;
- Fig. 4
- Turbinenschaufel mit poröser Wärmedämmschicht;
- Fig. 5
- zerlegbares Abdeckelement mit Turbinenschaufel.
- Fig. 1
- schematically a guide device with holder and cover element in section;
- Fig. 2
- a further embodiment according to FIG. 1;
- Fig. 3
- an embodiment of a guide device according to Figure 1 with polishing container.
- Fig. 4
- Turbine blade with porous thermal barrier coating;
- Fig. 5
- demountable cover element with turbine blade.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine
erfindungsgemässe Führungsvorrichtung, die im folgenden gesamthaft mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird. Die Führungsvorrichtung 1 umfasst
zwei Führungselemente 6, die durch zwei Abstandselement 5 beabstandet
sind. Desweiteren weist die Führungsvorrichtung 1 eine Halterung 7 zur
Positionierung eines Werkstücks 2 zwischen den Führungselementen 6 auf.
Dabei sind die Führungselemente 6 derart angeordnet und ausgestaltet, dass
das Werkstück 2 in Bezug auf einen in Fig. 1 nicht gezeigten Polierbehälter 4
berührungslos im Polierbehälter 4 führbar ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel umfasst die Halterung 7 ein Abdeckelement 8, das es
gestattet einen Bereich der Oberfläche 9 des Werkstücks 2 abzudecken, der
nicht poliert werden soll. Das Abdeckelement 8 ist dabei bevorzugt aus einem
geeigneten Kunststoff aufgebaut, kann je nach Erfordernissen jedoch auch
aus anderen Materialien aufgebaut sein. Dabei ist es durchaus möglich, dass
mehrere Abdeckelemente 8 vorgesehen sind, um verschiedene Bereiche des
Werkstücks 2 abzudecken, die nicht poliert werden sollen. Wie durch die Linie
81 angedeutet, ist das Abdeckelement 8 zweiteilig ausgeführt und das
Werkstück 2 wird durch Befestigungsmittel 82 in der Halterung 7 fixiert. Die
Befestigungsmittel 82 können, wie in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel, durch elastische Kunststoffbänder 82 realisiert sein. Es
können natürlich auch andere Befestigungsmittel 82, wie Metallbänder 82, die
mit Hilfe geeigneter Einrichtungen zur Fixierung des Werkstücks 2 gespannt
werden können, oder auch beispielsweise Schrauben 82 oder jedes andere
geeignete Befestigungsmittel 82 vorteilhaft Verwendung finden. Dabei kann
das Abdeckelement 8 und / oder die Halterung 7 selbstverständlich auch
dreiteilig zerlegbar ausgestaltet sein oder mehr als drei Teile umfassen.
Insbesondere kann das Abdeckelement 8 und / oder die Halterung 7
selbstverständlich auch einteilig ausgestaltet sein.Fig. 1 shows a schematic sectional view
Guide device according to the invention, which is collectively referred to below
is designated by reference numeral 1. The guide device 1 comprises
two
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dargestellt, bei
welchem die Halterung 7 zur Positionierung des Werkstücks 2, das hier
beispielhaft als Turbinenschaufel T dargestellt ist, zwischen den
Führungselementen 6 an einem Abstandselement 5 fixiert ist. Das
Abdeckelement 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel einteilig ausgeführt und
dient hier zur Abdeckung der Anstreifkante der Turbinenschaufel T, wobei in
einer anderen Ausführungsform durchaus weitere Abdeckelemente 8
vorgesehen sein können. Die Halterung 7 ist mehrteilig ausgeführt und das
Werkstück 2, bzw. die Turbinenschaufel T wird durch Schrauben 82 in der
Halterung 7 fixiert, wobei selbstverständlich auch andere Befestigungsmittel
82 geeignet sein können.2 shows a further exemplary embodiment according to FIG. 1, at
which the
Insbesondere ist es möglich, dass mehrere Halterungen 7 zur Positionierung
des Werkstücks 2 vorgesehen sind. So kann das Werkstück 2 beispielsweise
gleichzeitig durch mehrere Halterungen 7, von welchen jeweils eine oder
mehrere an je einem Führungselement 6 und / oder an einem
Abstandselement 5 fixiert sind, zwischen den Abstandselementen 5
positioniert werden.In particular, it is possible for
In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Führungsvorrichtung 1
dargestellt, die ein rotationsasymmetrisches Werkstück 2 in einem
Polierbehälter 4 führt. Die beiden Führungselemente 6 sind jeweils ringförmig
bzw. in Form einer Kreisscheibe ausgestaltet, wobei die Halterung 7 mit dem
Werkstück 2 auf dem Führungselement 6 angeordnet ist, das in Form einer
Kreisscheibe ausgestaltet ist. Selbstverständlich können auch beide
Führungselemente 6 als Kreisscheiben oder ringförmig ausgestaltet sein und
es ist darüber hinaus auch möglich, dass mehr als zwei Führungselemente 6
vorgesehen sind. Die Führungselemente 6 sind durch zwei Abstandselemente
5 beabstandet, wobei unter Umständen in einer speziellen Ausführungsform
der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung 1 auch nur ein
Abstandselement 5 zur Beabstandung der Führungselemente 6 vorgesehen
sein kann. Insbesondere können, beispielsweise bei schweren Werkstücken,
auch mehr als zwei Abstandselemente 5 vorgesehen sein. Bei dem in Fig. 3
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Führungsvorrichtung 1 sind die beiden Führungselemente 6 derart parallel
zueinander angeordnet und ausgestaltet, dass die Führungsvorrichtung 1 um
eine Längsachse L, die senkrecht auf den Führungselementen 6 steht, frei
rotierbar ist und das Werkstück 2 im Polierbehälter 4 so führbar ist, dass das
Werkstück 2 mit Begrenzungswänden 41 des Polierbehälters 4 nicht in
Kontakt kommt. Die Führungsvorrichtung 1 ist dabei bevorzugt derart im
Polierbehälter 4 angeordnet, dass die Längsachse L im wesentlichen
senkrecht auf der Richtung der wirkenden Schwerkraft steht, d.h. die
Längsachse L der Führungsvorrichtung 1 liegt darstellungsgemäss im
wesentlichen in horizontaler Richtung. Selbstverständlich ist es auch möglich,
die Führungsvorrichtung 1 in jeder beliebigen anderen Orientierung im
Polierbehälter 4 zu positionieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
gemäss Fig. 3 wird der Polierbehälter 4, der Polierelemente 10 enthält von
nicht gezeigten Einrichtungen in Vibration versetzt, so dass das Werkstück 2
durch die ungeordnete Bewegung der Polierelemente 10, die sich gesamthaft
analog einer zähen Flüssigkeit verhalten, poliert wird. Durch die
Ausgestaltung der Führungsvorrichtung 1 kann die Führungsvorrichtung 1
Drehbewegungen um die Längsachse L ausführen, so dass eine
gleichmässige Rauheit der polierten Oberflächen, insbesondere der porösen
Oberflächenbeschichtung 3 des Werkstücks 2 erreichbar ist. 3 shows a preferred exemplary embodiment of a guide device 1
shown that a rotationally
Bevorzugt wird die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung 1 beim Polieren
eines Werkstücks 2 in Form einer Turbinenschaufel T verwendet, welche
Turbinenschaufel T insbesondere eine poröse Oberflächenbeschichtung 3 in
Form einer Wärmedämmschicht 3 umfassen kann. In Fig. 4 ist eine
Turbinenschaufel T schematisch dargestellt. Die Turbinenschaufel T umfasst
ein Fussprofil F mit Fussplatte P und ein Blatt B, wobei das Blatt B und die
Fussplatte P mit einer porösen Oberflächenbeschichtung 3, insbesondere mit
einer keramischen Wärmedämmschicht 3 auf ZrO2 Basis, versehen ist, wobei
das Fussprofil F nicht poliert werden soll.The guide device 1 according to the invention is preferably used in the polishing of a
Zum Polieren wird die Turbinenschaufel T, wie in Fig. 5 beispielhaft
dargestellt, in einer Halterung 7, die gleichzeitig als Abdeckelement 8 fungiert,
fixiert. Das Abdeckelement 8 ist bei dem in Fig. 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt, wobei in Fig. 5 nur diejenige Hälfte
des Abdeckelementes 8 dargestellt ist, die am Führungselement 6 durch nicht
dargestellte Befestigungsmittel 82 befestigt ist. Zum Polieren wird die in Fig. 5
dargestellte Hälfte des Abdeckelements 8 durch eine zweite Hälfte derart
ergänzt, dass das Fussprofil F durch das Abdeckelement 8 abgedeckt wird
und damit das Fussprofil F beim Poliervorgang im Polierbehälter 4 nicht poliert
wird.The turbine blade T is used for polishing, as exemplified in FIG. 5
shown, in a
Es wird somit erfindungsgemäss eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Polieren einer porösen Oberflächenbeschichtung rotationsasymmetrischer Werkstücke, zur Verfügung gestellt, wobei das Werkstück beim Polieren in einem Polierbehälter ohne externe Befestigungsmittel geführt werden kann. Dadurch werden wirksam unvertretbar hohe mechanische Belastungen auf das Werkstück vermieden, die im schlimmsten Fall zu Schädigungen des Werkstücks und / oder der zu behandelnden Oberflächen führen können. Darüberhinaus verhindert die erfindungsgemässe Führungsvorrichtung, dass die zu polierenden Werkstücke mit den Begrenzungswänden des Polierbehälters, beispielsweise eines Trogvibrators, mit eventuell vorhandenen Trennschiebern. und / oder mit benachbarten Werkstücken in direkten Kontakt treten, wodurch Beschädigungen am Werkstück bzw. an empfindlichen Bereichen der Oberfläche des Werkstücks, insbesondere an Kanten, praktisch auszuschliessen sind. Beschädigungen der zuvor beschriebenen Art können zusätzlich durch geeignete Maskierung in Form von Abdeckelementen minimiert werden.According to the invention, an apparatus and a method for Polishing a porous surface coating more rotationally asymmetrical Workpieces provided, the workpiece being polished in a polishing container without external fasteners. This effectively leads to unacceptably high mechanical loads the workpiece avoided, which in the worst case can damage the Can lead workpiece and / or the surfaces to be treated. In addition, the guide device according to the invention prevents the workpieces to be polished with the boundary walls of the Polishing container, for example a trough vibrator, possibly with existing slide valves. and / or with neighboring workpieces in Make direct contact, causing damage to the workpiece or sensitive areas of the surface of the workpiece, in particular Edges that can be practically excluded. Damage to the previous one described type can additionally in the form of suitable masking minimized by cover elements.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Führungsvorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens zum Polieren von porösen Oberflächenschichten besteht darin, dass insbesondere bei rotationsasymmetrischen Werkstücken wie Turbinenschaufeln hinreichend geringe Oberflächenrauheiten und / oder in hohem Masse gleichmässig polierte Oberflächen herstellbar sind. Dadurch, dass sich die Führungsvorrichtung mit dem Werkstück im Polierbehälter zwischen den Polierelementen gleichmässig um eine Achse drehen kann und dadurch die unterschiedlich orientierten Flächen der Turbinenschaufel beim Polieren mit gleichmässigem Polierdruck von den Polierelementen beaufschlagt werden, wird die zuvor hervorgehobene hohe Güte der polierten Oberflächen erreicht.Another essential advantage of the inventive Guide device and the inventive method for polishing of porous surface layers is that in particular at Rotationally asymmetrical workpieces such as turbine blades are sufficient low surface roughness and / or to a large extent even polished surfaces can be produced. Because the Guide device with the workpiece in the polishing container between the Polishing elements can rotate evenly around an axis and thereby the differently oriented surfaces of the turbine blade when polishing with uniform polishing pressure is applied by the polishing elements, the previously highlighted high quality of the polished surfaces is achieved.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP03405550A EP1393857B1 (en) | 2002-08-27 | 2003-07-18 | Holder for a workpiece with a porous coating on its surface, and a method to polish this workpiece |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02405726 | 2002-08-27 | ||
EP02405726 | 2002-08-27 | ||
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