EP2061286A2 - Induction coil, method and device for inductive warming of metallic construction elements - Google Patents

Induction coil, method and device for inductive warming of metallic construction elements Download PDF

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EP2061286A2
EP2061286A2 EP08169046A EP08169046A EP2061286A2 EP 2061286 A2 EP2061286 A2 EP 2061286A2 EP 08169046 A EP08169046 A EP 08169046A EP 08169046 A EP08169046 A EP 08169046A EP 2061286 A2 EP2061286 A2 EP 2061286A2
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EP
European Patent Office
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components
induction coil
component
heated
inductive
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08169046A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP2061286A3 (en
Inventor
Joachim Bamberg
Alexander Gindorf
Herbert Hanrieder
Günter Zenzinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP2061286A2 publication Critical patent/EP2061286A2/en
Publication of EP2061286A3 publication Critical patent/EP2061286A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/40—Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an induction coil for use in a method for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more surrounding the respective component cross-sectional side surfaces.
  • the invention further relates to a method and a device for inductive heating of metallic components, in particular components of a gas turbine and a component produced by the method.
  • a press welding method for connecting blade parts of a gas turbine, wherein an airfoil section and at least one further blade part are provided.
  • corresponding connecting surfaces of these elements are positioned substantially flush with each other and then welded together by energizing an inductor with high-frequency current and by moving together touching their connecting surfaces.
  • the sufficiently large and homogeneous heating of the two welding partners for the quality of the joint is of crucial importance.
  • inductive high frequency pressure welding processes are from EP 1 112 141 B1 and the EP 1 140 417 B1 known.
  • these methods are used for repairing and producing an integrally bladed rotor for a turbomachine or generally for connecting blade parts of a gas turbine.
  • an inductor is used, which is arranged in the region of a blade leading edge and blade trailing edge at a greater distance to the joining surface than in the middle region of the blade.
  • An induction coil according to the invention for use in a method for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine is meander-shaped and formed around the component or components that they over at least a portion of one or more of the respective component cross-section surrounding side surfaces of or to be heated components in the area to be heated or a plurality of surfaces to be heated extends.
  • the inventive three-dimensional extent of the induction coil allows - in contrast to the known from the prior art areal coils - the current flow is directed so that it acts over almost the entire area of the surfaces to be machined, such as connecting surfaces of the components and thus regardless of the cross section of the components uniform heating of the entire processing or joining zone is achieved.
  • the induction coil according to the invention allows a heat input in areas of varying width, also the machined component can be easily moved out, since the induction coil usually does not completely surround the component.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s) to be processed. This in turn ensures uniform heating of the metallic components in a working region of the induction coil.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or the surfaces perpendicular to the course of mutually parallel regions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.
  • this has at least one cooling device.
  • the cooling device ensures that there is no melting or melting of the induction coil itself.
  • the method for inductive heating is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine.
  • the frequencies used are selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz.
  • the induction coil according to the invention ensures that the current flow acts on the connecting surfaces of the components to be connected and generates a uniform heating of the entire joining zone, regardless of the cross section of the components.
  • a method for the inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more side surfaces surrounding the respective component cross-section comprises the following steps: a) providing one or more components to be heated; b) bringing at least one induction coil to the component or components or bringing the component or components to the at least one induction coil, wherein the induction coil is meander-shaped and shaped around the component (s) such that the induction coil extends over at least a portion of the side surface or the side surfaces of the component or components to be heated in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated, and inserting the component or components to be heated into the induction coil; and c) inductive heating of the device or devices in a working region of the induction coil.
  • the method according to the invention ensures that the three-dimensional extent of the induction coil used results in uniform heating of the metallic components independently of their cross section. Especially in the case of large and / or almost square joining surfaces, the current flow and thus the heating of the joining surfaces is uniform, since the current flow is directed so that it covers almost the entire Area of the surfaces to be machined, such as connecting surfaces of the components can act.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s). This in turn ensures uniform heating of the metallic components in a working region of the induction coil.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or surfaces perpendicular to the course of mutually parallel regions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.
  • the inductive heating according to method step c) is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine.
  • the frequencies used in this case can be selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz.
  • the inductive heating according to method step c) is an inductive soldering for connecting metallic components or is designed to eliminate internal stresses of metallic components.
  • the inventive method allows a variety of different applications in the field of inductive heating of metallic components.
  • a first component may be a blade or part of a blade of a rotor in a gas turbine and a second component may be a ring or a disk of the rotor or a blade root arranged on the circumference of the ring or the disk.
  • the components may also be parts of a blade of a rotor in a gas turbine.
  • An inventive device for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more surrounding the respective component cross-section side surfaces, has at least one generator and at least one induction coil, wherein the induction coil is meander-shaped and so to the or the components are shaped so that the induction coil extends over at least a portion of the side surface or the side surfaces of the component or components to be heated in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated.
  • processing or heating of the components takes place by means of a meandering and a three-dimensional extension having induction coil.
  • the flow of current can be directed so that it acts over the entire surface of the surfaces or connecting surfaces to be machined and thus uniform heating of the entire processing surface or joining zone is achieved independently of the cross section of the components.
  • the current flow between two surfaces to be joined is reinforced.
  • the device according to the invention allows a heat input in areas of varying width, also the machined component can be easily moved out of the device, since the induction coil used does not usually completely surround the component.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s). This adaptation ensures uniform heating of all surfaces to be machined in the working area of the induction coil.
  • the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or the surfaces perpendicular to the course of mutually parallel portions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.
  • the device has at least one cooling device for the induction coil.
  • the cooling device ensures that there is no damage to the induction coil, for example, by an excessive temperature entry into the induction coil.
  • the inductive heating is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular of components of a gas turbine.
  • the frequencies used can be selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. Due to the uniform heat input regardless of the cross section of the components to be connected, the device according to the invention is particularly suitable for connecting corresponding metallic components.
  • the device may comprise means which allow a performance of the inductive low-pressure or high-frequency pressure welding in vacuum or a protective gas atmosphere. This contributes to the quality of the resulting welded joints.
  • an insulator is arranged between the induction coil and the component or components in the region of the components to be heated or connected, the insulator having at least one surface facing the component or components and a material which, due to its specific properties, does not substantially or not hinder the magnetic interaction between the induction coil and the components to be heated.
  • the surface of the insulator may be formed spaced from the induction coil and / or the one or more components.
  • the insulator may consist, for example, of glass, in particular high-temperature-resistant quartz glass, a high-temperature-resistant ceramic or a high-temperature-resistant plastic.
  • the induction coil is reliably isolated in a formation of metal vapor by the evaporation of the surfaces of the components to be heated, there is no plasma and thus no short circuit between the components and the induction coil.
  • the device can also in case of metal vapor formation trouble-free and continuously continue working, which is imperative, for example, in an automatic series production of components.
  • the magnetic interaction between the insulator and the components is not obstructed due to a suitable material selection of the insulator. A possible spacing of the surface of the insulator from the induction coil ensures that there is no stress between the induction coil and the insulator and / or the device and the insulator due to possible temperature-dependent differences in the thermal expansion between these elements.
  • the insulator layer-shaped or foil-shaped is preferably formed from
  • the geometry of the surface of the insulator facing the component or components is adapted to the geometry of the component (s) to be inserted. This ensures that there is no hindrance to the insertion of the component into the induction coil.
  • a component according to the invention is, for example, a so-called BLING or BLISK, which have been produced in particular using an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an induction coil 100 according to the prior art. It can be seen the planar configuration of the induction coil 100 with the two components 12, 14 to be connected to the opposite joining surfaces 38, 40 by means of an inductive low-frequency or high-frequency pre-welding. Due to the planar design of the induction coil 100 but only a portion of the joining surfaces 38, 40, namely in particular an edge portion 42 of the induction coil 100 is closest, heated. It becomes clear that in particular in the middle of the joining surfaces 38, 40 no direct heating by means of the induction coil 100 takes place.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an induction coil 10 according to an embodiment of the invention.
  • the induction coil 10 is shown in unfolded state, you can clearly see the meandering configuration of the induction coil 10.
  • Other meandering forms, eg. B. with rounded corner areas are conceivable.
  • the induction coil 10 is usually made of copper or a copper alloy. Other metal or metal alloys can also be used.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the induction coil 10 according to FIG. 2 in a folded state.
  • the induction coil 10 can be used in a method for inductive heating of metallic components 12, 14, in particular of components of a gas turbine.
  • the components 12, 14 each have a plurality of side surfaces 20, 22, 24, 26 surrounding the respective component cross-section, the meander-shaped induction coil being shaped or folded around the components 12, 14 such that they extend over partial regions of the side surfaces 20, 22, 24 of the components 12, 14 in the region of joining surfaces 16, 18 of the components 12, 14 to be heated.
  • the three-dimensional design of the induction coil 10 of the geometry of the components 12, 14 is adjusted.
  • a current waveform on the joining surfaces 16, 18 is generated perpendicular to the course of parallel formed portions of the induction coil 10 at a top and bottom 20, 22 of the components 12, 14 is generated ,
  • the current flow is indicated by black arrows.
  • the result is a uniform current flow, which extends over the entire surface of the joining surfaces 16, 18 and thus allows uniform heating of the joining surfaces 16, 18 over their entire range.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic representations of a device 28 for inductive heating of the metallic components 12, 14.
  • the device 28 includes a generator 30 and in the illustrated embodiment, an induction coil 10, which in turn is meander-shaped and is formed around the components 12, 14, that it extends over a partial region of the side surfaces of the components 12, 14 in the region of the surfaces or joining surfaces 16, 18 to be heated (see also FIG FIG. 3 ). It can be seen that the induction coil is connected to the generator 30 via two electrical connections 32, 34. A holding and feeding device 36 is used to bring the component 14 to the component 12, with a corresponding approach after a sufficient heating of the joining surfaces 16, 18 takes place.
  • the inductive heating takes place in the context of an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting the two metallic components 12, 14.
  • the frequencies used in inductive low-frequency or high-frequency pressure welding are selected from a range between 0.05 to 2.5 MHz ,
  • the device 28 is shown with only one component 14.
  • the meander-shaped, three-dimensional configuration of the induction coil 10 can be seen clearly.
  • the induction coil 10 is designed in such a way that the component 14 or both components 12, 14 can be easily inserted into the induction coil 10. In the case of components 12, 14 with a very large cross-section of the joining surfaces 16, 18, a lateral material discharge may occur. This can be achieved by conventional measures such. B. a Sputteriseren be eliminated.
  • joining surfaces 16, 18 can be shot peened. Furthermore, overheating of the base material of the components 12, 14 is avoided by an allowance in the induction coil area. In the manufacture or repair of blades of a gas turbine is advantageously almost no current flow in the edge region to determine, so that undesirable influences are avoided here.
  • the exemplary embodiment makes it clear that the device 28 is suitable both for the manufacture and the repair of components and components of a gas turbine.

Landscapes

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  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

The induction coil (10) is formed in meander-shape and is molded around metallic components, such that it extends in the area of the surface to be heated or multiple surfaces to be heated over a partial area of the lateral surfaces of the components. The three dimensional arrangement of the induction coil matches the geometry of the components. Independent claims are included for the following: (1) a method for inductive heating up of metallic components, particularly components of a gas turbine; (2) a device for heating up of metallic components, particularly components of a gas turbine (3) and (4) a component is a bling or a blisk.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsspule zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil.The present invention relates to an induction coil for use in a method for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more surrounding the respective component cross-sectional side surfaces. The invention further relates to a method and a device for inductive heating of metallic components, in particular components of a gas turbine and a component produced by the method.

Aus der DE 198 58 702 A1 ist ein Pressschweißverfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine bekannt, wobei ein Schaufelblattabschnitt und wenigstens ein weiteres Schaufelteil bereitgestellt werden. Dabei werden entsprechende Verbindungsflächen dieser Elemente im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert und anschließend durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung ihrer Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Bei diesem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die genügend große und homogene Erwärmung der beiden Schweißpartner für die Qualität der Fügestelle von entscheidender Bedeutung.From the DE 198 58 702 A1 a press welding method is known for connecting blade parts of a gas turbine, wherein an airfoil section and at least one further blade part are provided. In this case, corresponding connecting surfaces of these elements are positioned substantially flush with each other and then welded together by energizing an inductor with high-frequency current and by moving together touching their connecting surfaces. In this inductive high frequency pressure welding, the sufficiently large and homogeneous heating of the two welding partners for the quality of the joint is of crucial importance.

Weitere induktive Hochfrequenzpressschweißverfahren sind aus der EP 1 112 141 B1 und der EP 1 140 417 B1 bekannt. Dabei werden diese Verfahren zur Reparatur und Herstellung eines integral beschaufelten Rotors für eine Strömungsmaschine beziehungsweise allgemein zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine verwendet. Hierbei wird ein Induktor verwendet, der im Bereich einer Schaufelvorder- und Schaufelhinterkante mit größerem Abstand zur Fügefläche als im Mittenbereich der Schaufel angeordnet ist. Damit soll der induzierte, hochfrequente elektrische Strom die Stirnfläche der zu verbindenden Schaufelteile möglichst gleichmäßig erwärmen und lediglich die stirnflächen- beziehungsweise oberflächennahen Bereiche schmelzflüssig werden lassen.Further inductive high frequency pressure welding processes are from EP 1 112 141 B1 and the EP 1 140 417 B1 known. In this case, these methods are used for repairing and producing an integrally bladed rotor for a turbomachine or generally for connecting blade parts of a gas turbine. In this case, an inductor is used, which is arranged in the region of a blade leading edge and blade trailing edge at a greater distance to the joining surface than in the middle region of the blade. In order for the induced, high-frequency electric current to heat the end face of the blade parts to be joined as evenly as possible and only let the front surface or near the surface areas become molten.

Grundsätzlich stellt sich bei Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen das Problem, dass eine gleichmäßige Erwärmung der zu bearbeitenden und verbindenden Bauelemente unabhängig von deren Querschnitt nur sehr schwer erreichbar ist. Insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen wird der Stromfluss und damit die Erwärmung der Fügeflächen mittels bekannter Induktionsspulen ungleichförmig.In principle, in the case of methods for inductive heating of metallic components, the problem arises that uniform heating of the components to be machined and connected, regardless of their cross-section, is very difficult to achieve. Particularly in the case of large and / or almost square joining surfaces, the current flow and thus the heating of the joining surfaces by means of known induction coils becomes non-uniform.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Induktionsspule bereitzustellen, bei der eine gleichmäßige Erwärmung metallischen Bauelementen unabhängig von deren Querschnitt und insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen gewährleistet ist.It is therefore an object of the present invention to provide a generic induction coil, in which a uniform heating of metallic components is ensured regardless of their cross-section and in particular for large and / or almost square joint surfaces.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, bereitzustellen, bei dem eine gleichmäßige Erwärmung metallischen Bauelementen unabhängig von deren Querschnitt und insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen gewährleistet ist.It is another object of the present invention to provide a method for inductive heating of metallic components, in particular components of a gas turbine, in which a uniform heating of metallic components is ensured regardless of their cross-section and in particular for large and / or almost square joint surfaces.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, bereitzustellen, bei der eine gleichmäßige Erwärmung metallischen Bauelementen unabhängig von deren Querschnitt und insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen gewährleistet ist.It is another object of the present invention to provide a device for inductive heating of metallic components, in particular components of a gas turbine, in which a uniform heating of metallic components is ensured regardless of their cross-section and in particular for large and / or almost square joint surfaces.

Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Induktionsspule gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17.These objects are achieved by an induction coil according to the features of claim 1, a method according to the features of claim 8 and a device according to the features of claim 17.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are described in the respective subclaims.

Eine erfindungsgemäße Induktionsspule zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine ist mäanderförmig ausgebildet und derart um das oder die Bauelemente geformt, dass sie sich über zumindest einen Teilbereich einer oder mehrerer den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebenden Seitenflächen des oder der zu erwärmenden Bauelemente im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen erstreckt. Die erfindungsgemäße dreidimensionale Erstreckung der Induktionsspule erlaubt es, dass - im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten flächig ausgebildeten Spulen - der Stromfluss so gelenkt wird, dass er über nahezu den gesamten Bereich der zu bearbeitenden Flächen, wie zum Beispiel Verbindungsflächen der Bauelemente wirkt und damit unabhängig vom Querschnitt der Bauteile eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Bearbeitungs- beziehungsweise Fügezone erreicht wird. Insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen erfolgt der Stromfluss und damit die Erwärmung der Fügeflächen gleichförmig. Zudem wird der Stromfluss zwischen zwei zu fügenden Flächen verstärkt. Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Induktionsspule einen Wärmeeintrag in Flächen mit variierender Breite, zudem kann das bearbeitete Bauteil leicht herausgefahren werden, da die Induktionsspule das Bauteil üblicherweise nicht vollständig umgibt.An induction coil according to the invention for use in a method for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine is meander-shaped and formed around the component or components that they over at least a portion of one or more of the respective component cross-section surrounding side surfaces of or to be heated components in the area to be heated or a plurality of surfaces to be heated extends. The inventive three-dimensional extent of the induction coil allows - in contrast to the known from the prior art areal coils - the current flow is directed so that it acts over almost the entire area of the surfaces to be machined, such as connecting surfaces of the components and thus regardless of the cross section of the components uniform heating of the entire processing or joining zone is achieved. Especially with large and / or almost square joining surfaces of the current flow and thus the heating of the joint surfaces is uniform. In addition, the current flow between two surfaces to be joined is reinforced. Furthermore, the induction coil according to the invention allows a heat input in areas of varying width, also the machined component can be easily moved out, since the induction coil usually does not completely surround the component.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Induktionsspule ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule der Geometrie des oder der zu bearbeitenden Bauelemente angepasst. Dadurch ist wiederum eine gleichmäßige Erwärmung der metallischen Bauelemente in einem Arbeitsbereich der Induktionsspule gewährleistet.In an advantageous embodiment of the induction coil according to the invention, the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s) to be processed. This in turn ensures uniform heating of the metallic components in a working region of the induction coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Induktionsspule ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule derart ausgebildet, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule an einer Ober- und Unterseite der Bauelemente ausgebildet ist. Auch hierdurch ist eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten zu bearbeitenden Fläche oder den miteinander zu fügenden Flächen gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the induction coil, the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or the surfaces perpendicular to the course of mutually parallel regions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Induktionsspule weist diese mindestens eine Kühlvorrichtung auf. Durch die Kühlvorrichtung ist gewährleistet, dass es zu keinem An- oder Aufschmelzen der Induktionsspule selbst kommt.In a further advantageous embodiment of the induction coil according to the invention, this has at least one cooling device. The cooling device ensures that there is no melting or melting of the induction coil itself.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Induktionsspule ist das Verfahren zur induktiven Erwärmung ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine. Die dabei verwendeten Frequenzen werden aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt. Die erfindungsgemäße Induktionsspule gewährleistet, dass der Stromfluss über die Verbindungsflächen der zu verbindenden Bauelemente wirkt und unabhängig vom Querschnitt der Bauelemente eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Fügezone erzeugt.In a further advantageous embodiment of the induction coil according to the invention, the method for inductive heating is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine. The frequencies used are selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. The induction coil according to the invention ensures that the current flow acts on the connecting surfaces of the components to be connected and generates a uniform heating of the entire joining zone, regardless of the cross section of the components.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen aufweisen, umfasst folgende Schritte: a) Bereitstellung eines oder mehrerer zu erwärmender Bauelemente; b) Heranführung von mindestens einer Induktionsspule an das oder die Bauelemente oder Heranführen des oder der Bauelemente an die mindestens eine Induktionsspule, wobei die Induktionsspule mäanderförmig ausgebildet ist und derart um das oder die Bauelemente geformt ist, dass sich die Induktionsspule über zumindest einen Teilbereich der Seitenfläche oder der Seitenflächen des oder der zu erwärmenden Bauelemente im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen erstreckt und Einführen des oder der zu erwärmenden Bauelemente in die Induktionsspule; und c) induktive Erwärmung des Bauelements oder der Bauelemente in einem Arbeitsbereich der Induktionsspule. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass es durch die dreidimensionale Erstreckung der verwendeten Induktionsspule sich eine gleichmäßige Erwärmung der metallischen Bauelemente unabhängig von deren Querschnitt ergibt. Insbesondere bei großen und/oder fast quadratischen Fügeflächen erfolgt der Stromfluss und damit die Erwärmung der Fügeflächen gleichförmig, da der Stromfluss so gelenkt wird, dass er über nahezu den gesamten Bereich der zu bearbeitenden Flächen, wie zum Beispiel Verbindungsflächen der Bauelemente wirken kann.A method according to the invention for the inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more side surfaces surrounding the respective component cross-section, comprises the following steps: a) providing one or more components to be heated; b) bringing at least one induction coil to the component or components or bringing the component or components to the at least one induction coil, wherein the induction coil is meander-shaped and shaped around the component (s) such that the induction coil extends over at least a portion of the side surface or the side surfaces of the component or components to be heated in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated, and inserting the component or components to be heated into the induction coil; and c) inductive heating of the device or devices in a working region of the induction coil. The method according to the invention ensures that the three-dimensional extent of the induction coil used results in uniform heating of the metallic components independently of their cross section. Especially in the case of large and / or almost square joining surfaces, the current flow and thus the heating of the joining surfaces is uniform, since the current flow is directed so that it covers almost the entire Area of the surfaces to be machined, such as connecting surfaces of the components can act.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule der Geometrie des oder der Bauelemente angepasst. Dadurch ist wiederum eine gleichmäßige Erwärmung der metallischen Bauelemente in einem Arbeitsbereich der Induktionsspule gewährleistet.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s). This in turn ensures uniform heating of the metallic components in a working region of the induction coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule derart ausgebildet, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule an einer Ober- und Unterseite der Bauelemente ausgebildet ist. Auch hierdurch ist eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten zu bearbeitenden Fläche oder den miteinander zu fügenden Flächen gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or surfaces perpendicular to the course of mutually parallel regions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine. Die dabei verwendeten Frequenzen können dabei aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden. Es ist aber auch möglich, dass die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Löten zum Verbinden von metallischen Bauelementen ist oder zur Beseitigung von Eigenspannungen von metallischen Bauelementen ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen. Dabei kann zum Beispiel ein erstes Bauelement eine Schaufel oder ein Teil einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine und ein zweites Bauelement ein Ring oder eine Scheibe des Rotors oder ein am Umfang des Rings oder der Scheibe angeordneter Schaufelfuß sein. Die Bauelemente können aber auch Teile einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine sein.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the inductive heating according to method step c) is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular components of a gas turbine. The frequencies used in this case can be selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. But it is also possible that the inductive heating according to method step c) is an inductive soldering for connecting metallic components or is designed to eliminate internal stresses of metallic components. The inventive method allows a variety of different applications in the field of inductive heating of metallic components. In this case, for example, a first component may be a blade or part of a blade of a rotor in a gas turbine and a second component may be a ring or a disk of the rotor or a blade root arranged on the circumference of the ring or the disk. The components may also be parts of a blade of a rotor in a gas turbine.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen aufweisen, weist mindestens einen Generator und mindestens eine Induktionsspule auf, wobei die Induktionsspule mäanderförmig ausgebildet ist und derart um das oder die Bauelemente geformt ist, dass sich die Induktionsspule über zumindest einen Teilbereich der Seitenfläche oder der Seitenflächen des oder der zu erwärmenden Bauelemente im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen erstreckt. Im Gegensatz zu üblichen Vorrichtungen zur induktiven Erwärmung erfolgt eine Bearbeitung beziehungsweise ein Erwärmen der Bauelemente mittels einer mäanderförmigen und eine dreidimensionale Erstreckung aufweisenden Induktionsspule. Dadurch kann der Stromfluss so gelenkt werden, dass er über die gesamte Fläche der zu bearbeitenden Flächen beziehungsweise Verbindungsflächen wirkt und damit unabhängig vom Querschnitt der Bauelemente eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Bearbeitungsfläche beziehungsweise Fügezone erreicht wird. Zudem wird der Stromfluss zwischen zwei zu fügenden Flächen verstärkt. Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Wärmeeintrag in Flächen mit variierender Breite, zudem kann das bearbeitete Bauteil leicht aus der Vorrichtung herausgefahren werden, da die verwendete Induktionsspule das Bauteil üblicherweise nicht vollständig umgibt.An inventive device for inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components each have one or more surrounding the respective component cross-section side surfaces, has at least one generator and at least one induction coil, wherein the induction coil is meander-shaped and so to the or the components are shaped so that the induction coil extends over at least a portion of the side surface or the side surfaces of the component or components to be heated in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated. In contrast to conventional devices for inductive heating, processing or heating of the components takes place by means of a meandering and a three-dimensional extension having induction coil. As a result, the flow of current can be directed so that it acts over the entire surface of the surfaces or connecting surfaces to be machined and thus uniform heating of the entire processing surface or joining zone is achieved independently of the cross section of the components. In addition, the current flow between two surfaces to be joined is reinforced. Furthermore, the device according to the invention allows a heat input in areas of varying width, also the machined component can be easily moved out of the device, since the induction coil used does not usually completely surround the component.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule der Geometrie des oder der Bauelemente angepasst. Durch diese Anpassung ist eine gleichmäßige Erwärmung aller zu bearbeitenden Flächen im Arbeitsbereich der Induktionsspule gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the three-dimensional configuration of the induction coil is adapted to the geometry of the component (s). This adaptation ensures uniform heating of all surfaces to be machined in the working area of the induction coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule derart ausgebildet, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule an einer Ober- und Unterseite der Bauelemente ausgebildet ist. Auch hierdurch ist eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten zu bearbeitenden Fläche oder den miteinander zu fügenden Flächen gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the three-dimensional configuration of the induction coil is designed such that the current profile is formed on the surface or the surfaces perpendicular to the course of mutually parallel portions of the induction coil on a top and bottom of the components. This also ensures a uniform heating of the entire surface to be machined or the surfaces to be joined together.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung mindestens eine Kühlvorrichtung für die Induktionsspule auf. Durch die Kühlvorrichtung wird gewährleistet, dass es zu keiner Beschädigung der Induktionsspule zum Beispiel durch einen zu hohen Temperatureintrag in die Induktionsspule kommt.In a further advantageous embodiment, the device has at least one cooling device for the induction coil. By the cooling device ensures that there is no damage to the induction coil, for example, by an excessive temperature entry into the induction coil.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die induktive Erwärmung ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine. Die dabei verwendeten Frequenzen können aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden. Durch den gleichmäßigen Wärmeeintrag unabhängig vom Querschnitt der zu verbindenden Bauelemente eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zum Verbinden entsprechender metallischer Bauelemente. Zudem kann die Vorrichtung Mittel aufweisen, die eine Durchführung des induktiven Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißens im Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre ermöglichen. Dies trägt zur Qualität der resultierenden Schweißverbindungen bei.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the inductive heating is an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components, in particular of components of a gas turbine. The frequencies used can be selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. Due to the uniform heat input regardless of the cross section of the components to be connected, the device according to the invention is particularly suitable for connecting corresponding metallic components. In addition, the device may comprise means which allow a performance of the inductive low-pressure or high-frequency pressure welding in vacuum or a protective gas atmosphere. This contributes to the quality of the resulting welded joints.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der Induktionsspule und dem oder den Bauelementen im Bereich der zu erwärmenden oder zu verbindenden Abschnitte der Bauelemente zumindest teilweise ein Isolator angeordnet ist, wobei der Isolator mindestens eine dem oder den Bauelementen zugewandte Fläche aufweist und aus einem Material besteht, welches aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften die magnetische Wechselwirkung zwischen der Induktionsspule und den zu erwärmenden Bauelementen nicht wesentlich oder nicht behindert. Zudem kann die Fläche des Isolators von der Induktionsspule und/oder dem oder den Bauelementen beabstandet ausgebildet sein. Der Isolator kann beispielsweise aus Glas, insbesondere aus hochtemperaturbeständigem Quarzglas, einer hochtemperaturbeständigen Keramik oder einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff bestehen. Vorteilhafterweise bleibt bei der Vorrichtung die Induktionsspule bei einem Entstehen von Metalldampf durch die Verdampfung der Oberflächen der zu erwärmenden Bauelemente zuverlässig isoliert, es entsteht kein Plasma und damit kein Kurzschluss zwischen den Bauelementen und der Induktionsspule. Zudem kann die Vorrichtung auch bei einer Metalldampfbildung störungsfrei und kontinuierlich weiterarbeiten, was zum Beispiel bei einer automatischen Serienfertigung von Bauteilen zwingend notwendig ist. Des Weiteren wird erfindungsgemäß die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Isolator und den Bauelementen aufgrund einer geeigneten Materialauswahl des Isolators nicht behindert. Durch eine mögliche Beabstandung der Fläche des Isolators von der Induktionsspule ist gewährleistet, dass es zu keinen Verspannungen zwischen der Induktionsspule und dem Isolator und/oder dem Bauelement und dem Isolator aufgrund von möglichen temperaturabhängigen Unterschieden der Wärmeausdehnung zwischen diesen Elementen kommt.In further advantageous embodiments of the device according to the invention, at least partially an insulator is arranged between the induction coil and the component or components in the region of the components to be heated or connected, the insulator having at least one surface facing the component or components and a material which, due to its specific properties, does not substantially or not hinder the magnetic interaction between the induction coil and the components to be heated. In addition, the surface of the insulator may be formed spaced from the induction coil and / or the one or more components. The insulator may consist, for example, of glass, in particular high-temperature-resistant quartz glass, a high-temperature-resistant ceramic or a high-temperature-resistant plastic. Advantageously, in the device, the induction coil is reliably isolated in a formation of metal vapor by the evaporation of the surfaces of the components to be heated, there is no plasma and thus no short circuit between the components and the induction coil. In addition, the device can also in case of metal vapor formation trouble-free and continuously continue working, which is imperative, for example, in an automatic series production of components. Furthermore, according to the invention, the magnetic interaction between the insulator and the components is not obstructed due to a suitable material selection of the insulator. A possible spacing of the surface of the insulator from the induction coil ensures that there is no stress between the induction coil and the insulator and / or the device and the insulator due to possible temperature-dependent differences in the thermal expansion between these elements.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Isolator schicht- oder folienförmig ausgebildet.In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the insulator layer-shaped or foil-shaped.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Geometrie der dem oder den Bauelementen zugewandten Fläche des Isolators der Geometrie des oder der einzuführenden Bauelemente angepasst. Dadurch ist gewährleistet, dass es zu keiner Behinderung des Einführens des Bauelements in die Induktionsspule kommt.In a further advantageous refinement of the device according to the invention, the geometry of the surface of the insulator facing the component or components is adapted to the geometry of the component (s) to be inserted. This ensures that there is no hindrance to the insertion of the component into the induction coil.

Bei einem erfindungsgemäßen Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein so genanntes BLING oder BLISK, welche insbesondere mit einem induktiven Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren hergestellt worden sind.A component according to the invention is, for example, a so-called BLING or BLISK, which have been produced in particular using an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen

Figur 1
eine schematische Darstellung einer Induktionsspule gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Induktionsspule in nicht-gefaltetem Zustand;
Figur 3
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Induktionsspule gemäß Figur 2 in gefaltetem Zustand;
Figuren 4a und 4b
schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen.
Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a drawing illustrated embodiment. Show
FIG. 1
a schematic representation of an induction coil according to the prior art;
FIG. 2
a schematic representation of the induction coil according to the invention in the unfolded state;
FIG. 3
a schematic representation of the induction coil according to the invention FIG. 2 in folded condition;
FIGS. 4a and 4b
schematic representations of a device according to the invention for inductive heating of metallic components.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Induktionsspule 100 gemäß dem Stand der Technik. Man erkennt die flächige Ausgestaltung der Induktionsspule 100 mit der zwei Bauelemente 12, 14 an deren sich gegenüberliegenden Fügeflächen 38, 40 mittels eines induktiven Nieder- oder Hochfrequenz-Presschweißens verbunden werden sollen. Durch die flächige Ausgestaltung der Induktionsspule 100 wird aber lediglich jeweils ein Teilbereich der Fügeflächen 38, 40, nämlich insbesondere ein Kantenbereich 42, der der Induktionsspule 100 am nächsten liegt, erwärmt. Es wird deutlich, dass insbesondere in der Mitte der Fügeflächen 38, 40 keine direkte Erwärmung mittels der Induktionsspule 100 erfolgt. FIG. 1 shows a schematic representation of an induction coil 100 according to the prior art. It can be seen the planar configuration of the induction coil 100 with the two components 12, 14 to be connected to the opposite joining surfaces 38, 40 by means of an inductive low-frequency or high-frequency pre-welding. Due to the planar design of the induction coil 100 but only a portion of the joining surfaces 38, 40, namely in particular an edge portion 42 of the induction coil 100 is closest, heated. It becomes clear that in particular in the middle of the joining surfaces 38, 40 no direct heating by means of the induction coil 100 takes place.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Induktionsspule 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Induktionsspule 10 ist dabei in nicht-gefaltetem Zustand dargestellt, man erkennt deutlich die mäanderförmige Ausgestaltung der Induktionsspule 10. Auch andere Mäanderformen, z. B. mit abgerundeten Eckbereichen sind denkbar. Die Induktionsspule 10 besteht üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Auch andere Metall oder Metall-Legierungen können verwendet werden. FIG. 2 shows a schematic representation of an induction coil 10 according to an embodiment of the invention. The induction coil 10 is shown in unfolded state, you can clearly see the meandering configuration of the induction coil 10. Other meandering forms, eg. B. with rounded corner areas are conceivable. The induction coil 10 is usually made of copper or a copper alloy. Other metal or metal alloys can also be used.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Induktionsspule 10 gemäß Figur 2 in einem gefalteten Zustand. Die Induktionsspule 10 kann in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen 12, 14, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, verwendet werden. Man erkennt, dass die Bauelemente 12, 14 jeweils mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen 20, 22, 24, 26 aufweisen, wobei die mäanderförmig ausgebildete Induktionsspule derart um die Bauelemente 12, 14 geformt bzw. gefaltet ist, dass sie sich über Teilbereiche der Seitenflächen 20, 22, 24 der Bauelemente 12, 14 im Bereich von zu erwärmenden Fügeflächen 16, 18 der Bauelemente 12, 14 erstreckt. Des Weiteren erkennt man, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule 10 der Geometrie der Bauelemente 12, 14 angepasst ist. Zudem wird durch die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Ausgestaltung der Induktionsspule 10 ein Stromverlauf auf den Fügeflächen 16, 18 erzeugt, der senkrecht zum Verlauf der parallel zueinander ausgebildeten Bereiche der Induktionsspule 10 an einer Ober- und Unterseite 20, 22 der Bauelemente 12, 14 erzeugt wird. Der Stromverlauf ist durch schwarze Pfeile gekennzeichnet. Es entsteht ein gleichmäßiger Stromverlauf, der über die gesamte Fläche der Fügeflächen 16, 18 verläuft und somit eine gleichmäßige Erwärmung der Fügeflächen 16, 18 über deren gesamten Bereich ermöglicht. FIG. 3 shows a schematic representation of the induction coil 10 according to FIG. 2 in a folded state. The induction coil 10 can be used in a method for inductive heating of metallic components 12, 14, in particular of components of a gas turbine. It can be seen that the components 12, 14 each have a plurality of side surfaces 20, 22, 24, 26 surrounding the respective component cross-section, the meander-shaped induction coil being shaped or folded around the components 12, 14 such that they extend over partial regions of the side surfaces 20, 22, 24 of the components 12, 14 in the region of joining surfaces 16, 18 of the components 12, 14 to be heated. Furthermore, it can be seen that the three-dimensional design of the induction coil 10 of the geometry of the components 12, 14 is adjusted. In addition, the embodiment of the induction coil 10 shown in the embodiment, a current waveform on the joining surfaces 16, 18 is generated perpendicular to the course of parallel formed portions of the induction coil 10 at a top and bottom 20, 22 of the components 12, 14 is generated , The current flow is indicated by black arrows. The result is a uniform current flow, which extends over the entire surface of the joining surfaces 16, 18 and thus allows uniform heating of the joining surfaces 16, 18 over their entire range.

Die Figuren 4a und 4b zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 28 zur induktiven Erwärmung der metallischen Bauelemente 12, 14. Die Vorrichtung 28 umfasst dabei einen Generator 30 und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Induktionsspule 10, die wiederum mäanderförmig ausgebildet ist und derart um die Bauelemente 12, 14 geformt ist, dass sie sich über einen Teilbereich der Seitenflächen der Bauelemente 12, 14 im Bereich der zu erwärmenden Flächen bzw. Fügeflächen 16, 18 erstreckt (vergleiche auch Figur 3). Man erkennt, dass die Induktionsspule über zwei elektrische Anschlüsse 32, 34 mit dem Generator 30 verbunden ist. Eine Halte- und Zuführvorrichtung 36 dient zum Heranführen des Bauelementes 14 an das Bauelement 12, wobei ein entsprechendes Heranführen nach einer genügenden Erwärmung der Fügeflächen 16, 18 erfolgt. Die induktive Erwärmung erfolgt im Rahmen eines induktiven Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahres zum Verbinden der beiden metallischen Bauelemente 12, 14. Die beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißen verwendeten Frequenzen werden dabei aus einem Bereich zwischen 0,05 bis 2,5 MHz gewählt. In Figur 4b ist die Vorrichtung 28 mit nur einem Bauelement 14 dargestellt. Man erkennt deutlich die mäanderförmige, dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule 10. Die Induktionsspule 10 ist dabei derart ausgestaltet, dass das Bauelement 14 bzw. beide Bauelemente 12, 14 ohne Weiteres in die Induktionsspule 10 eingeführt werden können. Bei Bauelementen 12, 14 mit einem sehr großen Querschnitt der Fügeflächen 16, 18 kann es zu einem seitlichen Materialaustrieb kommen. Dieser kann durch übliche Maßnahmen wie z. B. ein Sputterätzen beseitigt werden. Zudem können die Fügeflächen 16, 18 kugelgestrahlt werden. Des Weiteren wird durch ein Aufmaß im Induktionsspulenbereich eine Überhitzung des Grundwerkstoffs der Bauelemente 12, 14 vermieden. Bei der Herstellung oder Reparatur von Schaufeln einer Gasturbine ist vorteilhafterweise fast kein Stromfluss im Kantenbereich festzustellen, so dass auch hier unerwünschte Beeinflussungen vermieden werden.The FIGS. 4a and 4b show schematic representations of a device 28 for inductive heating of the metallic components 12, 14. The device 28 includes a generator 30 and in the illustrated embodiment, an induction coil 10, which in turn is meander-shaped and is formed around the components 12, 14, that it extends over a partial region of the side surfaces of the components 12, 14 in the region of the surfaces or joining surfaces 16, 18 to be heated (see also FIG FIG. 3 ). It can be seen that the induction coil is connected to the generator 30 via two electrical connections 32, 34. A holding and feeding device 36 is used to bring the component 14 to the component 12, with a corresponding approach after a sufficient heating of the joining surfaces 16, 18 takes place. The inductive heating takes place in the context of an inductive low-frequency or high-frequency pressure welding method for connecting the two metallic components 12, 14. The frequencies used in inductive low-frequency or high-frequency pressure welding are selected from a range between 0.05 to 2.5 MHz , In FIG. 4b the device 28 is shown with only one component 14. The meander-shaped, three-dimensional configuration of the induction coil 10 can be seen clearly. The induction coil 10 is designed in such a way that the component 14 or both components 12, 14 can be easily inserted into the induction coil 10. In the case of components 12, 14 with a very large cross-section of the joining surfaces 16, 18, a lateral material discharge may occur. This can be achieved by conventional measures such. B. a Sputterätzen be eliminated. In addition, the joining surfaces 16, 18 can be shot peened. Furthermore, overheating of the base material of the components 12, 14 is avoided by an allowance in the induction coil area. In the manufacture or repair of blades of a gas turbine is advantageously almost no current flow in the edge region to determine, so that undesirable influences are avoided here.

Durch das Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass die Vorrichtung 28 sowohl für die Herstellung wie auch die Reparatur von Bauelementen und Bauteilen einer Gasturbine geeignet ist.The exemplary embodiment makes it clear that the device 28 is suitable both for the manufacture and the repair of components and components of a gas turbine.

Claims (30)

Induktionsspule zur Verwendung in Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente (12, 14) jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen (20, 22, 24, 26) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (10) mäanderförmig ausgebildet ist und derart um das oder die Bauelemente (12, 14) geformt ist, dass sie sich über zumindest einen Teilbereich der Seitenfläche oder der Seitenflächen (20, 22, 24) des oder der zu erwärmenden Bauelemente (12, 14) im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen (16, 18) erstreckt.Induction coil for use in methods for inductive heating of metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine, wherein the components (12, 14) each have one or more surrounding the respective component cross-section side surfaces (20, 22, 24, 26) characterized in that the induction coil (10) is meander-shaped and is formed around the component (s) (12, 14) such that it extends over at least a portion of the side surface or faces (20, 22, 24) of to be heated components (12, 14) in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated (16, 18) extends. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) der Geometrie des oder der Bauelemente (12, 14) angepasst ist.Induction coil according to Claim 1, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) is adapted to the geometry of the component or components (12, 14). Induktionsspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) derart ausgebildet ist, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen (16, 18) senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule (10) an einer Ober- und Unterseite (20, 22) der Bauelemente (12, 14) ausgebildet ist.Induction coil according to claim 1 or 2, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) is formed such that the current flow on the surface or surfaces (16, 18) perpendicular to the course of mutually parallel regions of the induction coil (10). on an upper and lower side (20, 22) of the components (12, 14) is formed. Induktionsspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche oder die Flächen (16, 18) Verbindungsflächen von zwei miteinander zu fügenden Bauelementen (12, 14) sind.Induction coil according to one of the preceding claims, characterized in that the surface or the surfaces (16, 18) connecting surfaces of two components to be joined together (12, 14). Induktionsspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (10) mindestens eine Kühlvorrichtung aufweist.Induction coil according to one of the preceding claims, characterized in that the induction coil (10) has at least one cooling device. Induktionsspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur induktiven Erwärmung ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ist.Induction coil according to one of the preceding claims, characterized in that the method for inductive heating, an inductive low-pressure or high-frequency pressure welding process for connecting metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine. Induktionsspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen verwendeten Frequenzen aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden.Induction coil according to claim 6, characterized in that the frequencies used in the inductive low- or high-frequency pressure welding are selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente (12, 14) jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen (20, 22, 24, 26) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellung eines oder mehrerer zu erwärmender Bauelemente (12, 14); b) Heranführung von mindestens einer Induktionsspule (10) an das oder die Bauelemente (12, 14) oder Heranführen des oder der Bauelemente (12, 14) an die mindestens eine Induktionsspule (10), wobei die Induktionsspule (10) mäanderförmig ausgebildet ist und derart um das oder die Bauelemente (12, 14) geformt ist, dass sich die Induktionsspule (10) über zumindest einen Teilbereich der Seitenfläche oder der Seitenflächen (20, 22, 24) des oder der zu erwärmenden Bauelemente (12, 14) im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen (16, 18) erstreckt und Einführen des oder der zu erwärmenden Bauelemente (12, 14) in die Induktionsspule (10); und c) Induktive Erwärmung des Bauelements oder der Bauelemente (12, 14) in einem Arbeitsbereich der Induktionsspule (10). Method for the inductive heating of metallic components, in particular of components of a gas turbine, wherein the components (12, 14) each have one or more side surfaces (20, 22, 24, 26) surrounding the respective component cross-section, characterized in that the method comprises the following steps includes: a) providing one or more components to be heated (12, 14); b) bringing at least one induction coil (10) to the component or components (12, 14) or bringing the component or components (12, 14) to the at least one induction coil (10), wherein the induction coil (10) is meander-shaped and is formed around the component or components (12, 14) such that the induction coil (10) extends over at least a portion of the side surface or side surfaces (20, 22, 24) of the component or components (12, 14) to be heated in the region a surface to be heated or of a plurality of surfaces to be heated (16, 18) extends and inserting the component or components to be heated (12, 14) in the induction coil (10); and c) Inductive heating of the component or of the components (12, 14) in a working region of the induction coil (10). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) der Geometrie des oder der Bauelemente (14, 16) angepasst ist.A method according to claim 8, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) of the geometry of the component or components (14, 16) is adjusted. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) derart ausgebildet ist, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen (16, 18) senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule (10) an einer Ober- und Unterseite (20, 22) der Bauelemente (12, 14) ausgebildet ist.A method according to claim 8 or 9, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) is formed such that the current flow on the surface or surfaces (16, 18) perpendicular to the course of mutually parallel portions of the induction coil (10). on an upper and lower side (20, 22) of the components (12, 14) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ist.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the inductive heating according to method step c) is an inductive low- or high-frequency pressure welding method for connecting metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen verwendeten Frequenzen aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden.A method according to claim 11, characterized in that the frequencies used in inductive low- or high-frequency pressure welding are selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) ein induktives Löten zum Verbinden von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ist.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the inductive heating according to method step c) is an inductive soldering for connecting metallic components, in particular of components of a gas turbine. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Erwärmung gemäß Verfahrensschritt c) zur Beseitigung von Eigenspannungen von metallischen Bauelementen, insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ausgebildet ist.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the inductive heating according to method step c) to eliminate internal stresses of metallic components, in particular of components of a gas turbine, is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (12) eine Schaufel oder ein Teil einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine ist und das zweite Bauelement (14) ein Ring oder eine Scheibe des Rotors oder ein am Umfang des Rings oder der Scheibe angeordneter Schaufelfuß ist.Method according to one of claims 8 to 14, characterized in that the first component (12) is a blade or a part of a blade of a rotor in a gas turbine and the second component (14) is a ring or a disc of the rotor or a peripheral of the ring or disc is arranged blade root. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Teile einer Schaufel eines Rotors in einer Gasturbine sind.Method according to one of claims 8 to 14, characterized in that the components are parts of a blade of a rotor in a gas turbine. Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, wobei die Bauelemente (12, 14) jeweils eine oder mehrere den jeweiligen Bauelementquerschnitt umgebende Seitenflächen (20, 22, 24, 26) aufweisen, mit mindestens einem Generator (30) und mindestens einer Induktionsspule (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (10) mäanderförmig ausgebildet ist und derart um das oder die Bauelemente (12, 14) geformt ist, dass sich die Induktionsspule (10) über zumindest einen Teilbereich der Seitenfläche oder der Seitenflächen (20, 22, 24) des oder der zu erwärmenden Bauelemente (12, 14) im Bereich einer zu erwärmenden Fläche oder von mehreren zu erwärmenden Flächen (16, 18) erstreckt.Device for inductive heating of metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine, wherein the components (12, 14) each have one or more side surfaces (20, 22, 24, 26) surrounding the respective component cross section, with at least one Generator (30) and at least one induction coil (10), characterized in that the induction coil (10) is meander-shaped and is formed around the one or more components (12, 14), that the induction coil (10) over at least a portion the side surface or side surfaces (20, 22, 24) of the component or components (12, 14) to be heated extends in the region of a surface to be heated or of a plurality of surfaces (16, 18) to be heated. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) der Geometrie des oder der Bauelemente (14, 16) angepasst ist.Apparatus according to claim 17, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) of the geometry of the component or components (14, 16) is adjusted. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Ausgestaltung der Induktionsspule (10) derart ausgebildet ist, dass der Stromverlauf auf der Fläche oder den Flächen (16, 18) senkrecht zum Verlauf von parallel zueinander ausgebildeten Bereichen der Induktionsspule (10) an einer Ober- und Unterseite (20, 22) der Bauelemente (12, 14) ausgebildet ist.Apparatus according to claim 17 or 18, characterized in that the three-dimensional configuration of the induction coil (10) is formed such that the current flow on the surface or surfaces (16, 18) perpendicular to the course of mutually parallel portions of the induction coil (10). on an upper and lower side (20, 22) of the components (12, 14) is formed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche oder die Flächen (16, 18) Verbindungsflächen von zwei miteinander zu fügenden Bauelementen (12, 14) sind.Device according to one of claims 17 to 19, characterized in that the surface or the surfaces (16, 18) connecting surfaces of two components to be joined together (12, 14). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (28) mindestens eine Kühlvorrichtung (24) für die Induktionsspule (10) aufweist.Device according to one of claims 17 to 20, characterized in that the device (28) has at least one cooling device (24) for the induction coil (10). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Erwärmung ein induktives Nieder- oder Hochfrequenz-Pressschweißverfahren zum Verbinden von metallischen Bauelementen (12, 14), insbesondere von Bauelementen einer Gasturbine, ist.Device according to one of claims 17 to 21, characterized in that the inductive heating is an inductive low-pressure or high-frequency pressure welding method for Connecting metallic components (12, 14), in particular of components of a gas turbine, is. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beim induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen verwendeten Frequenzen aus einem Bereich zwischen 0,05 - 2,5 MHz gewählt werden.Apparatus according to claim 22, characterized in that the frequencies used in the inductive low- or high-frequency pressure welding are selected from a range between 0.05 - 2.5 MHz. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (28) Mittel aufweist, die eine Durchführung des induktiven Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißen im Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre ermöglichen.Device according to one of claims 17 to 23, characterized in that the device (28) comprises means which allow a performance of the inductive low-pressure or high-frequency pressure welding in a vacuum or a protective gas atmosphere. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Induktionsspule (10) und dem oder den Bauelementen (12, 14) im Bereich der zu erwärmenden oder zu verbindenden Abschnitte der Bauelemente (12, 14) zumindest teilweise ein Isolator angeordnet ist, wobei der Isolator mindestens eine dem oder den Bauelementen (12, 14) zugewandte Fläche aufweist und aus einem Material besteht, welches aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften die magnetische Wechselwirkung zwischen der Induktionsspule (10) und den zu erwärmenden Bauelementen (12, 14) nicht wesentlich oder nicht behindert.Device according to one of claims 17 to 24, characterized in that arranged between the induction coil (10) and the one or more components (12, 14) in the region of to be heated or connected portions of the components (12, 14) at least partially an insulator is, wherein the insulator at least one or the components (12, 14) facing surface and consists of a material which due to its specific properties, the magnetic interaction between the induction coil (10) and the components to be heated (12, 14) not essential or not handicapped. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Isolators von der Induktionsspule (10) und/oder dem oder den Bauelementen (12, 14) beabstandet ist.Apparatus according to claim 25, characterized in that the surface of the insulator from the induction coil (10) and / or the one or more components (12, 14) is spaced. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator schicht- oder folienförmig ausgebildet ist.Apparatus according to claim 25 or 26, characterized in that the insulator is formed in a layer or foil-shaped. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der dem oder den Bauelementen (12, 14) zugewandten Fläche des Isolators der Geometrie des oder der einzuführenden Bauelemente (12, 14) angepasst ist.Device according to one of claims 25 to 27, characterized in that the geometry of the one or more components (12, 14) facing surface of the insulator of the geometry of the or to be introduced components (12, 14) is adjusted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator aus Glas, insbesondere aus hochtemperaturbeständigen Quarzglas, einer hochtemperaturbeständigen Keramik oder einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff besteht.Device according to one of claims 25 to 28, characterized in that the insulator consists of glass, in particular high-temperature-resistant quartz glass, a high-temperature-resistant ceramic or a high-temperature resistant plastic. Bauteil hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16 oder mittels einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein BLING oder BLISK ist.Component produced according to a method according to one of claims 8 to 16 or by means of a device according to one of claims 17 to 29, characterized in that the component is a BLING or BLISK.
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