EP2422581A1 - Verfahren und vorrichtung zum induktiven erwärmen eines bauteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum induktiven erwärmen eines bauteils

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EP2422581A1
EP2422581A1 EP10721105A EP10721105A EP2422581A1 EP 2422581 A1 EP2422581 A1 EP 2422581A1 EP 10721105 A EP10721105 A EP 10721105A EP 10721105 A EP10721105 A EP 10721105A EP 2422581 A1 EP2422581 A1 EP 2422581A1
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EP
European Patent Office
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component
coil
auxiliary body
magnetic field
surface portion
Prior art date
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Application number
EP10721105A
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English (en)
French (fr)
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EP2422581B1 (de
Inventor
Alexander Gindorf
Herbert Hanrieder
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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Publication of EP2422581A1 publication Critical patent/EP2422581A1/de
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Publication of EP2422581B1 publication Critical patent/EP2422581B1/de
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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
    • H05B6/365—Coil arrangements using supplementary conductive or ferromagnetic pieces
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to apparatus and methods for inductively heating a component, and more particularly to apparatus and methods for coating a surface of a component or for producing a closing head on a rivet.
  • Inductive heating of a component or region of a component is part of many component processing processes.
  • One example is the coating of blade tips of turbine blades for axial compressors or turbines for gas turbine engines for aircraft or other mobile or stationary applications.
  • the production of such coatings is also referred to as tipcoding.
  • Methods in which coatings are applied by soldering and the component to be coated and / or the coating are heated inductively, are also referred to as induction soldering.
  • De 100 38 158 A1 describes a method for joining objects by means of plastically deformable connecting bodies.
  • a radiant heating surrounds with narrow deviations stood the connecting body.
  • the connecting body is in a plasticized state, it is deformed by means of a forming die 11 to a rivet head.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and method for inductive heating, in particular for coating a surface of a component and for producing a closing head on a rivet.
  • a device for inductive heating of at least one region of a component comprises a coil device for generating a magnetic field at at least the region of the component. Furthermore, the device comprises an auxiliary body, which is designed so as not to be joined to the component (10), and to be arranged adjacent to the component in the magnetic field of the coil device so that the auxiliary body can move in a directional manner to the component. is perpendicular to or substantially perpendicular to the direction of a magnetic field that can be generated by the coil means in the region between the component and the auxiliary body.
  • the coil means may comprise one or more sub-coils, which may for example be arranged on both sides of the component and the auxiliary body.
  • a direction from a location to be heated or to be processed or from a center of a surface to be heated or processed to an opposite or adjacent location or center on the auxiliary body is meant by the direction of the opposite.
  • the direction of the opposite and the direction of the magnetic field are substantially perpendicular if the angle between the two straightening conditions is at least 45 ° or at least 60 °, preferably at least 70 ° and particularly preferably at least 80 °.
  • the auxiliary body can have a diamagnetic or else a paramagnetic or ferromagnetic material which may be electrically insulating or a defined or undefined one
  • the magnetic properties of the auxiliary body and its electrical conductivity can be adapted to the component, the region of the component to be heated and to the material of the component, in particular the magnetic and electrical properties of the material, in the region to be heated. This adaptation may be due to experiments or series of experiments or by means of numerical simulation
  • the result of the adaptation can be in particular a defined spatial dependence of the electrical conductivity and the magnetic properties of the auxiliary body.
  • the auxiliary body may have a first surface portion whose shape is adapted to the shape of a second surface portion of the component. The auxiliary body can then
  • Auxiliary body is the second surface portion of the component opposite.
  • the adaptation of the shape of the first surface portion of the auxiliary body to the shape of the second surface portion of the component can in particular be such that at the intended relative arrangement of the auxiliary body and the component remains a defined gap between the two.
  • the width of the gap is, for example, constant or has a defined location dependency.
  • a holding device for holding the coil device, the component and the auxiliary body can be provided, wherein the holding device is designed such that the auxiliary body lies opposite the component in one direction which is perpendicular or substantially perpendicular to the direction of the magnetic field that can be generated by the coil device in the region between the component and the auxiliary body.
  • the coil device can have a first partial coil and a second partial coil and, between the first partial coil and the second partial coil, a gap, which is provided for the arrangement of the component and / or the auxiliary body. If a magnetic field generated by the first partial coil has a first direction in a middle region of the first partial coil and a magnetic field generated by the second partial coil has a second direction in a central region of the second partial coil, the first partial coil and the second partial coil can be arranged in this way in that the first direction and the second direction are the same or substantially the same. Both directions are substantially the same when the angle between the directions is at most 45 ° or at most 30 °, preferably at most 20 °, and more preferably at most 10 °.
  • the devices described above can be designed in particular for coating a surface of a component by high-temperature induction soldering.
  • a method for inductive heating of at least one region of a component at least the region of the component is arranged near a coil device.
  • An auxiliary body is disposed adjacent to the component such that the auxiliary body faces the component in a direction that is perpendicular or substantially perpendicular to the direction of a magnetic field generated by the coil device in the region between the component and the auxiliary body.
  • an alternating magnetic field is generated, which generates an eddy current field at least in the region of the component to be heated.
  • the auxiliary body is not joined with the component.
  • a coating material is first applied to the surface of the component to be coated. After that, with the inductive heating methods described above, at least one of the surface to be coated and the coating material is heated.
  • the component to be heated or the component whose surface is to be coated may be a blade for a stator or rotor disk of an axial compressor or a gas turbine.
  • the surface to be coated may be an end face of the blade, which is arranged at the intended for the blade operation on the outer circumference of the rotor disk or on the inner circumference of the stator.
  • the above described method of inductively heating at least a portion of a component may be used to fabricate a locking head on a rivet.
  • an area of the rivet to be reshaped to the closing head is first heated inductively by one of the methods described above. Then, the heated portion of the rivet is reshaped to the closing head.
  • the effect of the auxiliary body can in particular be based on the proximity effect, which is also referred to in German as a neighborhood effect.
  • a change in the magnetic field generated by the coil means induces an eddy current field in the auxiliary body.
  • the eddy current field generates
  • the auxiliary body can thus contribute to a concentration of an alternating magnetic field generated by the coil device in a region between the auxiliary body and the component. o The magnetic alternating field on the component is thereby reinforced.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device in a view from a first direction
  • Figure 2 is a schematic representation of the device in a view from a second direction
  • Figure 3 is a schematic flow diagram. 5
  • Figures 1 and 2 show schematic representations of a component 10 and a device 20 for inductive heating of at least a portion of the component 10 in views o from two different directions. In the interests of a clear representation, not all features are shown in both FIGS. 1 and 2, since some features are clearly recognizable only in one of the two views. To clarify that the component 10 is not part of the device 20, the component 10 is shown with a broken line. 5 The component 10 has a region 12 to be heated. The area to be heated 12 in this example is a thin layer under a surface portion 14 to be coated. In some applications, only heating of the surface portion 14 is required. In fact, however, at least a very thin layer is heated below the surface portion 14. 0
  • the entire component 10 and in particular the one to be coated Surface portion 14 of the component 10 have a complex geometry. This is indicated here by a slight curvature of the surface section 14.
  • the device 20 for inductively heating at least the region 12, in particular the surface section 14 of the component 10, comprises a coil device 30 and an auxiliary body 40.
  • the coil device 30 comprises a first partial coil 32 and a second partial coil 34.
  • the coil device 30, in particular the partial coils 32 , 34 have electrical connections 36, which are provided in Figure 2 only on the sub-coil 34 with a reference numeral.
  • the partial coils 32, 34 can be supplied with electrical power, in particular with an alternating current, via the electrical connections 36.
  • the sub-coils 32, 34 are arranged so that between the sub-coils 32, 34, a gap 38 is located.
  • the direction of the view shown in FIG. 1 is perpendicular or substantially perpendicular to a plane to which the turns of the sub-coils 32, 34 are parallel or substantially parallel.
  • the two partial coils 32, 34 lie exactly above one another and therefore can not be distinguished.
  • the direction of the magnetic field generated by one of the two sub-coils 32, 34 is in a central region of the respective sub-coil 32, 34 perpendicular to the plane of the figure 1.
  • Figure 2 is the plane to which the windings of Part coils 32, 34 are parallel, perpendicular to the plane and the magnetic field generated by one of the two coil sections 32, 34 in the central region of the respective coil part 32, 34 parallel to the plane of the drawing.
  • an auxiliary body 40 is arranged with a surface portion 44.
  • the surface portion 44 of the auxiliary body 40 is opposite to the surface portion 14 of the component 10.
  • a direction from a middle area of the surface portion 14 of the component 10 to a middle area of the surface portion 44 of the auxiliary body 40 is referred to as the direction of the opposing. It can be seen that this opposite direction in both FIGS. 1 and 2 lies at least approximately in the plane of the drawing.
  • a gap 50 with a defined location-dependent, in particular constant width.
  • the area to be heated 12, in particular the surface portion 14 of the component 10, and the gap 50 are at least approximately in a central region of the intermediate space 38 between the sub-coils 32, 34.
  • the direction of the magnetic field generated by the entire coil device 30 in the gap 50 is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1 and parallel to the plane of the drawing in FIG. 2 and thus perpendicular or substantially perpendicular to the direction of opposing the surface section 14 of the component 10 and the surface portion 44 of the auxiliary body 40th
  • a holding device 60 is provided with a first carrier 62 for the component 10, a second carrier 64 for the coil device 30 and a third carrier 66 for the hip body 40 provided.
  • a connection of the partial coil 32 to the second carrier 64 or the holding device 60 is not shown in the sense of a clear representation.
  • the waist body 40 may comprise a diamagnetic or even a paramagnetic or ferromagnetic material. Furthermore, the hip body can have a defined location-dependent or constant electrical conductivity. The hip body 40 is in particular not intended or designed to be joined to the component 10. Dimensions and shape of the sub-coils 32, 34 and their relative arrangement may differ from the illustration in Figures 1 and 2. For example, the partial coil 32, 34 may have a spacing which corresponds to the width of a partial coil. Further, each of the sub-coils 32, 34 may have a different shape from a rectangle or an oval with two parallel straight sections. Furthermore, the turns of the sub-coils 32, 34 need not be parallel to a plane.
  • FIGS. 3 and 4 show schematic flowcharts of two methods.
  • reference numerals from FIGS. 1 and 2 are used below. The methods are, however, both on components that differ from the above with reference to FIGS 2 and 2 as well as devices different from those described above with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram of a method for coating a surface section 14 of a component 10.
  • a coating material is applied to the surface section 14 of the component 10 to be coated.
  • the surface portion 14 of the component 10 to be coated is arranged near a coil device 30, in particular in a gap between partial coils 32, 34 of the coil device 30.
  • an auxiliary body 40 is arranged adjacent to the component 10 such that the auxiliary body 40 faces the component 10 and in particular a surface portion 44 of the auxiliary body 40 to the surface portion 14 of the component 10 to be coated in a direction perpendicular or in the Is substantially perpendicular to a direction of a magnetic field that can be generated by the coil means 30 in the region between the component 10 and the auxiliary body 30.
  • an alternating magnetic field is generated by means of the coil device 30, which generates an eddy current field on the surface portion 14 of the component 10 to be coated. Due to the electrical resistance of the material of the component 10, the eddy current field heats the component 10, at least the region 12 in which the eddy current field is generated.
  • an eddy current field is generated in the coating material applied at the first step 101, which heats the latter.
  • the coating material bonds to the surface 14 of the component.
  • the preparation of this compound may be a soldering process, in particular a high temperature soldering.
  • FIG. 4 shows a schematic flow diagram of a method for producing a closing head on a rivet.
  • a rivet is placed in a hole in one or two elements to be mechanically connected together.
  • a region of the rivet to be reshaped to form the closing head is arranged near a coil device.
  • an auxiliary body is arranged adjacent to the rivet or to the element (s) such that the auxiliary body faces the rivet (s) in a direction that is perpendicular or substantially is perpendicular to the direction of a magnetic field generated by the coil means 30 in the region between the rivet and the elements and the auxiliary body.
  • a fourth step 114 an alternating magnetic field is generated by means of the coil device 30, which generates an eddy current field at least either in the region of the rivet to be heated or in the element (s).
  • a fifth step 115 the area of the rivet to be reshaped is converted into a closing head.
  • the second step 102 or 112 the third step 103 or 113 and the fourth step 104 or 114 form a method for inductive heating of at least one area of a component, for example a rivet or blade for an axial compressor or a turbine.
  • This method of inductive heating can also be used in the context of other processes.
  • the auxiliary body is not joined in particular with the component. Instead, it can be reused when heating other components.

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Abstract

Eine Vorrichtung (20) zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich (12, 14) eines Bauteils (10) umfasst eine Spuleneinrichtung (30) zur Erzeugung eines Magnetfelds an zumindest dem Bereich (12, 14) des Bauteils (10) und einen Hilfskörper (40) zur Anordnung benachbart zu dem Bauteil (10) im Magnetfeld der Spuleneinrichtung (30) so, dass der Hilfskörper (40) dem Bauteil (10) in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung (30) im Bereich zwischen Bauteil (10) und Hilfskörper (40) erzeugt werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteils und insbesondere auf Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Bauteils oder zum Herstellen eines Schließkopfs an einem Niet.
Eine induktive Erwärmung eines Bauteils oder eines Bereichs eines Bauteils ist Teil vieler Prozesse zur Bearbeitung von Bauteilen. Ein Beispiel ist die Beschichtung von Schaufelspitzen von Turbinenschaufeln für Axialverdichter oder Turbinen für Gasturbinentriebwerke für Luftfahrzeuge oder andere mobile oder stationäre Anwendungen. Die Herstellung solcher Be- schichtungen wird auch als Tipcoding bezeichnet. Ein Beispiel ist das CBN-Tipcoding (CBN = Cubic Boron Nitride = Kubisches Bornitrid). Verfahren, bei denen Beschichtungen durch Löten aufgebracht werden und das zu beschichtende Bauteil und/oder die Beschichtung induktiv erwärmt werden, werden auch als Induktionslötverfahren bezeichnet.
Beim erwähnten Beispiel des Beschichtens von Schaufelspitzen sind vor allem beim Induktionslöten zwei wesentliche Anforderungen zu erfüllen. Um die thermische Belastung für die Schaufel möglichst gering zu halten, sollte die Wärme nur möglichst lokal an der Schaufelspitze eingebracht werden. Um ein einwandfreies und reproduzierbares Produkt zu erhalten, ist eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über die zu lötende bzw. zu beschichtende Fläche erwünscht. Bei bisher zur Beschichtung von Schaufelspitzen verwendeten Induktionslötverfahren wird eine starke Abhängigkeit der erzeugten Temperaturverteilung vom Abstand zwischen Schaufelspitze und Induktionsspule beobachtet. Die gerade bei den üblicherweise komplexen Geometrien von Schaufeln resultierende inhomogene Temperaturverteilung beein- flusst das Ergebnis des Prozesses negativ und führt zu einer hohen Ausschussrate. Insbesondere wird eine Überhitzung an den vorderen und hinteren Schaufelkanten beobachtet.
In der De 100 38 158 Al ist ein Verfahren zum Verbinden von Gegenständen mittels plastisch verformbarer Verbindungskörper beschrieben. Eine Strahlungsheizung umgibt mit engem Ab- stand den Verbindungskörper. Wenn der Verbindungskörper sich in einem plastifizierten Zustand befindet, wird er mittels eines Formstempels 11 zu einem Nietkopf verformt.
In der DE 39 09 733 Al sind Verfahren und Vorrichtungen zum Reparieren oder Herstellen 5 einer beschaufelten Scheibe beschrieben. Um den vorgesehenen Verbindungsbereich wird eine Induktionsheizspulenvorrichtung angeordnet.
In der DE 196 30 488 Al sind Verfahren zum Fügen durch Umformen beschrieben. Für eine berührungslose Erwärmung der Fügeteile sind Induktionsschleifen um einem stempelseitigen o und um einem matrizenseitigen Werkzeug vorgesehen.
In der nachveröffentlichten DE 10 2007 054 782 Al sind Vorrichtungen zur induktiven Erwärmung von Fügeflächen von metallischen Bauelementen mittels einer Induktionsspule beschrieben. 5
In der US 4,197,441 Al sind Anordnungen für ein Hochfrequenz-Induktionsschweißen beschrieben. Bei allen in Text und Bild dargestellten Ausführungsformen liegen zwei mit einander zu verbindende Flächen einander gegenüber.
o Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum induktiven Erwärmen, insbesondere zum Beschichten einer Oberfläche eines Bauteils und zum Herstellen eines Schließkopfs an einem Niet zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. 5
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich eines Bauteils um- fasst eine Spuleneinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds an zumindest dem Bereich des0 Bauteils. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Hilfskörper, der ausgebildet ist, um nicht mit dem Bauteil (10) gefügt zu werden, und um benachbart zu dem Bauteil im Magnetfeld der Spuleneinrichtung so angeordnet zu werden, dass der Hilfskörper dem Bauteil in einer Rieh- tung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung im Bereich zwischen Bauteil und Hilfskörper erzeugt werden kann. Die Spuleneinrichtung kann eine oder mehrere Teilspulen umfassen, die beispielsweise beiderseits des Bauteils und des Hilfskörpers angeordnet sein können. Mit der 5 Richtung des Gegenüberliegens ist insbesondere eine Richtung von einem zu erwärmenden bzw. zu bearbeitenden Ort oder von einem Mittelpunkt einer zu erwärmenden bzw. zu bearbeitenden Fläche zu einem gegenüber liegenden oder zu diesem Ort bzw. Mittelpunkt nächst benachbarten Ort am Hilfskörper gemeint. Die Richtung des Gegenüberliegens und die Richtung des Magnetfelds sind im Wesentlichen senkrecht, wenn der Winkel zwischen beiden Richtun- l o gen mindestens 45° oder mindestens 60°, bevorzugt mindestens 70° und besonders bevorzugt mindestens 80° beträgt.
Der Hilfskörper kann ein diamagnetisches oder auch ein paramagnetisches oder ferromagneti- sches Material aufweisen, das elektrisch isolierend sein oder eine definierte oder Undefinierte
15 elektrische Leitfähigkeit aufweisen kann. Die magnetischen Eigenschaften des Hilfskörpers sowie seine elektrische Leitfähigkeit können an das Bauteil, den zu erwärmenden Bereich des Bauteils und an das Material des Bauteils, insbesondere die magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Materials, in dem zu erwärmenden Bereich angepasst werden. Diese Anpassung kann aufgrund von Versuchen bzw. Versuchsreihen oder mittels numerischer Simulation
20 erfolgen. Ergebnis der Anpassung kann insbesondere eine definierte Ortsabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen Eigenschaften des Hilfskörpers sein.
Der Hilfskörper kann einen ersten Oberflächenabschnitt aufweisen, dessen Form an die Form eines zweiten Oberflächenabschnitts des Bauteils angepasst ist. Der Hilfskörper kann dann
25 dafür ausgebildet sein, so angeordnet zu werden, dass der erste Oberflächenabschnitt des
Hilfskörpers dem zweiten Oberflächenabschnitt des Bauteils gegenüber liegt. Die Anpassung der Form des ersten Oberflächenabschnitts des Hilfskörpers an die Form des zweiten Oberflächenabschnitts des Bauteils kann insbesondere so erfolgen, dass bei der vorgesehenen relativen Anordnung des Hilfskörpers und des Bauteils ein definierter Spalt zwischen beiden verbleibt.
30 Die Breite des Spalts ist beispielsweise konstant oder weist eine definierte Ortsabhängigkeit auf. Für eine definierte relative Anordnung der Spuleneinrichtung, des Bauteils und des Hilfskör- pers kann eine Halteeinrichtung zum Halten der Spuleneinrichtung, des Bauteils und des Hilfs- körpers vorgesehen sein, wobei die Halteeinrichtung so ausgebildet ist, dass der Hilfskörper dem Bauteil in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung des Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung im Bereich zwischen Bauteil und Hilfskörper erzeugt werden kann.
Die Spuleneinrichtung kann eine erste Teilspule und eine zweite Teilspule und zwischen der ersten Teilspule und der zweiten Teilspule einen Zwischenraum, der für die Anordnung des Bauteils und/oder des Hilfskörpers vorgesehen ist, aufweisen. Wenn ein von der ersten Teilspule erzeugtes Magnetfeld in einem mittleren Bereich der ersten Teilspule eine erste Richtung aufweist und ein von der zweiten Teilspule erzeugtes Magnetfeld in einem mittleren Bereich der zweiten Teilspule eine zweite Richtung aufweist, können die erste Teilspule und die zweite Teilspule so angeordnet sein, dass die erste Richtung und die zweite Richtung gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Beide Richtungen sind im Wesentlichen gleich, wenn der Winkel zwischen den Richtungen höchstens 45° oder höchstens 30°, bevorzugt höchstens 20° und besonders bevorzugt höchstens 10° beträgt.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen können insbesondere zum Beschichten einer Oberfläche eines Bauteils durch Hochtemperatur-Induktionslöten ausgebildet sein.
Bei einem Verfahren zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich eines Bauteils wird zumindest der Bereich des Bauteils nahe einer Spuleneinrichtung angeordnet. Ein Hilfskörper wird benachbart zu dem Bauteil so angeordnet, dass der Hilfskörper dem Bauteil in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung im Bereich zwischen Bauteil und Hilfskörper erzeugt wird. Mittels der Spuleneinrichtung wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das ein Wirbelstromfeld zumindest in dem zu erwärmenden Bereich des Bauteils erzeugt. Der Hilfskörper wird nicht mit dem Bauteil gefügt.
Bei einem Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Bauteils wird zunächst ein Be- schichtungsmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils aufgebracht. Danach wird mit den vorstehend beschriebenen Verfahren zum induktiven Erwärmen zumindest entweder die zu beschichtende Oberfläche oder das Beschichtungsmaterial erwärmt.
Bei allen vorstehend beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren kann das zu erwärmende 5 Bauteil bzw. das Bauteil, dessen Oberfläche zu beschichten ist, eine Schaufel für eine Statoroder Rotorscheibe eines Axialverdichters oder einer Gasturbine sein. In diesem Fall kann die zu beschichtende Oberfläche eine Stirnfläche der Schaufel sein, die beim für die Schaufel vorgesehenen Betrieb am äußeren Umfang der Rotorscheibe bzw. am inneren Umfang der Statorscheibe angeordnet ist. 0
Das oben beschriebene Verfahren zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich eines Bauteils kann zum Herstellen eines Schließkopfs an einem Niet verwendet werden. Dabei wird zunächst ein zum Schließkopf umzuformender Bereich des Niets nach einem der oben beschriebenen Verfahren induktiv erwärmt. Dann wird der erwärmte Bereich des Niets zum5 Schließkopf umgeformt.
Bei den oben beschriebenen Verfahren zum induktiven Erwärmen, zum Beschichten bzw. zum Herstellen eines Schließkopfs kann insbesondere eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen verwendet werden. Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen können für die Aus- o führung von einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet sein.
Die Wirkung des Hilfskörpers kann insbesondere auf dem Proximity-Effekt beruhen, der im Deutschen auch als Nachbarschaft-Effekt bezeichnet wird. Wenn der Hilfskörper ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, induziert eine Änderung des von der Spuleneinrichtung erzeug- 5 ten Magnetfelds ein Wirbelstromfeld in dem Hilfskörper. Das Wirbelstromfeld erzeugt ein
Gegenmagnetfeld entgegen der Änderung des Magnetfelds. Anders ausgedrückt verzögert das Wirbelstromfeld das Eindringen der Änderung des Magnetfelds in den Hilfskörper. Der Hilfskörper kann so zu einer Konzentration eines von der Spuleneinrichtung erzeugten magnetischen Wechselfelds in einem Bereich zwischen dem Hilfskörper und dem Bauteil beitragen. o Das magnetische Wechselfeld am Bauteil wird dadurch verstärkt. Kurzbeschreibung der Figuren
5 Nachfolgend werden Ausfuhrungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung in einer Ansicht aus einer ersten Richtung; 0
Figur 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in einer Ansicht aus einer zweiten Richtung; und
Figur 3 ein schematisches Flussdiagramm. 5
Beschreibung der Ausführungsformen
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen eines Bauteils 10 und einer Vorrichtung 20 zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich des Bauteils 10 in Ansichten o aus zwei verschiedenen Richtungen. Im Sinne einer klaren Darstellung sind nicht alle Merkmale in beiden Figuren 1 und 2 gezeigt, da manche Merkmale nur in einer der beiden Ansichten klar erkennbar sind. Um zu verdeutlichen, dass das Bauteil 10 nicht Teil der Vorrichtung 20 ist, ist das Bauteil 10 mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. 5 Das Bauteil 10 weist einen zu erwärmenden Bereich 12 auf. Der zu erwärmende Bereich 12 ist in diesem Beispiel eine dünne Schicht unter einem zu beschichtenden Oberflächenabschnitt 14. Bei manchen Anwendungen ist nur eine Erwärmung des Oberflächenabschnitts 14 erforderlich. Tatsächlich erwärmt wird jedoch zumindest eine sehr dünne Schicht unter dem Oberflächenabschnitt 14. 0
Wenn das Bauteil 10 eine Schaufel für eine Stator- oder Rotorscheibe eines Axialverdichters oder einer Turbine ist, können das gesamte Bauteil 10 und insbesondere der zu beschichtende Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 eine komplexe Geometrie aufweisen. Dies ist hier durch eine leichte Krümmung des Oberflächenabschnitts 14 angedeutet.
Die Vorrichtung 20 zum induktiven Erwärmen von zumindest dem Bereich 12, insbesondere dem Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 umfasst eine Spuleneinrichtung 30 und einen Hilfskörper 40. Die Spuleneinrichtung 30 umfasst eine erste Teilspule 32 und eine zweite Teilspule 34. Die Spuleneinrichtung 30, insbesondere die Teilspulen 32, 34 weisen elektrische Anschlüsse 36 auf, die in Figur 2 nur an der Teilspule 34 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Über die elektrischen Anschlüsse 36 können die Teilspulen 32, 34 mit elektrischer Leis- tung, insbesondere mit einem Wechselstrom versorgt werden. Die Teilspulen 32, 34 sind so angeordnet, dass zwischen den Teilspulen 32, 34 ein Zwischenraum 38 liegt.
Die Richtung der in Figur 1 dargestellten Ansicht ist senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene, zu der die Windungen der Teilspulen 32, 34 parallel oder im Wesentli- chen parallel sind. In der Darstellung in Figur 1 liegen die beiden Teilspulen 32, 34 genau über einander und können deshalb nicht unterschieden werden.
Die Richtung des Magnetfelds, das von einer der beiden Teilspulen 32, 34 erzeugt wird, ist in einem mittleren Bereich der jeweiligen Teilspule 32, 34 senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1. Bei der Darstellung in Figur 2 ist die Ebene, zu der die Windungen der Teilspulen 32, 34 parallel sind, senkrecht zur Zeichenebene und das von einer der beiden Teilspulen 32, 34 im mittleren Bereich der jeweiligen Teilspule 32, 34 erzeugte Magnetfeld parallel zur Zeichenebene.
Gegenüber dem Bauteil 10 ist ein Hilfskörper 40 mit einem Oberflächenabschnitt 44 angeordnet. Der Oberflächenabschnitt 44 des Hilfskörpers 40 liegt dem Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 gegenüber. Als Richtung des Gegenüberliegens wird insbesondere eine Richtung von einem mittleren Bereich des Oberflächenabschnitts 14 des Bauteils 10 zu einem mittleren Bereich des Oberflächenabschnitts 44 des Hilfskörpers 40 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass diese Richtung des Gegenüberliegens in beiden Figuren 1 und 2 jeweils zumindest näherungsweise in der Zeichenebene liegt. Zwischen dem Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 und dem Oberflächenabschnitt 44 des Hilfskörpers 40 ist ein Spalt 50 mit einer definierten ortsabhängigen, insbesondere konstanten Breite. Der zu erwärmende Bereich 12, insbesondere der Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10, und der Spalt 50 liegen zumindest näherungsweise in einem mittleren Bereich des Zwi- schenraums 38 zwischen den Teilspulen 32, 34. Bei dieser Anordnung und einer Geometrie der Teilspulen 32, 34, wie sie in den Figuren 1 und 2 angedeutet ist, ist die Richtung des von der gesamten Spuleneinrichtung 30 erzeugten Magnetfelds im Spalt 50 senkrecht zur Zeichenebene in Figur 1 und parallel zur Zeichenebene in Figur 2 und damit senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Richtung des Gegenüberliegens des Oberflächenabschnitts 14 des Bauteils 10 und des Oberflächenabschnitts 44 des Hilfskörpers 40.
Um die beschriebene relative Anordnung des Bauteils 10, der Spuleneinrichtung 30 und des Hilfskörpers 40 aufrechtzuerhalten, ist eine Halteeinrichtung 60 mit einem ersten Träger 62 für das Bauteil 10, einem zweiten Träger 64 für die Spuleneinrichtung 30 und einem dritten Trä- ger 66 für den Hüfskörper 40 vorgesehen. Eine Verbindung der Teilspule 32 zu dem zweiten Träger 64 oder der Halteeinrichtung 60 ist im Sinne einer übersichtlichen Darstellung nicht gezeigt.
Der Hüfskörper 40 kann ein diamagnetisches oder auch ein paramagnetisches oder ferromag- netisches Material aufweisen. Ferner kann der Hüfskörper eine definierte ortsabhängige oder konstante elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Der Hüfskörper 40 ist insbesondere nicht dazu vorgesehen oder ausgebildet, um mit dem Bauteil 10 gefügt zu werden. Abmessungen und Gestalt der Teilspulen 32, 34 sowie deren relative Anordnung können von den Darstellung in den Figuren 1 und 2 abweichen. Beispielsweise können die Teilspule 32, 34 einen Abstand aufweisen, welcher der Breite einer Teilspule entspricht. Ferner kann jede der Teilspulen 32, 34 eine von einem Rechteck oder einem Oval mit zwei parallelen geraden Abschnitten abweichende Form aufweisen. Ferner müssen die Windungen der Teilspulen 32, 34 nicht parallel zu einer Ebene sein.
Die Figuren 3 und 4 zeigen schematische Flussdiagramme zweier Verfahren. Um das Verständnis zu erleichtern, werden nachfolgend Bezugszeichen aus den Figuren 1 und 2 verwendet. Die Verfahren sind aber sowohl an Bauteilen, die sich von den oben anhand der Figuren 1 und 2 dargestellten unterscheiden, als auch mit Vorrichtungen, die sich von den oben anhand der Figuren 1 und 2 dargestellten unterscheiden, durchfuhrbar.
Figur 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Beschichten eines Ober- flächenabschnitts 14 eines Bauteils 10. Bei einem ersten Schritt 101 wird ein Beschichtungs- material auf den zu beschichtenden Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 aufgebracht. Bei einem zweiten Schritt 102 wird der zu beschichtende Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 nahe einer Spuleneinrichtung 30, insbesondere in einem Zwischenraum zwischen Teilspulen 32, 34 der Spuleneinrichtung 30 angeordnet. Bei einem dritten Schritt 103 wird ein Hilfskörper 40 benachbart zu dem Bauteil 10 so angeordnet, dass der Hilfskörper 40 dem Bauteil 10 und insbesondere ein Oberflächenabschnitt 44 des Hilfskörpers 40 dem zu beschichtenden Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung 30 im Bereich zwischen dem Bauteil 10 und dem Hilfskörper 30 erzeugt werden kann. Bei einem vierten Schritt 104 wird mittels der Spuleneinrichtung 30 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das ein Wirbelstromfeld an dem zu beschichtenden Oberflächenabschnitt 14 des Bauteils 10 erzeugt. Aufgrund des elektrischen Widerstands des Materials des Bauteils 10 erwärmt das Wirbelstromfeld das Bauteil 10, zumindest den Bereich 12, in dem das Wirbelstromfeld erzeugt wird. Alternativ oder zusätzlich wird ein Wirbelstromfeld in dem beim ers- ten Schritt 101 aufgebrachten Beschichtungsmaterial erzeugt, das dieses erwärmt. Bei der resultierenden erhöhten Temperatur an der Oberfläche 14 des Bauteils und im Beschichtungsmaterial verbindet sich das Beschichtungsmaterial mit der Oberfläche 14 des Bauteils. Die Herstellung dieser Verbindung kann ein Lötvorgang sein, insbesondere ein Hochtemperatur- Lötvorgang.
Figur 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Schließkopfs an einem Niet. Bei einem ersten Schritt 111 wird ein Niet in einem Loch in einem oder zwei miteinander mechanisch zu verbindenden Elementen angeordnet. Bei einem zweiten Schritt 112 wird ein zum Schließkopf umzuformender Bereich des Niets nahe einer Spuleneinrichtung angeordnet. Bei einem dritten Schritt 113 wird ein Hilfskörper benachbart zu dem Niet oder zu dem bzw. den Elementen so angeordnet, dass der Hilfskörper dem Niet bzw. den Elementen in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung 30 im Bereich zwischen dem Niet bzw. den Elementen und dem Hilfskörper erzeugt wird. Bei einem vierten Schritt 114 wird mittels der Spuleneinrichtung 30 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das ein Wirbelstromfeld zumindest entweder in dem zu erwärmenden Bereich des Niets oder in dem bzw. den Elementen erzeugt. Bei einem fünften Schritt 115 wird der umzuformende Bereich des Niets zu einem Schließkopf umgeformt.
Bei beiden in den Figuren 3 und 4 dargestellten Verfahren bilden jeweils der zweite Schritt 102 bzw. 112, der dritte Schritt 103 bzw. 113 und der vierte Schritt 104 bzw. 114 ein Verfah- ren zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich eines Bauteils, beispielsweise eines Niets oder einer Schaufel für einen Axialverdichter oder eine Turbine. Dieses Verfahren zum induktiven Erwärmen ist auch im Rahmen anderer Prozesse einsetzbar. Bei beiden in den Figuren 3 und 4 dargestellten Verfahren wird der Hilfskörper insbesondere nicht mit dem Bauteil gefügt. Stattdessen kann er beim Erwärmen anderer Bauteile wiederverwendet werden.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung (20) zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich (12, 14) eines Bauteils (10), mit:
5 einer Spuleneinrichtung (30) zur Erzeugung eines Magnetfelds an zumindest dem Bereich (12, 14) des Bauteils (10);
einem Hilfskörper (40), der ausgebildet ist, um nicht mit dem Bauteil (10) gefugt zu0 werden, und um benachbart zu dem Bauteil (10) im Magnetfeld der Spuleneinrichtung
(30) so angeordnet zu sein, dass der Hilfskörper (40) dem Bauteil (10) in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung (30) im Bereich zwischen Bauteil (10) und Hilfskörper (40) erzeugt werden kann. 5
2. Vorrichtung (20) nach dem vorangehenden Vorrichtungsanspruch, bei welcher der Hilfskörper (40) einen ersten Oberflächenabschnitt (44) aufweist, dessen Form an die Form eines zweiten Oberflächenabschnitts (14) des Bauteils (10) angepasst ist, wobei der Hilfskörper (40) dafür ausgebildet ist, so angeordnet zu werden, dass der erste Oberflä- o chenabschnitt (44) des Hilfskörpers (40) dem zweiten Oberflächenabschnitt (14) des
Bauteils (10) gegenüber liegt.
3. Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, ferner mit: 5 einer Halteeinrichtung (60), die ausgebildet ist, um die Spuleneinrichtung (30), das
Bauteil (10) und den Hilfskörper (40) so zu halten, dass der Hilfskörper (40) dem Bauteil (10) in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu der Richtung des Magnetfeld, das von der Spuleneinrichtung (30) im Bereich zwischen Bauteil (10) und Hilfskörper (40) erzeugt werden kann. 0
4. Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Spuleneinrichtung (30) eine erste Teilspule (32) und eine zweite Teilspule (34) und zwi- sehen den Teilspulen (32, 34) einen Zwischenraum (38), der für die Anordnung des Bauteils (10) vorgesehen ist, aufweist.
5. Vorrichtung (20) nach dem vorangehenden Vorrichtungsanspruch, bei der die erste Teil- spule (32) und die zweite Teilspule (34) so angeordnet sind, dass das von der ersten Teilspule (32) erzeugte Magnetfeld in einem mittleren Bereich der ersten Teilspule (32) eine erste Richtung aufweist, und dass das von der zweiten Teilspule (34) erzeugte Magnetfeld in einem mittleren Bereich der zweiten Teilspule (34) eine zweite Richtung aufweist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
6. Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Vorrichtung (20) zum Beschichten eines Oberflächenabschnitts (14) eines Bauteils (10) durch Hochtemperatur-Induktionslöten ausgebildet ist.
7. Verfahren zum induktiven Erwärmen von zumindest einem Bereich (12, 14) eines Bauteils (10), mit folgenden Schritten:
Anordnen (102; 112) von zumindest dem Bereich (12, 14) des Bauteils (10) nahe einer Spuleneinrichtung (30);
Anordnen (103; 113) eines Hilfskörpers (40) benachbart zu dem Bauteil (10) so, dass der Hilfskörper (40) dem Bauteil (10) in einer Richtung gegenüber liegt, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ist zu einer Richtung eines Magnetfelds, das von der Spuleneinrichtung (30) im Bereich zwischen Bauteil (10) und Hilfskörper (40) erzeugt werden kann;
Erzeugen (104; 114) eines magnetischen Wechselfelds mittels der Spuleneinrichtung (30), wobei das magnetische Wechselfeld ein Wirbelstromfeld zumindest in dem Bereich (12, 14) des Bauteils (10) erzeugt,
wobei der Hilfskörper (40) nicht mit dem Bauteil (10) gefügt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche, bei dem der Hilfskörper (40) einen ersten Oberflächenabschnitt (44) aufweist, dessen Form an die Form eines zweiten Oberflächenabschnitts (14) des Bauteils (10) angepasst ist, wobei der Hilfskör- per (40) so angeordnet wird, dass der erste Oberflächenabschnitt (44) des Hilfskörpers
(40) dem zweiten Oberflächenabschnitt (14) des Bauteils (10) gegenüber liegt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche, bei dem das Bauteil (10) und der Hilfskörper (40) jeweils zumindest teilweise in einem Zwischenraum (38) zwi- sehen einer ersten Teilspule (32) und einer zweiten Teilspule (34) der Spuleneinrichtung (30) angeordnet werden.
10. Verfahren nach dem vorangehenden Verfahrensanspruch, bei dem die erste Teilspule (32) und die zweite Teilspule (34) so angeordnet werden, dass das von der ersten Teil- spule (32) erzeugte Magnetfeld in einem mittleren Bereich der ersten Teilspule (32) eine erste Richtung hat, und dass das von der zweiten Teilspule (34) erzeugte Magnetfeld in einem mittleren Bereich der zweiten Teilspule (34) eine zweite Richtung hat, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
11. Verfahren zum Beschichten eines Oberflächenabschnitts (14) eines Bauteils (10), mit folgenden Schritten:
Aufbringen (101) eines Beschichtungsmaterials auf den zu beschichtenden Oberflächenabschnitt (14) des Bauteils (10);
Erwärmen zumindest entweder des zu beschichtenden Oberflächenabschnitts (14) oder des Beschichtungsmaterials nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche.
12. Verfahren nach dem vorangehenden Verfahrensanspruch, wobei das Bauteil (10) eine Schaufel für eine Stator- oder Rotorscheibe eines Axialverdichters oder einer Gasturbine ist, und wobei der zu beschichtende Oberflächenabschnitt (14) eine Stirnfläche der Schaufel ist, die beim für die Schaufel vorgesehenen Betrieb am äußeren Umfang der Rotorscheibe bzw. am inneren Umfang der Statorscheibe angeordnet ist.
13. Verfahren zum Herstellen eines Schließkopfs an einem Niet, mit folgenden Schritten:
Erwärmen eines zum Schließkopf umzuformenden Bereichs eines Niets nach einem der Ansprüche 7 bis 10;
Umformen (115) des umzuformenden Bereichs des Niets zu einem Schließkopf.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Verfahrensansprüche, bei dem eine Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche verwendet wird.
15. Vorrichtung (20) nach einem der vorangehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Vorrichtung (20) für die Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden
Verfahrensansprüche ausgebildet ist.
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