EP2876183B1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung Download PDF

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EP2876183B1
EP2876183B1 EP14188316.5A EP14188316A EP2876183B1 EP 2876183 B1 EP2876183 B1 EP 2876183B1 EP 14188316 A EP14188316 A EP 14188316A EP 2876183 B1 EP2876183 B1 EP 2876183B1
Authority
EP
European Patent Office
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coating
data
coated
deviation
time
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14188316.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2876183A2 (de
EP2876183A3 (de
Inventor
Andy Borchardt
Tobias Brett
Karsten Klein
Khaled Maiz
Catrina Michel
Alexandr Sadovoy
Martin Witzel
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2876183A2 publication Critical patent/EP2876183A2/de
Publication of EP2876183A3 publication Critical patent/EP2876183A3/de
Application granted granted Critical
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Not-in-force legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/02—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
    • B05B13/0431—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation with spray heads moved by robots or articulated arms, e.g. for applying liquid or other fluent material to 3D-surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a coating method for the automated application of a spray coating onto a component surface of a component to be coated.
  • the component may in particular be a turbine component, such as a turbine blade.
  • the present invention relates to a coating apparatus for the automated application of a spray coating on a component surface to be coated of a component.
  • the EP 1 864 719 A1 describes a method for predicting the thickness of a sprayed coating in a robotic spraying process.
  • the EP 2 468 463 A2 describes a method for creating coating paths for components having complex geometries, such as gas turbine rotor blades and vanes.
  • the coating thickness is calculated offline using a simulation model for the spray profile. Is the Coating thickness within the tolerances, the process for generating the coating path is terminated. If the coating thickness is not within the tolerances, an adjustment of the coating path and a new simulation of the coating to determine the coating thickness.
  • the object of the present invention is to provide an advantageous method and an advantageous apparatus for the automated application of a spray coating to a component surface of a component to be coated, which allow a rapid reaction to deviations of the coating from the desired coating.
  • This object is achieved by a coating method according to claim 1 or a coating device according to claim 16.
  • it is an object to provide an advantageous monitoring device for monitoring the automated application of a spray coating. This object is achieved by a monitoring device according to claim 13.
  • the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
  • the simulation of the coating based on the detected web data and the acquired process data makes it possible to quickly determine a deviation of the actual coating from the desired coating, which in turn makes it possible to quickly make corrections to the coating, in particular in an automated manner.
  • An automated correction of the coating on the component surface to be coated can take place, in particular, if the calculation of the deviation results in a deviation of the simulated coating from the desired coating, which exceeds a permissible deviation. If the calculation of the deviation occurs during or immediately after the injection process, a possible correction can be made even before the turbine blade is removed from the coating machine. In this way, no re-clamping the turbine blade into the coating machine, thereby ensuring that the orientation of the turbine blade during correction coincides with the orientation during the original spraying process.
  • the correction takes place by applying a correction coating by means of a further spraying process after the completion of the spraying process for which the web data and the process data were recorded in a time-resolved manner. This may be done immediately following the application of the original coating having the deviation, so that it is not necessary to clamp and relock the blade into the coating machine.
  • the web data and the process data for the further injection process are determined from the deviation of the simulated coating obtained from the simulated injection process from the desired coating.
  • the injection process is simulated during the execution of the injection process in which the web data and the process data are recorded in a time-resolved manner.
  • an online simulation of this injection process takes place during the original injection process.
  • online simulation offers the possibility of correcting the process data of the current injection process by means of correction data.
  • the correction data are determined from the deviation of the simulated coating obtained from the simulated injection process from the desired coating. During the correction of the coating, the application of the coating and the correction of the coating can take place in the same injection process.
  • the correction data are determined within a time period in the range of less than 5 seconds, in particular less than 1 second, and preferably in the range of less than 100 milliseconds so that a rapid correction is possible, ie still so long as the spray nozzle is still in or near the coating area to be corrected.
  • updated path data and / or updated process data can be determined based on the deviation of the simulated coating obtained from the simulated spraying process based on which the web data and / or the process data for the next for a component with the same Geometry of the surface to be coated to be performed injection process to be updated. In this way, in the case of the next component, the deviations between the simulated coating and the actual coating ascertained in the previously coated component can be avoided or at least reduced.
  • the deviation of the simulated coating obtained by the simulated injection process from the desired coating can be graphically represented.
  • Such a representation can provide an operator with meaningful information about the spraying process carried out. If the graphical representation is generated within a time range of less than 5 seconds, in particular less than 1 second, and preferably in the range of less than 100 milliseconds, an online monitoring of the injection process that has just been carried out can be achieved.
  • the monitoring device according to the invention together with a spraying device, makes it possible to carry out the method according to the invention and thus makes it possible to realize the properties and advantages described with reference to the method according to the invention. Reference is therefore made to the properties and advantages described with reference to the method according to the invention.
  • the latter additionally comprises a correction data calculation unit that is connected to the deviation calculation unit for receiving the calculated deviation.
  • the correction data calculation unit calculates correction data for Correcting the coating on the component surface to be coated if the calculated deviation exceeds a permissible deviation.
  • the correction data calculation unit therefore makes it possible to correct the applied coating as described above in the context of the method according to the invention, in particular if it is part of a coating device, which also has a spraying device with a spray nozzle which can be moved along a specific path relative to the component surface to be coated in the course of an injection process Having control unit for controlling the injection process.
  • this embodiment makes it possible to rework the web and process data for the application of the coating to the next component to be coated with the same surface geometry of the component surface to be coated.
  • the coating apparatus of the present embodiment includes a spraying apparatus 1 including a spray nozzle 3 and a control unit 5.
  • the spray nozzle 3 can be moved to apply a spray coating on a component surface to be coated component of a component relative to the component surface to be coated.
  • the component to be coated is a turbine component, namely an in FIG. 1
  • This turbine blade 7 has a blade blade 9, a blade platform 11 adjoining the blade blade 9, and a blade root 13 extending from the blade platform.
  • the component surface to be coated corresponds in such a turbine blade usually the surface of the blade 9 and parts of the surface of the blade platform 11.
  • the surface of the blade root and the blade root facing portions of the surface of the blade platform 11, however, are usually not spray-coated.
  • the present invention is described according to the embodiment by the spray coating of a turbine blade 7, the invention can also in the context of coating surfaces of other components, in particular other turbine components come into use. Examples of other turbine components include combustor liners or burner parts.
  • the spray device 1 has an in FIG. 1 not shown kinematics, which may be any suitable kinematics, which provides sufficient degrees of freedom to allow the coating of the surface to be coated of the turbine blade 7.
  • a robot arm can be used, in particular one that provides 6 degrees of freedom, namely 3 translatory degrees of freedom and 3 rotational degrees of freedom.
  • the control unit 5 of the spray device 1 controls the path along which the spray nozzle 3 is moved when coating the surface of the turbine blade 7 to be coated relative to the surface to be coated.
  • the control unit 5 controls the spraying parameters of the spraying process, which can be different parameters depending on the spraying method used. As parameters, for example, the feed rate at which the spray powder is supplied, and, depending on the spray method, an applied voltage, a feed rate for fuel gas, etc. into consideration.
  • Parameters that can be indirectly influenced by the controller are, for example, the kinetic energy with which the sprayed particles impinge on the component surface to be coated, the degree to which the sprayed particles are melted, the particles either not being melted at all, such as For example, during cold gas spraying, partially melted or completely melted.
  • atmospheric plasma spraying APS
  • low pressure plasma spraying LPPS
  • low vacuum plasma spraying LVPS
  • high velocity oxygen spraying HVOF
  • similar thermal spraying techniques are contemplated as spraying techniques.
  • the coating device according to the invention further comprises a monitoring device according to the invention with which the injection process can be monitored.
  • This monitoring device 14 comprises an input interface 15, via which geometry data of the surface to be coated can be entered into the monitoring device.
  • the geometry data can be obtained, for example, from a computer-implemented model of the turbine blade 7.
  • the geometric data may also include data on the position and orientation of the turbine blade 7 or of the respective component to be coated in the coating device.
  • the monitoring device comprises a web data acquisition unit 17 and a process data acquisition unit 19.
  • the two units are connected to the control unit 5 of the spray device 1 and receive from the control unit 5 time-resolved the web data of the spray nozzle 13 relative to the surface to be coated of the turbine blade 7 or time-resolved process data, which are the basis of the injection process.
  • the web data contains both data on the position of the spray nozzle and on their orientation, in each case relative to the component surface to be coated.
  • the time-resolved acquisition of the process data can be coupled to the time-resolved detection of the web data, so that in each case a pair of the web data and the associated process data is formed for any time.
  • the position and orientation of the spray nozzle relative to the surface to be coated is known for each time of detecting web data, this position and the associated orientation of the spray nozzle for each time acquiring the process data.
  • the monitoring device comprises 14, a simulation unit 21 connected to receive the geometry data for the surface to be coated with the input interface 15, receive the time-resolved trajectory data with the trajectory data acquisition unit 17 and receive the time-resolved process data with the process data acquisition unit 19.
  • the simulation unit the application of the spray coating to the surface of the turbine blade 7 to be coated is simulated on the basis of the geometry of the surface to be coated, the time-resolved path data and the time-resolved process data. The result of the simulation keeps the simulation unit ready for output in the form of simulation data.
  • a deviation calculation unit 23 for receiving the simulation data is connected to the simulation unit 21.
  • the deviation calculation unit 23 calculates a deviation of the simulated coating from the desired coating on the basis of the simulation data. Deviations may be present, for example, with regard to the layer thickness or the layer quality. Deviations in layer quality may be, for example, deviations in the microstructure of the simulated layer from the desired microstructure or deviations in the porosity of the simulated layer from the desired porosity.
  • the determined deviation is output to a display unit 25 connected to the deviation calculation unit 23, which generates a display signal which enables the visual representation of the deviation on a monitor 27 or another suitable display unit.
  • the operator of the sprayer receives meaningful information on possible risks during the injection process carried out.
  • the determined deviation of the simulated coating from the desired coating is in the present embodiment, moreover, to a correction data calculation unit connected to the deviation calculation unit 29 issued.
  • the correction data calculation unit 29 checks whether the deviation calculated by the deviation calculation unit 23 exceeds an allowable deviation. If this is the case, the correction data calculation unit calculates correction data with which the coating on the component surface to be coated can be corrected.
  • a correction of the original coating can then be carried out, for example, in a further coating process carried out after completion of the original coating process.
  • the second coating process can be carried out immediately after completion of the first coating process, so that the turbine blade can remain clamped in the coating device.
  • the correction data for correcting the coating can, as shown in the present exemplary embodiment, be output by the correction data calculation unit directly to the control unit 5 of the spray device 1, so that an automated correction can take place.
  • the correction still takes place in the context of the original coating process.
  • the simulation of the coating process the calculation of the deviation of the simulated coating from the desired coating and the calculation of the correction data with a short time offset to the current coating process takes place.
  • the time offset should be as small as possible to be less than 5 seconds, in particular less than 1 second, and preferably in the range of less than 100 milliseconds in order to act as quickly as possible on the currently performed coating process can.
  • selected stopping points are present in the program sequence in the control program for the injection process, on which the process data and / or the web data of the coating process can be updated.
  • the control program running in the control unit 5 of the spray device must enable an up-and-download of control programs or process and / or trajectory data.
  • the described monitoring of the spraying process allows the web data and / or process data for the next spraying process to be matched with an identical surface to be coated to reduce or eliminate the observed deviation of the simulated coating from the desired coating.
  • FIG. 2 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a blade 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 .
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • a columnar grain structure columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified
  • a monocrystalline structure i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • directionally solidified microstructures which means both single crystals that have no grain boundaries or at most small angle grain boundaries, and stem crystal structures that have probably longitudinal grain boundaries but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also known as directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-11A1-0,4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0,4Y-1 are also preferably used , 5RE.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • Refurbishment means that components 120, 130 may need to be deprotected after use (e.g., by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • the FIG. 4 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 is known from the EP 0 486 489 B1 .
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers after their use (eg by sandblasting). This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. Thereafter, a re-coating of the heat shield elements 155 and a renewed use of the heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • a process simulation in particular of layer thickness and / or quality of a spray coating on the basis of the detected real web data and the acquired real process data has been described.
  • this simulation can take place after the coating of a component or during the process with a short time offset.
  • a correction coating can be proposed and the (component) individual coating program required for this (including web data for the robot arm or a CNC machine and including adapted process data) take place directly after the coating has already taken place, so that no re-clamping of the component is required.
  • the simulating subsequently allows the coating of the component to adapt all coating parameters, including web data for the next component to be coated. As a result, significantly lower fluctuations in the layer quality and the layer thickness can be generated.
  • the simulation takes place during the injection process with a short time offset, as described a direct influence on the process data and the web data of the spraying process is possible.
  • simulating during the process with a short time offset can also be a visual representation of the process progress, to provide the operator with meaningful pointers to potential risks.
  • the present invention has been described with reference to an embodiment, it should be understood that this embodiment is merely illustrative of the invention and that variations from this embodiment are possible.
  • the correction data calculation unit and / or the presentation unit need not necessarily be present.
  • the time-resolved process data are coupled to the time-resolved path data in order to associate the time-resolved process data about the path data with a position and an orientation of the spray nozzle relative to the component surface.
  • a device which detects the orientation and position of the spray nozzle relative to the component surface to be coated independently of the web data.
  • the optical detection of the component and the spray nozzle at different angles together with an image analysis software is conceivable. It is also possible to detect the web data in this way, so that the web data acquisition unit need not be connected to the control unit of the spray device.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils. Das Bauteil kann insbesondere ein Turbinenbauteil sein, wie etwa eine Turbinenschaufel. Daneben betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtungsvorrichtung zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils.
  • Beispielsweise bei der Beschichtung von Turbinenbauteilen, insbesondere von Turbinenschaufeln, mit Haftvermittlungs-, Wärmedämm- und/oder Oxidations- und korrosionshemmenden Schichten mittels Spritzverfahren kann es während der Beschichtung zu stochastischen Prozessabweichungen kommen. Hierzu zählen u. a. Änderungen der Form und der Größe des Spritzfleckens aufgrund des Verschleißes der Elektrode in der Spritzvorrichtung, Schwankungen in der Pulverzufuhr, Anlagenausfälle, etc. Letztendlich führen signifikante Änderungen bisher immer zu einem Prozessabbruch bzw. zu einer Fehlleistung, d. h. das beschichtete Bauteil muss entschichtet und anschließend wieder neu beschichtet werden, oder das beschichtete Bauteil zeigt Abweichungen von den Spezifikationen oder ist sogar Schrott.
  • Die EP 1 864 719 A1 beschreibt ein Verfahren zum Vorhersagen der Dicke einer Spritzbeschichtung in einem robotischen Spritzprozess.
  • Die EP 2 468 463 A2 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von Beschichtungspfaden für Komponenten mit komplizierten Geometrien wie etwa von Lauf- und Leitschaufeln von Gasturbinen. Für einen ersten vorgegebenen Beschichtungspfad wird anhand eines Simulationsmodels für das Spritzprofil offline die Beschichtungsdicke berechnet. Ist die Beschichtungsdicke innerhalb der Toleranzen, wird das Verfahren zum Erzeugen des Beschichtungspfades beendet. Ist die Beschichtungsdicke nicht innerhalb der Toleranzen erfolgt eine Anpassung des Beschichtungspfades und ein neues Simulieren der Beschichtung, um die Beschichtungsdicke zu ermitteln.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte Vorrichtung zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils zur Verfügung zu stellen, die ein rasches Reagieren auf Abweichungen der Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 16 gelöst. Daneben ist es eine Aufgabe, eine vorteilhafte Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des automatisierten Aufbringens einer Spritzbeschichtung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch eine Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils umfasst die Schritte:
    1. a) Beschichten der zu beschichtenden Bauteilfläche unter Verwendung eines Spritzprozesses, wobei eine Spritzdüse beim Beschichten entlang einer bestimmten Bahn relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahren wird.
    2. b) Zeitaufgelöstes Erfassen der Bahndaten der Spritzdüse relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche.
    3. c) Zeitaufgelösten Erfassen der Prozessdaten des Beschichtungsprozesses, etwa der Prozessparameter und/oder von Daten der Prozesskontrolle. Die erfassten Prozessdaten können dabei relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche erfasst werden oder an die erfassten Bahndaten gekoppelt werden. Auf diese Weise besteht entweder eine direkte Zuordnung der zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommenen Prozessdaten zu einem bestimmten Ort der Bauteilfläche oder eine indirekte Zuordnung dadurch, dass die zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommenen Prozessdaten über die zum selben Zeitpunkt erfassten Bahndaten einem Ort auf der zu beschichtenden Bauteilfläche zugeordnet werden.
    4. d) Simulieren des Spritzprozesses anhand der erfassten Bahndaten, der erfassten Prozessdaten und der Geometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche, um eine simulierte Beschichtung zu erhalten. Hierbei braucht die simulierte Beschichtung keine vollständige Beschichtung zu sein. Es reicht, die Beschichtung bis zum jeweils beim Simulieren der Beschichtung aktuellen Fertigstellungsgrad der tatsächlichen Beschichtung zu simulieren, beispielsweise wenn die Simulation parallel zum Spritzprozess erfolgt.
    5. e) Berechnen einer Abweichung der simulierten Beschichtung von einer gewünschten Beschichtung, insbesondere bezüglich der Schichtdicke und/oder der Schichtqualität, die sich z. B. in ihrer Porosität widerspiegeln kann.
  • Das Simulieren der Beschichtung anhand der erfassten Bahndaten und der erfassten Prozessdaten ermöglicht es, rasch eine Abweichung der tatsächlichen Beschichtung von der angestrebten Beschichtung zu ermitteln, was es wiederum ermöglicht, insbesondere in einer automatisierten Weise rasch Korrekturen an der Beschichtung vorzunehmen. Ein automatisiertes Korrigieren der Beschichtung auf der zu beschichtenden Bauteilfläche kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Berechnung der Abweichung eine Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ergibt, die eine zulässige Abweichung überschreitet. Wenn die Berechnung der Abweichung während oder unmittelbar nach dem Spritzprozess erfolgt, kann eine eventuelle Korrektur vorgenommen werden, noch bevor die Turbinenschaufel aus der Beschichtungsmaschine genommen wird. Auf diese Weise ist kein erneutes Einspannen der Turbinenschaufel in die Beschichtungsmaschine nötig, wodurch gewährleistet ist, dass die Orientierung der Turbinenschaufel während der Korrektur mit der Orientierung während des ursprünglichen Spritzsprozesses übereinstimmt.
  • In einer Variante zum Korrigieren der Beschichtung erfolgt das Korrigieren, indem nach dem Beenden des Spritzprozesses, für den die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst wurden, mittels eines weiteren Spritzprozesses eine Korrekturbeschichtung aufgebracht wird. Dies kann unmittelbar im Anschluss an das Aufbringen der die Abweichung aufweisende ursprüngliche Beschichtung erfolgen, sodass ein Ausspannen und Neueinspannen der Schaufel in die Beschichtungsmaschine nicht notwendig ist. Die Bahndaten und die Prozessdaten für den weiteren Spritzprozess werden aus der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermittelt.
  • Erfindungsgemäß erfolgt das Simulieren des Spritzprozesses während der Durchführung desjenigen Spritzprozesses, bei dem die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst werden. Mit anderen Worten, es erfolgt während des ursprünglichen Spritzprozesses eine Online-Simulation dieses Spritzprozesses. Zwar kann auch in diesem Fall mit dem Korrigieren der Beschichtung abgewartet werden, bis die ursprüngliche Beschichtung fertig gestellt ist, jedoch bietet das Online-Simulieren die Möglichkeit, die Prozessdaten des aktuellen Spritzprozess mittels Korrekturdaten zu korrigieren. Die Korrekturdaten werden dabei aus der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermittelt. Während des Korrigierens der Beschichtung können das Aufbringen der Beschichtung und das Korrigieren der Beschichtung in demselben Spritzprozess erfolgen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Korrekturdaten innerhalb einer Zeitspanne im Bereich von weniger als 5 Sekunden, insbesondere von weniger als 1 Sekunde und vorzugsweise im Bereich von weniger als 100 Millisekunden ermittelt werden, sodass eine rasche Korrektur möglich ist, d. h. noch so lange sich die Spritzdüse noch in oder in der Nähe des zu korrigierenden Beschichtungsbereiches befindet.
  • In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung können anhand der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung aktualisierte Bahndaten und/oder aktualisierte Prozessdaten ermittelt werden, auf Basis derer die Bahndaten und/oder die Prozessdaten für den nächsten für ein Bauteil mit derselben Geometrie der zu beschichtenden Oberfläche durchzuführenden Spritzprozess aktualisiert werden. Auf diese Weise können beim nächsten Bauteil die beim zuvor beschichteten Bauteil festgestellten Abweichungen zwischen der simulierten Beschichtung und der tatsächlichen Beschichtung vermieden oder zumindest reduziert werden.
  • In einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann die Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung graphisch dargestellt werden. Eine derartige Darstellung kann einem Operator sinnvolle Hinweise zum durchgeführten Spritzprozess liefern. Wenn die graphische Darstellung innerhalb einer Zeitspanne im Bereich von weniger als 5 Sekunden, insbesondere weniger als 1 Sekunde und vorzugsweise im Bereich von weniger als 100 Millisekunden generiert wird, kann eine Online-Überwachung des gerade durchgeführten Spritzprozesses erreicht werden.
  • Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines automatisierten Aufbringens einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils, das insbesondere ein Turbinenbauteil sein kann, mittels einer Spritzvorrichtung mit einer im Rahmen eines Spritzprozesses entlang einer bestimmten Bahn relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahrbaren Spritzdüse und mit einer Steuereinheit zum Steuern des Spritzprozesses umfasst:
    1. a) Eine Eingabeschnittstelle zum Eingeben von die Geometrie der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils repräsentierenden Geometriedaten.
    2. b) Eine Bahndatenerfassungseinrichtung zum zeitaufgelösten Erfassen der Bahndaten der Spritzdüse relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche.
    3. c) Eine Prozessdatenerfassungseinrichtung zum zeitaufgelösten Erfassen der Prozessdaten des unter Verwendung der Spritzdüse durchgeführten Beschichtungsprozesses. Die Prozessdaten können hierbei etwa Prozessparameter und/oder Daten der Prozesskontrolle sein. Das zeitaufgelöste Erfassen der Prozessdaten kann dabei wie mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt worden ist, relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche erfolgen, oder die zeitaufgelösten Prozessdaten können an die zeitaufgelösten Bahndaten gekoppelt werden.
    4. d) Eine mit der Eingabeschnittstelle zum Empfangen der Geometriedaten, mit der Bahndatenerfassungseinrichtung zum Empfangen der zeitaufgelöst erfassten Bahndaten und mit der Prozessdatenerfassungseinrichtung zum Empfangen der zeitaufgelöst erfassten Prozessdaten verbundene Simulationseinheit. Diese ist dazu ausgelegt, das Aufbringen der Spritzbeschichtung auf die zu beschichtende Bauteilfläche anhand der zeitaufgelöst erfassten Bahndaten, der zeitaufgelösten erfassten Prozessdaten und der Geometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche zu simulieren und in Form von Simulationsdaten einer simulierten Beschichtung zur Ausgabe bereitzuhalten. Dabei erfolgt das Simulieren des Spritzprozesses während der Durchführung desjenigen Spritzprozesses, bei dem die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst werden.
    5. e) Eine mit der Simulationseinheit zum Empfangen der Simulationsdaten verbundene Abweichungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung, beispielsweise bezüglich Schichtdicke und/oder Schichtqualität, wie etwa der Porosität der Schicht.
  • Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ermöglicht zusammen mit einer Spritzvorrichtung das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und erlaubt es somit, die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Eigenschaften und Vorteile zu realisieren. Auf die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Eigenschaften und Vorteile wird daher verwiesen.
  • In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung umfasst diese außerdem eine Korrekturdatenberechnungseinheit, die mit der Abweichungsberechnungseinheit zum Empfangen der berechneten Abweichung verbunden ist. Die Korrekturdatenberechnungseinheit berechnet Korrekturdaten zum Korrigieren der Beschichtung auf der zu beschichtenden Bauteilfläche, wenn die berechnete Abweichung eine zulässige Abweichung überschreitet. Die Korrekturdatenberechnungseinheit ermöglicht daher das oben im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebene Korrigieren der aufgebrachten Beschichtung, insbesondere wenn sie Teil einer Beschichtungsvorrichtung ist, die außerdem eine Spritzvorrichtung mit einer im Rahmen eines Spritzprozesses entlang einer bestimmten Bahn relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahrbaren Spritzdüse und mit einer Steuereinheit zum Steuern des Spritzprozesses aufweist. Dabei besteht die Möglichkeit, die Beschichtung noch während der Durchführung des ursprünglichen Beschichtungsprozesses zu korrigieren, d. h. eine In-process Korrektur vorzunehmen, wenn die Steuereinheit der Spritzvorrichtung mit der Korrekturdatenberechnungseinheit zum Empfangen der Korrekturdaten verbunden ist. Aber auch eine nachgeschaltete Korrektur, d. h. eine Korrektur nach dem vollständigen Aufbringen der ursprünglichen Beschichtung ist mit dieser Ausgestaltung möglich. Ebenso ermöglicht diese Ausgestaltung das Überarbeiten der Bahn- und Prozessdaten für das Aufbringen der Beschichtung auf das nächste zu beschichtende Bauteil mit derselben Oberflächengeometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche.
  • Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung kann gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Weiterbildung eine Darstellungseinheit umfassen, die mit der Abweichungsberechnungseinheit zum Empfang der berechneten Abweichung verbunden ist und die ein Darstellungssignal zum visuellen Darstellen der Abweichung generiert. Die visuelle Darstellung kann einem Operator wertvolle Hinweise zum Beschichtungsprozess liefern. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren:
    • Figur 1
    zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung in Form eines Blockschaltbilds.
    Figur 2
    zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt.
    Figur 3
    zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine.
    Figur 4
    zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
  • Nachfolgend wird anhand des Blockschaltbildes der grundlegende Aufbau eines exemplarischen Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung anhand von Figur 1 beschrieben. Die Beschichtungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels beinhaltet eine Spritzvorrichtung 1, die eine Spritzdüse 3 und eine Steuereinheit 5 umfasst. Die Spritzdüse 3 kann zum Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahren werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem zu beschichtenden Bauteil um ein Turbinenbauteil, nämlich um eine in Figur 1 schematisch dargestellte Turbinenschaufel 7. Diese weist ein Schaufelblatt 9, eine an das Schaufelblatt 9 angrenzende Schaufelplattform 11 und einen von der Schaufelplattform ausgehenden Schaufelfuß 13 auf. Die zu beschichtende Bauteilfläche entspricht bei einer derartigen Turbinenschaufel in der Regel der Oberfläche des Schaufelblatts 9 und Teilen der Oberfläche der Schaufelplattform 11. Die Oberfläche des Schaufelfußes und die dem Schaufelfuß zugewandten Abschnitte der Oberfläche der Schaufelplattform 11 werden dagegen in der Regel nicht spritzbeschichtet. Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß dem Ausführungsbeispiel anhand des Spritzbeschichtens einer Turbinenschaufel 7 beschrieben wird, kann die Erfindung auch im Rahmen des Beschichtens von Flächen anderer Bauteile, insbesondere anderer Turbinenbauteile zur Anwendung kommen. Beispiele für andere Turbinenbauteile sind etwa Brennkammerauskleidungen oder Brennerteile.
  • Um ein Verfahren der Spritzdüse 3 relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche der Turbinenschaufel 7 zu ermöglichen, weist die Spritzvorrichtung 1 eine in Figur 1 nicht dargestellte Kinematik auf, die jede geeignete Kinematik sein kann, welche genügend Freiheitsgrade zur Verfügung stellt, um das Beschichten der zu beschichtenden Oberfläche der Turbinenschaufel 7 zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Roboterarm Verwendung finden, insbesondere einer, der 6 Freiheitsgrade, nämlich 3 translatorische Freiheitsgrade und 3 rotatorische Freiheitsgrade, zur Verfügung stellt.
  • Die Steuereinheit 5 der Spritzvorrichtung 1 steuert die Bahn, entlang der die Spritzdüse 3 beim Beschichten der zu beschichtenden Oberfläche der Turbinenschaufel 7 relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche verfahren wird. Daneben steuert die Steuereinheit 5 die Spritzparameter des Spritzprozesses, die je nach verwendeten Spritzverfahren unterschiedliche Parameter sein können. Als Parameter kommen beispielsweise die Zufuhrrate, mit der das Spritzpulver zugeführt wird, und, je nach Spritzverfahren, eine angelegte Spannung, eine Zufuhrrate für Brenngas, etc. in Betracht. Parameter, die indirekt von der Steuerung beeinflusst werden können, sind beispielsweise die kinetische Energie, mit der die verspritzen Partikel auf die zu beschichtende Bauteilfläche auftrifft, der Grad bis zu dem die verspritzen Partikel aufgeschmolzen werden, wobei die Partikel entweder gar nicht aufgeschmolzen werden, wie etwa beim Kaltgasspritzen, teilweise aufgeschmolzen werden oder vollständig aufgeschmolzen werden. Als Spritzverfahren kommen beispielsweise atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), Niederdruck Plasmaspritzen (LPPS - Low Pressure Plasma Spraying), Niedervakuum Plasmaspritzen (LVPS - Low Vacuum Plasma Spraying), Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF High Velocity Oxigen-Fuel) und vergleichbare thermische Spritzverfahren in Betracht.
  • Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung, mit der der Spritzprozess überwacht werden kann. Diese Überwachungsvorrichtung 14 umfasst eine Eingabeschnittstelle 15, über die Geometriedaten der zu beschichtenden Oberfläche in die Überwachungsvorrichtung eingegeben werden können. Die Geometriedaten können beispielsweise aus einem computerimplementierten Modell der Turbinenschaufel 7 gewonnen werden. Des Weiteren können die Geometriedaten auch Daten zur Lage und Orientierung der Turbinenschaufel 7 bzw. des jeweils zu beschichtenden Bauteils in der Beschichtungsvorrichtung umfassen.
  • Außerdem umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Bahndatenerfassungseinheit 17 sowie eine Prozessdatenerfassungseinheit 19. Die beiden Einheiten sind mit der Steuereinheit 5 der Spritzvorrichtung 1 verbunden und empfangen von der Steuereinheit 5 zeitaufgelöst die Bahndaten der Spritzdüse 13 relativ zur zu beschichtenden Oberfläche der Turbinenschaufel 7 bzw. zeitaufgelöst die Prozessdaten, die dem Spritzprozess zugrunde liegen. Die Bahndaten enthalten dabei sowohl Daten über die Position der Spritzdüse als auch über ihre Orientierung, jeweils relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche. Das zeitaufgelöste Erfassen der Prozessdaten kann dabei an das zeitaufgelöste Erfassen der Bahndaten gekoppelt sein, sodass für einen beliebigen Zeitpunkt jeweils ein Paar aus den Bahndaten und den zugehörigen Prozessdaten gebildet wird. Da die zeitauflösten Bahndaten mit Bezug auf die zu beschichtende Bauteiloberfläche erfasst werden, also für jeden Zeitpunkt des Erfassens von Bahndaten die Position und Orientierung der Spritzdüse relativ zu der zu beschichtenden Oberfläche bekannt ist, ist diese Position und die zugehörige Orientierung der Spritzdüse auch für jeden Zeitpunkt des Erfassens der Prozessdaten bekannt.
  • Auf der Basis der zeitaufgelösten Bahndaten und der zeitaufgelösten Prozessdaten in Verbindung mit den Geometriedaten der zu beschichtenden Bauteilfläche ist eine Simulation des Spritzprozesses möglich. Hierzu umfasst die Überwachungsvorrichtung 14 eine Simulationseinheit 21, die zum Empfangen der Geometriedaten für die zu beschichtende Oberfläche mit der Eingabeschnittstelle 15, zum Empfangen der zeitaufgelösten Bahndaten mit der Bahndatenerfassungseinheit 17 und zum Empfangen der zeitaufgelösten Prozessdaten mit der Prozessdatenerfassungseinheit 19 verbunden ist. In der Simulationseinheit wird das Aufbringen der Spritzbeschichtung auf die zu beschichtende Oberfläche der Turbinenschaufel 7 anhand der Geometrie der zu beschichtenden Oberfläche, der zeitaufgelösten Bahndaten und der zeitaufgelösten Prozessdaten simuliert. Das Ergebnis der Simulation hält die Simulationseinheit in Form von Simulationsdaten zur Ausgabe bereit.
  • Mit der Simulationseinheit 21 ist eine Abweichungsberechnungseinheit 23 zum Empfangen der Simulationsdaten verbunden. Die Abweichungsberechnungseinheit 23 berechnet auf der Basis der Simulationsdaten eine Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung. Abweichungen können hierbei beispielsweise bezüglich der Schichtdicke oder der Schichtqualität vorliegen. Abweichungen in der Schichtqualität können beispielsweise Abweichungen in der Mikrostruktur der simulierten Schicht von der gewünschten Mikrostruktur oder Abweichungen in der Porosität der simulierten Schicht von der gewünschten Porosität sein.
  • Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die ermittelte Abweichung an eine mit der Abweichungsberechnungseinheit 23 verbundene Darstellungseinheit 25 ausgegeben, die ein Darstellungssignal generiert, welches die visuelle Darstellung der Abweichung auf einem Monitor 27 oder einer anderen geeigneten Anzeigeeinheit ermöglicht. Auf diese Weise erhält der Operator der Spritzvorrichtung sinnvolle Hinweise auf mögliche Risiken beim durchgeführten Spritzprozess.
  • Die ermittelte Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel darüber hinaus an eine mit der Abweichungsberechnungseinheit verbundene Korrekturdatenberechnungseinheit 29 ausgegeben. Die Korrekturdatenberechnungseinheit 29 überprüft, ob die von der Abweichungsberechnungseinheit 23 berechnete Abweichung eine zulässige Abweichung überschreitet. Falls dies der Fall ist, berechnet die Korrekturdatenberechnungseinheit Korrekturdaten, mit denen die Beschichtung auf der zu beschichtenden Bauteilfläche korrigiert werden kann. Mittels dieser Korrekturdaten kann dann beispielsweise in einem nach Abschluss des ursprünglichen Beschichtungsprozesses durchgeführten weiteren Beschichtungsprozess eine Korrektur der ursprünglichen Beschichtung vorgenommen werden. Der zweite Beschichtungsprozess kann dabei unmittelbar nach Beendigung des ersten Beschichtungsprozesses durchgeführt werden, sodass die Turbinenschaufel in der Beschichtungsvorrichtung aufgespannt bleiben kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Orientierung der zu beschichtenden Bauteilfläche während des zweiten Beschichtungsprozesses der Orientierung während des ersten Beschichtungsprozesses entspricht. Die Korrekturdaten zum Korrigieren der Beschichtung können, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, von der Korrekturdatenberechnungseinheit direkt an die Steuereinheit 5 der Spritzvorrichtung 1 ausgegeben werden, sodass eine automatisierte Korrektur erfolgen kann.
  • In einer alternativen Ausgestaltung des Korrigierens der Beschichtung erfolgt das Korrigieren noch im Rahmen des ursprünglichen Beschichtungsprozesses. Hierzu erfolgt die Simulation des Beschichtungsprozesses, das Berechnen der Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung und das Berechnen der Korrekturdaten mit einem kurzen Zeitversatz zum laufenden Beschichtungsprozess. Der Zeitversatz sollte möglichst kleiner sein als 5 Sekunden, insbesondere kleiner als 1 Sekunde und vorzugsweise im Bereich von weniger als 100 Millisekunden liegen, um möglichst rasch auf den gerade durchgeführten Beschichtungsprozess einwirken zu können. Um eine derartige automatisierte direkte Einflussnahme auf den Beschichtungsprozess zu ermöglichen, sind im Steuerprogramm für den Spritzprozess ausgewählte Haltepunkte im Programmablauf vorhanden, an denen die Prozessdaten und/oder die Bahndaten des Beschichtungsprozesses aktualisiert werden können. Hierzu muss das in der Steuereinheit 5 der Spritzvorrichtung ablaufende Steuerprogramm ein up- und downloaden von Steuerprogrammen oder Prozess- und/oder Bahndaten ermöglichen.
  • Auch im Falle der visuellen Darstellung der Abweichungen ohne automatisierte Berechnung von Korrekturdaten ist eine Darstellung bereits während des Spritzprozesses vorteilhaft, da der Operator dann gegebenenfalls den Spritzprozess anhalten kann, um eine korrigierende Änderung vornehmen zu können oder einen untauglichen Beschichtungsprozess frühzeitig zu stoppen.
  • Weiterhin ermöglicht das beschriebene Überwachen des Spritzprozesses, die Bahndaten und/oder die Prozessdaten für den nächsten Spritzprozess mit einer identischen zu beschichtenden Oberfläche anzupassen, um die festgestellte Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren.
  • Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
  • Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
  • Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
  • Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
  • Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
  • Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
  • An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
  • Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
  • Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
  • Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
  • Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
  • Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
  • Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
  • Die Figur 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
  • Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
  • Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
  • Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
  • Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt).
  • Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
  • Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
  • Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
  • Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
  • Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
  • Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
  • Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichtemachen.
  • Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures).
  • Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
  • Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer).
  • Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr-8Al-0,6Y-0,7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0,6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al-0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-11A1-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10A1-0,4Y-1,5Re.
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
    Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
  • Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
  • Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
  • Die Figur 4 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
    Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
  • Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
  • Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
  • Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
  • Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
  • Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
  • Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wurde eine Prozesssimulation insbesondere von Schichtdicke und/oder -qualität einer Spritzbeschichtung auf der Basis der erfassten realen Bahndaten und der erfassten realen Prozessdaten beschrieben. Diese Simulation kann wie erwähnt im Anschluss an die Beschichtung eines Bauteils erfolgen oder während des Prozesses mit einem kurzen Zeitversatz. Im Falle der Simulation im Anschluss an die Beschichtung kann eine Korrekturbeschichtung vorgeschlagen werden und das hierfür erforderliche (Bauteil-) individuelle Beschichtungsprogramm (inklusive Bahndaten für den Roboterarm oder eine CNC-Maschine und inklusive angepasster Prozessdaten) direkt im Anschluss an die bereits erfolgte Beschichtung erfolgen, sodass kein erneutes Aufspannen des Bauteils erforderlich ist. Ferner erlaubt das Simulieren im Anschluss das Beschichten des Bauteils eine Anpassung aller Beschichtungsparameter inklusive Bahndaten für das nächste zu beschichtende Bauteil. Hierdurch lassen sich deutlich geringere Schwankungen in der Schichtqualität und der Schichtdicke generieren.
  • Wenn, wie erfindungsgemäß, die Simulation während des Spritzprozesses mit einem kurzen Zeitversatz erfolgt, ist wie beschrieben eine direkte Einflussnahme auf die Prozessdaten und die Bahndaten des Spritzverfahrens möglich. Hierzu erfolgt eine entsprechende Anpassung der Hardware und der Software, um ein Up- und Downloaden von Steuerprogrammen und/oder Bahndaten und/oder Prozessdaten zu ermöglichen. Insbesondere beim Simulieren während des Prozesses mit einem kurzen Zeitversatz kann auch eine visuelle Darstellung des Prozessfortschrittes erfolgen, um dem Operator sinnvolle Hinweise auf mögliche Risiken zu liefern.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, versteht es sich, dass dieses Ausführungsbeispiel lediglich der exemplarischen Darstellung der Erfindung dient und dass Abweichungen von diesem Ausführungsbeispiel möglich sind. Beispielsweise brauchen die Korrekturdatenberechnungseinheit und/oder die Darstellungseinheit nicht notwendigerweise vorhanden zu sein. Weiterhin sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels die zeitaufgelösten Prozessdaten an die zeitaufgelösten Bahndaten gekoppelt, um die zeitaufgelösten Prozessdaten über die Bahndaten einer Position und einer Orientierung der Spritzdüse relativ zur Bauteiloberfläche zuzuordnen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Prozessdaten unabhängig von den Bahndaten einer Position und Orientierung der Spritzdüse zuzuordnen. Hierzu kann beispielsweise eine Vorrichtung Verwendung finden, die unabhängig von den Bahndaten die Orientierung und Position der Spritzdüse relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche erfasst. Beispielsweise ist das optische Erfassen des Bauteils und der Spritzdüse unter verschiedenen Winkeln zusammen mit einer Bildanalyse-Software denkbar. Auch besteht die Möglichkeit, auf diese Weise die Bahndaten zu erfassen, sodass die Bahndatenerfassungseinheit nicht mit der Steuereinheit der Spritzvorrichtung verbunden zu sein braucht. Diese Beispiele zeigen, dass im Rahmen der Erfindung von dem exemplarischen Ausführungsbeispiel abgewichen werden kann. Die Erfindung soll daher nicht auf die Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels beschränkt sein, sondern lediglich durch die angehängten Ansprüche.

Claims (15)

  1. Beschichtungsverfahren zum automatisierten Aufbringen einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils (7), insbesondere eines Turbinenbauteils, mit den Schritten:
    - Beschichten der zu beschichtenden Bauteilfläche unter Verwendung eines Spritzprozesses, wobei eine Spritzdüse (3) beim Beschichten entlang einer bestimmten Bahn relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahren wird;
    - zeitaufgelöstes Erfassen der Bahndaten der Spritzdüse (3) relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche;
    - zeitaufgelöstes Erfassen der Prozessdaten des Beschichtungsprozesses;
    - Simulieren des Spritzprozesses anhand der erfassten zeitaufgelösten Bahndaten, der erfassten zeitaufgelösten Prozessdaten und der Geometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche, um eine simulierte Beschichtung zu erhalten;
    - Berechnen einer Abweichung der simulierten Beschichtung von einer gewünschten Beschichtung,
    in dem das Simulieren des Spritzprozesses während der Durchführung des Spritzprozesses, bei dem die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst werden, erfolgt.
  2. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1,
    in dem ein Korrigieren der Beschichtung auf der zu beschichtenden Bauteilfläche erfolgt, wenn die Berechnung der Abweichung eine Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ergibt, die eine zulässige Abweichung überschreitet.
  3. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 2,
    in dem das Korrigieren der Beschichtung erfolgt, indem nach dem Beenden des Spritzprozesses, für den die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst wurden, mittels eines weiteren Spritzprozesses eine Korrekturbeschichtung aufgebracht wird, wobei die Bahndaten und die Prozessdaten für den weiteren Spritzprozess aus der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermittelt werden.
  4. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1,
    in dem die Bahndaten und/oder die Prozessdaten des aktuellen Spritzprozesses mittels Korrekturdaten korrigiert werden, wobei die Korrekturdaten aus der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermittelt werden.
  5. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 4,
    in dem die Korrekturdaten innerhalb einer Zeitspanne im Bereich von weniger als 5 Sekunden ermittelt werden.
  6. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in dem die Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung visuell dargestellt wird.
  7. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 6,
    in dem die grafische Darstellung innerhalb einer Zeitspanne im Bereich von weniger als 5 Sekunden generiert wird.
  8. Beschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    in dem die Bahndaten und/oder die Prozessdaten für den nächsten, für ein Bauteil (7) mit derselben Geometrie der zu beschichtenden Oberfläche durchzuführenden Spritzprozess aktualisiert werden, wobei die aktualisierten Bahndaten und/oder die aktualisierten Prozessdaten aus der Abweichung der mit dem simulierten Spritzprozess gewonnenen simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung ermittelt werden.
  9. Beschichtungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    in dem die Prozessdaten relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche zeitaufgelöst erfasst werden.
  10. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in dem die erfassten Prozessdaten an die erfassten Bahndaten gekoppelt werden.
  11. Überwachungsvorrichtung (14) zum Überwachen eines automatisierten Aufbringens einer Spritzbeschichtung auf eine zu beschichtende Bauteilfläche eines Bauteils (7), insbesondere eines Turbinenbauteils, mittels einer Spritzvorrichtung (1) mit einer im Rahmen eines Spritzprozesses entlang einer bestimmten Bahn relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche verfahrbaren Spritzdüse (3) und mit einer Steuereinheit (5) zum Steuern des Spritzprozesses, umfassend:
    - eine Eingabeschnittstelle (15) zum Eingeben von die Geometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche des Bauteils (7) repräsentierenden Geometriedaten,
    - eine Bahndatenerfassungseinrichtung (17) zum zeitaufgelösten Erfassen der Bahndaten der Spritzdüse (3) relativ zu der zu beschichtenden Bauteilfläche;
    - eine Prozessdatenerfassungseinrichtung (19) zum zeitaufgelösten Erfassen der Prozessdaten des unter Verwendung der Spritzdüse (3) durchgeführten Beschichtungsprozesses;
    - eine mit der Eingabeschnittstelle (15) zum Empfang der Geometriedaten, mit der Bahndatenerfassungseinrichtung (17) zum Empfangen der zeitaufgelöst erfassten Bahndaten und mit der Prozessdatenerfassungseinrichtung (19) zum Empfangen der zeitaufgelöst erfassten Prozessdaten verbundene Simulationseinheit (21), die dazu ausgelegt ist, das Aufbringen der Spritzbeschichtung auf die zu beschichtende Bauteilfläche anhand der zeitaufgelöst erfassten Bahndaten, der zeitaufgelöst erfassten Prozessdaten und der Geometrie der zu beschichtenden Bauteilfläche zu simulieren und in Form von Simulationsdaten einer simulierten Beschichtung zur Ausgabe bereit zu halten, wobei das Simulieren des Spritzprozesses während der Durchführung des Spritzprozesses, bei dem die Bahndaten und die Prozessdaten zeitaufgelöst erfasst werden, erfolgt; und
    - eine mit der Simulationseinheit (21) zum Empfang der Simulationsdaten verbundene Abweichungsberechnungseinheit (23) zum Berechnen einer Abweichung der simulierten Beschichtung von der gewünschten Beschichtung.
  12. Überwachungsvorrichtung (14) nach Anspruch 11,
    die außerdem eine Korrekturdatenberechnungseinheit (29) umfasst, die mit der Abweichungsberechnungseinheit (23) zum Empfang der berechneten Abweichung verbunden ist und die Korrekturdaten zum Korrigieren der Beschichtung auf der zu beschichtenden Bauteilfläche berechnet, wenn die berechnete Abweichung eine zulässige Abweichung überschreitet.
  13. Überwachungsvorrichtung (14) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12,
    die außerdem eine Darstellungseinheit (25) umfasst, die mit der Abweichungsberechnungseinheit (23) zum Empfang der berechneten Abweichung verbunden ist und die ein Darstellungssignal zum visuellen Darstellen der Abweichung generiert.
  14. Beschichtungsvorrichtung mit einer Spritzvorrichtung (1),
    die eine im Rahmen eines Spritzprozesses entlang einer bestimmten Bahn relativ zu einer zu beschichtenden Bauteilfläche eines Bauteils (7) verfahrbare Spritzdüse (3) und eine Steuereinheit (5) zum Steuern des Spritzprozesses umfasst, und mit einer Überwachungsvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
  15. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 14,
    in der die Steuereinheit (5) der Spritzvorrichtung (1) mit der Korrekturdatenberechnungseinheit (29) zum Empfang der Korrekturdaten verbunden ist.
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