EP2915590A1 - Verfahren und Vorrichtung zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils - Google Patents
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- 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
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
Definitions
- the invention relates to a device for partially covering a component region of a component according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a method for partially covering a component region of a component according to the preamble of claim 8.
- Components in particular engine components, have to be coated in certain places in order, for example, to have improved durability.
- the components are masked before coating, so that only the area to be coated remains free.
- flexible masks for example made of silicone rubber can be used, which follow each contour, as in the document DE 199 19 054 A1 was disclosed.
- certain layers can only be applied to the component with certain coating methods, such as thermal spraying.
- the silicone rubber can withstand only temperatures up to 200 ° C, but the spray mist produced during thermal spraying has significantly higher temperatures, so that the spray mist burns through the silicone rubber and can reach the sensitive component.
- the present invention is based on the object to present an apparatus and a method in which no coating material reaches undesired areas of the component to be coated.
- the object is solved by the features of claim 1.
- the object is further achieved by the features of claim 8.
- the invention relates to a device for partially covering a component region of a component or a component group for a coating process.
- the device comprises at least one rigid cover element, a flexible seal being arranged in a gap formed between the cover element and the component.
- the seal is temperature resistant to a temperature of at least 400 ° C.
- the device is particularly suitable for thermal spraying and less reject components arise when using this device.
- the seal includes ceramic fiber paper.
- the ceramic fiber paper can be self-adhesive.
- the paper may further include alumina fiber and aluminosilicate fiber, in particular, the Al 2 O 3 fiber and / or the Al 2 O 3 -SiO 2 fiber may include sodium oxide and / or potassium oxide.
- the gasket may alternatively or in combination include zirconia and / or iron oxide. This is particularly advantageous since this paper tolerates temperatures of over 1000 ° C. Since the paper is easily moldable and cuttable, tolerance variations and out-of-roundness of the component can be easily compensated.
- the gap which forms between the component and the cover element is sealed in such a way that no spray particles reach the components, in particular airfoils. This effectively prevents that in the worst case, the components would have to be scrapped.
- the device comprises a container for receiving at least a part of the component, wherein the container has a bottom and two side walls.
- the cover is attachable to at least one of the two side walls, so that the cover covering a non-coated area of the component.
- the cover can be applied as a lid to the container. In this case, a part of the component between the cover and the lid can be arranged.
- the container and the cover are annular, wherein the inner diameter of the cover is greater than the inner diameter of the container.
- blisks bladed disks
- blings bladed ring
- a blisk is a disk on whose outer diameter radially outwardly arranged blades are integrally formed.
- a Bling is a ring, on whose outer diameter radially outwardly arranged blades are integrally formed.
- FIG. 1 shows a plan view of the inventive device 2, a container 4, a first cover 6 and a second cover 8 (only in FIG. 2 shown).
- the FIG. 2 shows a section through the device 2 according to the invention together with inserted component 20 along the line AA in FIG. 1
- the sectionally U-shaped container 4 has a in the FIG. 2 vertically extending and annular inner side wall 10 and one in the FIG. 2 vertically extending and annular outer side wall 12, which has a in the FIG. 2 substantially horizontally extending floor 14 are interconnected.
- the inner side wall 10 has an inner radius R I and the outer side wall 12 has an outer radius R A , wherein the inner radius R I is smaller than the outer radius R A.
- the upper end of the inner side wall 10 projects radially inwardly and thus forms an annular collar 16 with a support 18 extending horizontally here, so that there the radius R K is smaller at the level of the collar than the inner radius R I.
- a component to be coated may be, for example, a blisk 20.
- the blisk 20 comprises, from the outside inwards, a plurality of essentially radially extending airfoils 22, a disk 24, on the lateral surface of which the airfoils 22 are integrally formed, and a hub 26 with an opening 28 for receiving an engine shaft, not shown.
- the hub 26 is arranged centrally to the disc 24 and axially slightly thicker than the disc 24. Between the airfoil 22, 22 'and the disc 24 extends axially a cone 25 with a rubbing portion 27 for a guide vane, not shown.
- the device 2 is now designed for this component 20 so that the collar radius R k is smaller than the radius of the opening 28 and the inner radius R I is greater than the radius of the opening 28.
- the inner radius R I may be smaller as the radius of the opening 28, in which case no radially inwardly projecting collar is needed, but one formed on the inner side wall 10 and radially outwardly extending shoulder.
- the upper surface of the shoulder then forms another support, not shown, for receiving the hub 26 of the blisk 20.
- the blisk 20 Before the blisk 20 can be coated at certain points, in particular the rubbing area 27, the blisk 20 is placed in the container 4 in such a way that the hub 26 lies on the support 18 of the container 4. Between the support 18 and the hub 26, a first seal 30 may be arranged. Between the hub 26 and the collar 16 may also be provided a seal (not shown). In the area of the inner side wall 10, no high temperatures are to be expected, so that these two seals can be elastic O-rings or can be made of plastic. Thus, the blisk 20 is in the container 4 and runs in FIG. 2 horizontally, so that the blades 22, 22 'seem to float. Next, the annular first cover member 6 on the outer side wall 12 of the container 4 - here with screws 30 - fixed.
- annular cover plate 32 protrudes radially inwardly to the blisk 20.
- the cover plate 32 may be made of metal.
- the cover plate 32 can cover only a few blades (as in FIG. 1 shown) or a closed ring, so that at the same time all the blades 22, 22 'are covered.
- the cover plate 32 is disposed over the blades 22, 22 'and ends below the abradable portion 27, which is to be coated later. At this point, later because of the coating process, the coating particles temperatures of about 400 ° C, so that the gap S can be sealed only by a temperature-resistant seal 34.
- This temperature-resistant seal 34 may be made of ceramic fiber paper.
- a second cover element 8 can be arranged above the abutting region 27, so that only the abutting region 27 remains free. Between the second cover member 8 and the cone 25, a gap, not shown, arise, which must also be sealed with a temperature-resistant seal.
- the abutting region 27 is then coated with a stiffening coating, preferably by means of thermal spraying, such as arc spraying, plasma spraying, high-speed flame spraying and / or laser-beam cleaning.
- thermal spraying such as arc spraying, plasma spraying, high-speed flame spraying and / or laser-beam cleaning.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
- Bauteile, insbesondere Triebwerksbauteile müssen an bestimmten Stellen beschichtet werden, um beispielsweise eine verbesserte Haltbarkeit aufzuweisen. Dazu werden die Bauteile vor dem Beschichten maskiert, so dass nur noch der zu beschichtende Bereich frei bleibt. Dazu können flexible Masken, beispielsweise aus Silikonkautschuk hergestellt, verwendet werden, die jeder Kontur folgen, wie in der Druckschrift
DE 199 19 054 A1 offenbart wurde. Bestimmte Schichten lassen sich allerdings nur mit bestimmten Beschichtungsverfahren auf das Bauteil auftragen, wie z.B. thermisches Spritzen. Der Silikonkautschuk verträgt nur Temperatur bis zu 200°C, aber der beim thermischen Spritzen entstehende Spritznebel weist deutlich höhere Temperaturen auf, so dass sich der Spritznebel durch den Silikonkautschuk brennt und auf das empfindlich Bauteil gelangen kann. - Für höhere Temperaturen sind metallische Masken unerlässlich. Allerdings sind diese Abdeckelemente steif und können nicht jeder Kontur folgen, so dass zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und der Maske ein Spalt entsteht, der typischerweise mit einer Dichtung aufgefüllt wird. Bekanntermaßen werden als Dichtungsmaterialien, wie in der Druckschrift
EP 1 762 303 B1 , Kunststoffe verwendet, die keine hohen Temperaturen vertragen. Auch hier kann sich der sehr heiße Spritznebel durch den Kunststoff brennen und auf die Oberfläche des Bauteils gelangen. - Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, bei dem kein Beschichtungsmaterial an unerwünschten Bereichen des zu beschichtenden Bauteils gelangt.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe für einen Beschichtungsprozess. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein steifes Abdeckelement, wobei in einem zwischen dem Abdeckelement und dem Bauteil entstehenden Spalt eine flexible Dichtung angeordnet ist. Dabei ist die Dichtung gegenüber einer Temperatur von mindestens 400°C temperaturresistent.
- Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die Vorrichtung insbesondere für thermisches Spritzen geeignet ist und bei Verwendung dieser Vorrichtung weniger Ausschussbauteile entstehen.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Dichtung Keramikfaserpapier. Dabei kann das Keramikfaserpapier selbstklebend sein. Das Papier kann ferner Aluminiumoxidfaser und Aluminiumsilikatfaser beinhalten, insbesondere kann die Al2O3-Faser und/oder die Al2O3-SiO2-Faser Natriumoxid und/oder Kaliumoxid beinhalten. Die Dichtung kann alternativ oder in Kombination dazu Zirkoniumoxid und/oder Eisenoxid beinhalten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da dieses Papier Temperatur von über 1000°C verträgt. Da das Papier leicht formbar und schneidbar ist, können Toleranzschwankungen und Unrundheit des Bauteils leicht ausgeglichen werden. Der Spalt, der sich zwischen dem Bauteil und dem Abdeckelement bildet, ist so abgedichtet, dass keine Spritzpartikel zu den Bauteilen, insbesondere Schaufelblättern, gelangen. Damit wird wirksam verhindert, dass im schlimmsten Fall die Bauteile verschrottet werden müssten.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Behälter zur Aufnahme mindestens eines Teils des Bauteils, wobei der Behälter einen Boden und zwei Seitenwände aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da ein großer Teil eines Bauteils dort aufgenommen und geschützt bzw. abgedeckt werden kann. Der Behälter kann aus Metall bestehen und ist damit gegenüber hohen Temperaturen resistent. Damit kann der Behälter ohne großen Aufwand eine Seite des Bauteils abdecken.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Abdeckelement an mindestens einer der beiden Seitenwände befestigbar, so dass das Abdeckelement einen nicht zu beschichtenden Bereich des Bauteils abdeckt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da das Abdeckelement wie ein Deckel zum Behälter aufgebracht werden kann. Dabei kann ein Teil des Bauteils zwischen dem Abdeckelement und dem Deckel angeordnet sein.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Behälter und das Abdeckelement ringförmig, wobei der Innendurchmesser des Abdeckelementes größer ist als der Innendurchmesser des Behälters. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da sogenannte Blisks (bladed disks) und/oder Blings (bladed ring) im Behälter aufgenommen werden können und in dieser Vorrichtung überhaupt beschichtet werden können. Eine Blisk ist eine Scheibe, an deren Außendurchmesser radial nach außen angeordnete Schaufelblätter integral angeformt sind. Ein Bling ist ein Ring, an dessen Außendurchmesser radial nach außen angeordnete Schaufelblätter integral angeformt sind.
- Weitere Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
- Im Weiteren werden anhand der schematischen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Dabei zeigen:
-
Figur 1 : eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, -
Figur 2 : einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der Linie A-A inFigur 1 . - Die
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung 2, die einen Behälter 4, ein erstes Abdeckelement 6 und ein zweites Abdeckelement 8 (nur inFigur 2 dargestellt) aufweist. DieFigur 2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 samt eingelegtem Bauteil 20 entlang der Linie A-A inFigur 1 . Der im Schnitt u-förmige Behälter 4 weist eine in derFigur 2 vertikal verlaufende und ringförmige innere Seitenwand 10 und eine in derFigur 2 vertikal verlaufende und ringförmige äußere Seitenwand 12 auf, die über einen in derFigur 2 im Wesentlichen horizontal verlaufenden Boden 14 miteinander verbunden sind. Die innere Seitenwand 10 weist einen inneren Radius RI und die äußere Seitenwand 12 weist einen äußeren Radius RA auf, wobei der innere Radius RI kleiner ist als der äußere Radius RA. Das obere Ende der inneren Seitenwand 10 ragt radial nach innen und bildet damit einen ringförmigen Kragen 16 mit einer hier horizontal verlaufenden Auflage 18, so dass dort der Radius RK auf der Höhe des Kragens kleiner ist als der innere Radius RI. - Ein zu beschichtendes Bauteil kann beispielsweise eine Blisk 20 sein. Die Blisk 20 umfasst von außen nach innen mehrere im Wesentlich radial verlaufende Schaufelblätter 22, eine Scheibe 24, an dessen Mantelfläche die Schaufelblätter 22 angeformt sind, und eine Nabe 26 mit einer Öffnung 28 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Triebwerkswelle. Die Nabe 26 ist mittig zur Scheibe 24 angeordnet und axial etwas dicker ausgelegt als die Scheibe 24. Zwischen dem Schaufelblatt 22, 22' und der Scheibe 24 verläuft axial ein Konus 25 mit einem Anstreifbereich 27 für eine nicht dargestellte Leitschaufel.
- Die Vorrichtung 2 wird nun für dieses Bauteil 20 so ausgelegt, dass der Kragenradius Rk kleiner ist als der Radius der Öffnung 28 und der innere Radius RI größer ist als der Radius der Öffnung 28. Alternativ dazu kann der innere Radius RI kleiner sein als der Radius der Öffnung 28, wobei dann kein nach radial innen ragender Kragen benötigt wird, sondern eine an der inneren Seitenwand 10 angeformte und radial nach außen verlaufende Schulter. Die obere Fläche der Schulter bildet dann eine andere nicht dargestellte Auflage zur Aufnahme der Nabe 26 der Blisk 20.
- Bevor die Blisk 20 an bestimmten Stellen - hier insbesondere der Anstreifbereich 27 - beschichtet werden kann, wird die Blisk 20 derart in den Behälter 4 platziert, dass die Nabe 26 auf der Auflage 18 des Behälters 4 liegt. Zwischen der Auflage 18 und der Nabe 26 kann eine erste Dichtung 30 angeordnet sein. Zwischen der Nabe 26 und dem Kragen 16 kann ebenfalls eine Dichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Im Bereich der inneren Seitenwand 10 sind keine hohen Temperaturen zu erwarten, so dass diese beiden Dichtung elastische O-Ringe sein oder aus Kunststoff bestehen können. Damit liegt die Blisk 20 im Behälter 4 und verläuft in
Figur 2 horizontal, so dass die Schaufelblätter 22, 22' zu schweben scheinen. Als nächstes wird das ringförmige erste Abdeckelement 6 auf der äußeren Seitenwand 12 des Behälters 4 - hier mit Schrauben 30 - befestigt. Dabei ragt ein am ersten Abdeckelement 6 angeformtes ebenfalls ringförmiges Abdeckblech 32 radial nach innen bis zur Blisk 20. Das Abdeckblech 32 kann aus Metall hergestellt sein. Das Abdeckblech 32 kann nur einige Schaufelblätter abdecken (wie inFigur 1 abgebildet) oder ein geschlossener Ring darstellen, so dass gleichzeitig alle Schaufelblätter 22, 22' abgedeckt sind. - Dabei entsteht unweigerlich ein Spalt S zwischen der Blisk 20 und dem Abdeckblech 32. Das Abdeckblech 32 ist über den Schaufelblättern 22, 22' angeordnet und endet unterhalb des Anstreifbereichs 27, der später zu beschichten ist. An dieser Stelle weisen später wegen des Beschichtungsverfahren die Beschichtungspartikel Temperaturen von über 400°C auf, so dass der Spalt S nur durch eine temperaturresistente Dichtung 34 abgedichtet werden kann. Diese temperaturresistente Dichtung 34 kann aus Keramikfaserpapier bestehen. Zusätzlich zum ersten Abdeckelement 6 kann über dem Anstreifbereich 27 ein zweites Abdeckelement 8 angeordnet werden, so dass dann nur noch der Anstreifbereich 27 freibleibt. Zwischen dem zweiten Abdeckelement 8 und dem Konus 25 kann ein nicht dargestellter Spalt entstehen, der ebenfalls mit einer temperaturresistenten Dichtung abgedichtet werden muss.
- Nach der Maskierung des Bauteils 20 wird nun der Anstreifbereich 27 mit einem Ansteifbelag beschichtet, vorzugsweise mittels thermischen Spritzen, wie Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und/oder Laserstrahlsputzen.
- Das Beschichten von Blisken mit einem Anstreifbelag wird mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, ohne dass das Bauteil durch Spritznebel beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass weniger Material von den Abdeckelementen auf die zu beschichtende Oberfläche abprallt. Ansonsten würde sich das abgeprallte und qualitativ minderwertiges Material in der Schicht einlagern.
-
- 2
- Vorrichtung
- 4
- Behälter
- 6
- erstes Abdeckelement
- 8
- zweites Abdeckelement
- 10
- innere Seitenwand
- 12
- äußere Seitenwand
- 14
- Boden
- 16
- Kragen
- 18
- Auflage
- 20
- Bauteil / Blisk
- 22
- Schaufelblätter
- 24
- Scheibe
- 25
- Konus
- 26
- Nabe
- 27
- Anstreifbereich
- 28
- Öffnung
- 30
- Schraube
- 32
- Abdeckblech
- 34
- temperaturresistente Dichtung
Claims (15)
- Vorrichtung zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils (20) oder einer Bauteilgruppe (20) für einen Beschichtungsprozess, wobei die Vorrichtung mindestens ein steifes Abdeckelement (6, 8) aufweist und in einem zwischen dem Abdeckelement (6, 8) und dem Bauteil (20) entstehenden Spalt (S) eine flexible Dichtung (34) angeordnet ist,
durch gekennzeichnet, dass
die Dichtung (34) gegenüber einer Temperatur von mindestens 400°C temperaturresistent ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (34) Keramikfaserpapier beinhaltet.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Behälter (4) zur Aufnahme mindestens eines Teils des Bauteils (20) umfasst, wobei der Behälter (4) einen Boden (14) und zwei Seitenwände (10, 12) aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (6, 8) an mindestens einer der beiden Seitenwände (10, 12) befestigbar ist, so dass das Abdeckelement (6, 8) einen nicht zu beschichtenden Bereich (24, 22) des Bauteils (20) abdeckt.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (4) und das Abdeckelement (6) ringförmig sind, wobei der Innendurchmesser des Abdeckelementes (6) größer ist als der Innendurchmesser (RI) des Behälters (4).
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (6) an einer äußeren Seitenwandung (12) des Behälters (4) befestigbar ist.
- Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein weiteres Abdeckelement (8) umfasst, das einen weiteren nicht zu beschichtenden Bereich (25) des Bauteils (20) abdeckt.
- Verfahren zum partiellen Abdecken eines Bauteilbereichs eines Bauteils mit den Schritten:- Bereitstellen eines zu beschichtenden Bauteils (20),- Abdecken der Bereiche des Bauteils (20), die nicht beschichtet werden, mittels mindestens eines steifen Abdeckelementes (6);- Abdichten eines zwischen dem Abdeckelement (6) und dem Bauteil (20) entstehenden Spaltes (S) mit einer Dichtung (34);dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung gegenüber einer Temperatur von mindestens 400°C temperaturresistent ist.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (34) Keramikfaserpapier beinhaltet.
- Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Blisk mit mindestens einem Schaufelblatt (22, 22') ist.
- Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abdecken das Bauteil (20) teilweise in einem Behälter (4) angeordnet wird.
- Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blisk (20) derart in den ringförmigen Behälter (4) eingeführt wird, dass eine Nabenöffnung (28) der Blisk (20) in der Nähe einer inneren Seitenwandung (10) des Behälters (4) angeordnet ist und dass das ringförmige Abdeckelement (6) an einer äußeren Seitenwandung (12) des Behälters (4) befestigt wird, so dass mindestens ein Schaufelblatt (22') der Blisk (20) durch das Abdeckelement (6) abgedeckt wird.
- Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Belag, insbesondere Anstreifbelag, auf dem zu beschichtende Bereich (27) des Bauteils mittels PVD, CVD und/oder thermischem Spritzen aufgetragen wird.
- Schaufel hergestellt nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 13 und/oder unter Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7.
- Blisk mit mindestens einer Schaufel nach Anspruch 14.
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