EP3774165A1 - Vorrichtung und verfahren zum entfernen von beschichtungsmaterial aus öffnungen eines bauteils - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entfernen von beschichtungsmaterial aus öffnungen eines bauteils

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EP3774165A1
EP3774165A1 EP19739955.3A EP19739955A EP3774165A1 EP 3774165 A1 EP3774165 A1 EP 3774165A1 EP 19739955 A EP19739955 A EP 19739955A EP 3774165 A1 EP3774165 A1 EP 3774165A1
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EP
European Patent Office
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component
cooling fluid
area
region
reference point
Prior art date
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Pending
Application number
EP19739955.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Beck
Jens Dietrich
Oliver KATZURKE
Sven Kreuziger
Marcel KRÜGERKE
Andrea Massa
Richard Zimmermann
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3774165A1 publication Critical patent/EP3774165A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
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    • C23C14/5873—Removal of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
    • B23P6/007—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only additive methods, e.g. build-up welding
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    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
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    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/005—Repairing methods or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/06—Cooling passages of turbine components, e.g. unblocking or preventing blocking of cooling passages of turbine components

Definitions

  • the present invention relates to a method for removing coating material from the cooling fluid openings of a component. Furthermore, the present invention relates to a device which can be used in the method according to the invention. Furthermore, the present invention relates to the use of the inventive method and measuring device according to the invention in the manufacture or repair of a component.
  • Components that are exposed to a high level of mechanical stress and are exposed to a hot and corrosive medium are often made from high-temperature super alloys and are also provided with complex corrosion and / or oxidation-inhibiting coatings and / or heat-insulating coatings.
  • such components are typically equipped with internaldefluidka channels, with the help of which cooling air can be passed through the construction part to quickly dissipate heat. If, in addition, a cooling air film is to be created over the surface of the component so that the surface is not directly exposed to the hot and corrosive medium, the components have cooling air holes through which cooling air is blown out of the interior of the component.
  • the cooling air holes are at least partially closed by the coating material. They must therefore be opened again after the coating process has been completed. This can be done, for example, by selecting certain cooling air holes as reference holes and then before the coating process using a masking material on which the coating material is located clings badly, be locked. After coating, the masking material in the reference holes is then either removed manually or burned out if a burnt out masking agent is used. The position of the remaining holes is then determined based on the position of the reference holes. Then the further holes are opened again, for example by means of a laser program.
  • a problem here is, however, that deviations in the position and orientation of the further channels may also be present when the design data of the component are present. This is due, for example, to different tolerances from different manufacturers. Furthermore, there may be a change in the geometry of the component during operation of the components. When repairing components that are already in use, it is therefore not possible to rely entirely on the design data.
  • the invention relates to a
  • Method for coating a component having a first region and a second region, where the first region comprises at least one cooling fluid opening with a cooling fluid channel adjoining it, and wherein the first region is to be coated with a coating material which is not in the second area to be brought up, the process being the following
  • Steps include:
  • step A) detection of the at least one reference point in the second region of the component and determination of the position of the at least one cooling fluid opening in the first region of the component by means of the first device from step A),
  • the second device at least one detection device, at least one holding device and comprises at least one device for removing coating material in the area of the cooling fluid openings, the holding device being suitable for providing a direct or indirect, releasable fastening with the second area of the component,
  • the at least one detection device is suitable for detecting at least one reference point in the second region, in order to use it to determine the position of the at least one reference point and / or to adapt the position of the component based on the reference point, the device for removing the coating material in the
  • the area of the cooling fluid openings is suitable, based on the position and / or adapted position of the component determined by means of the detection device, to remove the coating material from the cooling fluid openings in order to restore the functionality of the cooling fluid channels.
  • the first device can also be a device like the second device or the first device can be identical to the second device.
  • the method according to the invention allows the cooling fluid openings to be opened with high precision without the need for manual steps such as opening reference openings. This not only simplifies and speeds up the process, it also allows, for example, data about the component to be obtained, which can later be used, for example, as part of process control to clearly identify and characterize the component.
  • a reference point can represent a characteristic structure on the component or shape of the surface of the component, which are detected by means of a measuring device.
  • the at least one ne reference point for example, also mechanically detected. For example, this can be done by probing a specific point in the second area of the component. This is particularly advantageous, since it can be used to make an exact statement about the reference point, such as, for example, its position in the internal coordinate system of the device used, with high precision and reliably using simple known means.
  • the reference point can also be brought into contact by means of a component of the device, for example, and can be moved to a specific position.
  • the invention relates to a
  • the device for opening cooling fluid openings of a coated component, the component having a first region and a second region, the first region comprising at least one cooling fluid opening with a cooling fluid channel adjoining it, and wherein the first region has been coated with a coating material, which was not applied in the second area
  • the device comprising at least one detection device, at least one holding device and at least one device for removing coating material in the area of the cooling fluid openings, the holding device being suitable for direct or indirect, releasable attachment to the second area of the
  • the at least one detection device is suitable to detect at least one reference point in the second area in order to determine the position of the at least one reference point and / or based on the position of the component end to be adapted to the reference point
  • the device being suitable for removing the coating material in the area of the cooling fluid openings, based on the position and / or adjusted position of the component determined by the detection device, specifically removing the coating material from the cooling fluid openings in order to ensure the functionality of the cooling fluid channels to restore.
  • the invention relates to the use of the method according to the invention and / or a device according to the invention in the manufacture or repair of a component of a turbomachine comprising a fluid flow, the component comprising a first region and a second region, the first region of the component is provided with a coating and is suitable for being exposed to the fluid flow of the turbomachine.
  • Figure 1 shows a flow diagram of the process according to the invention.
  • the first device is a device such as the second device or the first device is identical to the second device. Due to the possibility of carrying out the method according to the invention with a very simply constructed device, the purchase price of the corresponding device is very low. This also allows a device as used in step F) to be used in an economically sensible manner for step B), even if components thereof are not required for step B). This offers advantages for the method, since, for example, no adaptation to another reference system
  • the component is preferably suitable for its intended use, with no removal and / or modification of the reference point being necessary. Additionally or alternatively, it is preferred in further embodiments that the reference point is not provided for the method according to the invention. In particular, it is typically preferred that the reference point represents an already existing feature of the component.
  • the at least one cooling fluid opening in the first region of the component in step B) serves as a reference opening, from which the position of at least one further cooling fluid opening in the first region of the component is derived.
  • the mechanical detection of the reference point is surprisingly particularly advantageous. Reliability, speed and accuracy are particularly good.
  • the detection of the at least one reference point is therefore preferably carried out by probing the reference point.
  • the at least one reference point comprises at least one 6-point nest.
  • the component can be advantageously aligned.
  • the orientation of the component can be improved such that the device can be used to remove the coating material in the area of the cooling fluid openings with an improved angle.
  • an improved quality of the cooling fluid openings which are ultimately retained and thus also of the flows of the cooling fluid which are passed through the cooling fluid channel can be achieved.
  • the component is aligned in the first device and / or the second device in the respective step based on the detection of the at least one reference point in step B) and / or F). In particular, it is preferred that a corresponding alignment takes place in step F).
  • fastenings proved to be particularly advantageous in which either a holding device is present in the device directly, which touches the surface of the second region of the component. Or are provided in the interior of the device fasteners on which a holding device that was attached to the component can be fixed.
  • the direct, releasable fastening of the component in the first device and / or the second device is achieved by means of a holding device which is part of the first device and / or second device and touches the surface of the second region of the component, and / or the indirect, releasable fastening of the component by means of a holding device, which is temporarily connected to the first device and / or two device and the second region of the Touched component.
  • the holding device used for the aforementioned indirect, releasable fastening is connected to the device such as the first device and / or second device only for the time of the method according to the invention.
  • mobile holding devices can be used, which are connected to the component for the manufacturing process or repair process and are moved with this component between different stations of the process.
  • the use of a mobile holding device has typically proven to be advantageous.
  • the component is fastened to the holding device, which in turn is temporarily fixed in particular in the device according to the invention. This typically maintains at least one basic position and orientation of the component even when the component is removed from the device in the meantime.
  • step B) damage to the cooling fluid openings or to the reference point can be corrected to a certain extent by means of fit processes.
  • the data obtained in step B) are therefore preferably corrected using fit processes.
  • corrections are made to the shape of the at least one reference point and the at least one cooling fluid opening in order, for example, to correct deviation from the ideal shape as a result of damage. This also allows, for example in the event of one-sided damage to the at least one cooling fluid opening, an exact determination of the intended position of the cooling fluid opening.
  • step B it has typically proven to be advantageous to use data obtained in step B) in order to hereby create a data set relating to the relative position of the at least one cooling fluid opening with respect to the at least one reference point.
  • a simple transfer of the data to another device can be carried out with this.
  • the relative position of the at least one cooling fluid opening in the first region of the component with respect to the at least one reference point in the second region of the component is therefore preferably determined from the data obtained in step B).
  • the relative position of the at least one cooling fluid opening can be used to in based on the absolute position of the at least one reference point
  • Step F) to calculate the absolute position of the at least one cooling fluid opening in this step, even if it is covered by the coating.
  • the method has the at least one cooling fluid opening a relative position with respect to the at least one reference point and an absolute position in the first device in step B) and in the second device in step F), and it is therefore preferably based on the relative position of the at least one cooling fluid opening in step B) and detection of the at least one reference point in step F), the absolute position of the at least one cooling fluid opening in step F) is determined, and it is based on the absolute position of the at least one Cooling fluid opening the removal of the coating material in step F).
  • the position of further cooling fluid openings is determined, for example, on the basis of existing design data, such as CAD data, the cooling fluid opening whose position was actually used as the reference point.
  • CAD data existing design data, such as CAD data
  • the position of at least one further cooling fluid opening in the first region of the component is determined by the position of the at least one cooling fluid opening in the first region of the component obtained by means of the measuring device and the relative position of the at least one further cooling fluid opening based on design data, such as CAD Data, determined.
  • one or more cooling fluid openings can be selected manually or automatically from the interpolated cooling fluid openings and their position can also be determined in the measuring method in step B).
  • the position of at least one additional cooling fluid opening in the first region of the component is therefore preferably measured in step B) in order to manually or automatically, preferably automatically, with a position of a cooling fluid opening in the first region of the component interpolated by means of the construction data Compare measurement data. This allows, for example, potential errors in the design data to be detected, which may have arisen, for example, as a result of excessive component manufacturing tolerances.
  • the automated testing of corresponding positions enables, for example, that in such a case the method is changed such that the position of all cooling fluid openings is determined in step B).
  • the cooling fluid openings in the first area of the component can be successfully reopened in step F) without having to use the design data, which is not possible in this case.
  • the speed of the method can be increased significantly by skillful selection of the interpolated and actually measured cooling fluid opening, without, however, appreciably impairing the accuracy.
  • the rows comprise at least 5 cooling fluid openings and the position of at least one, preferably two, of the cooling fluid openings of the respective row is determined.
  • the cooling fluid openings in the first region of the component are at least partially arranged in the form of rows comprising at least 5 cooling fluid openings and at least the position of the first, preferably the first and the last, cooling fluid opening of the rows is determined by means of the measuring device of the first device in Step B) determined.
  • the coating to be removed is removed in the first region of the component before step B).
  • the coating in the first area of the component is therefore preferably removed in the case of a repair before step B).
  • the optional step C) is typically omitted here, unless it is established that further coating residues are present and must be removed.
  • step B) regarding the position of the at least one cooling fluid opening are checked for usability and, if appropriate, the position of at least one further cooling fluid opening is determined.
  • the at least one cooling fluid opening should serve as a reference point in order to obtain the exact position of the further cooling fluid opening based on construction data by means of interpolation. It had proven to be advantageous to check the measurement data obtained for the at least one cooling fluid opening. fen. If, for example, the exact position of the cooling fluid opening in question cannot be determined precisely enough as a result of damage, it has proven to be advantageous if an alternative reference opening is determined in this case.
  • the first device in step B) and the second device in step F) had the same coordinate system. This significantly facilitates the transfer of the data received.
  • the first device and the second device preferably have the identical coordinate system, more preferably the devices which are identical in construction in step B) and the second device in step F), and even more preferably it is the identical device.
  • the fastening of the component at least in the device in step F) is movable in such a way that changes in the position of the component between step B) and F) with respect to the coordinate system of the device can be reversed.
  • the storage can take place on a portable storage medium or a storage unit integrated into a network.
  • the transportable storage unit can subsequently be connected to the second device, for example for step F), or the data obtained in step B) can be called up via a network connection from the storage unit integrated into the network.
  • the first device is identical to the second device, it has typically proven advantageous to store the data externally. For example, this can ensure increased data security and even if the device is damaged between step B) and F), the data can be used for a device that is used as a replacement.
  • the method according to the invention has proven to be particularly advantageous for the manufacture and repair of components of a turbomachine.
  • the component is therefore preferably part of a turbomachine and the first region of the construction part is suitable for being set out of the fluid flow of the turbomachine.
  • the component can in particular be any component of flow machines provided with cooling fluid openings.
  • the cooling fluid openings typically serve as film cooling openings for cooling and protecting the corresponding component.
  • the component is therefore preferably a blade or a heat shield. For example, this is a guide vane or moving blades.
  • the component is therefore preferably selected from the group consisting of heat shields, guide vanes and rotor blades of a turbine and guide vanes and rotor blades of a compressor.
  • corresponding components are made, at least in part, of high-temperature resistant alloy such as iron, nickel or cobalt-based superalloys.
  • high-temperature resistant alloy such as iron, nickel or cobalt-based superalloys.
  • superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • nickel super alloys are often used because they are advantageous for many applications are. It is further preferred here that the corresponding components are single-crystal (SX structure).
  • Such single-crystalline workpieces follows e.g. by directional solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy forms a single-crystal structure, i.e. to the single-crystalline workpiece, or solidified in a directed manner.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and either form a stem-crystalline grain structure (columnar, i.e. grains that run the entire length of the workpiece and here, according to general usage, are referred to as directionally solidified) or a single-crystal structure, i.e. the entire workpiece consists of a single crystal.
  • a stem-crystalline grain structure columnumnar, i.e. grains that run the entire length of the workpiece and here, according to general usage, are referred to as directionally solidified
  • a single-crystal structure i.e. the entire workpiece consists of a single crystal.
  • directionally solidified structures If there is general talk of directionally solidified structures, this means both single crystals which have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, and stem crystal structures which probably have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also referred to as directionally solidified structures.
  • the components can have coatings against corrosion or oxidation, eg. B. (MCrAIX; M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon zium and / or at least one element of the rare earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon zium and / or at least one element of the rare earth, or hafnium (Hf)).
  • Y yttrium
  • Hf hafnium
  • EP 0486489 B1 EP 0786017 B1, EP 0412397 B1 or
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • the layer composition preferably has Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers are also preferably used, such as Ni-10Cr-12Al-0, 6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-llAl-0, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0, 4Y-1 , 5Re.
  • a thermal insulation layer which is preferably the outermost layer, may also be present on the MCrAIX and consists, for example, of ZrCg, Y 2 ⁇ D 3 -Zr0 2 , ie it is not, partly or completely stabilized by yttrium oxide
  • the thermal insulation layer covers the entire MCrAlX layer.
  • Electron beam vaporization creates stem-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat insulation layer can have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than that
  • Refurbishment means that components may need to be stripped of protective layers after use (e.g. by sandblasting). The corrosion and / or oxidation layers or products are then removed. If necessary, cracks or other damage to the component are also repaired. The component is then recoated in order to reuse the component.
  • the blade can be hollow or solid. If the blade is to be cooled, it is hollow and may have film cooling holes.
  • the present invention relates to devices which are particularly well suited for carrying out the method according to the invention.
  • the term device preferably refers to the second device of the method.
  • the devices according to the invention can also be used as the first device.
  • the device for removing the coating material is attached to a robot arm.
  • the device for removing the coating material is therefore preferably selected from the group consisting of laser drills and mechanical drills, more preferably laser drills.
  • the second device used in step F) has a measuring device. points, which is suitable to determine at least the position of the cooling fluid openings, more preferably to provide additional information on the quality of the removal of the coating material.
  • the device preferably comprises a measuring device that is suitable for determining the position of the at least one cooling fluid opening.
  • the holding device is therefore preferably movable and the movable holding device is suitable for providing a rotation of the component in the device by at least 210 °, preferably by at least 360 °, without having to release the holding device.
  • These devices are typically geous before, because particularly high speeds of the method can be achieved for example for typical applications.
  • Figure 1 shows a flow diagram of the method according to the invention.
  • a component is machined the first one Includes area and a second area.
  • the first area of the component has at least one cooling fluid opening with a cooling fluid channel adjoining it, this area being intended to be coated with a coating material.
  • the second area of the component the application of such a coating is not necessary, since this area, for example, should not be exposed to the fluid flow of a turbomachine.
  • Examples of a corresponding component are heat shields, guide vanes and blades of a turbine and guide vanes and blades of a compressor, as can be found in turbomachines.
  • step A Before the component to be machined is used in step A), previous steps such as the removal of an existing coating and / or the repair of damage to the component can be carried out, in particular when repairing a construction.
  • This has the advantage, for example, that the subsequent determination of the position of the at least one cooling fluid opening in the first loading area of the component can typically be followed with greater accuracy.
  • the component to be machined is introduced into S1 in a first device, as described under A).
  • the device is suitable for measuring at least one reference point in the second area of the component and for determining the position of at least one cooling fluid opening in the first area of the component.
  • Step B) of the method according to the invention then takes place in S2.
  • the at least one reference point is detected in the second area of the component.
  • the position of the at least one cooling fluid opening in the first loading region of the component is determined.
  • a characteristic point or the shape of a characteristic area can serve as a reference point and this by means of a measuring device, such as that used for determining the position of the at least one cooling fluid opening is used in the first area.
  • different measuring devices or other means for detecting the at least one reference point can also be used.
  • the reference point can be touched mechanically, for example, in order to obtain the required data of the reference point.
  • An example of such a reference point is a 6-point nest, which is preferably touched mechanically.
  • the relative position of the at least one reference point in the second region of the component and the at least one cooling fluid opening in the first region of the component can be derived, for example, from data obtained in S2.
  • coating material can optionally be removed in S3, as described in step C). For example, this may be necessary if only part of the coating in the first area of the component has been removed beforehand.
  • step E the coating material described in step E) is applied in the first area of the component. This results in at least partially, typically completely, closing the cooling fluid opening in the first region of the component.
  • the at least one reference point in the second region of the component is then detected in S6.
  • the method according to the invention can be carried out completely in a single device, it is typically advantageous to optimize the process, at least some of the steps, such as repair steps or the application of the coating in the first area of the component, outside of the step B) used first device and / or the second device used in step F).
  • the second device used in step F) is suitable to fix the component directly or indirectly by means of a releasable fastening, to detect the at least one reference point in the second region of the component and by means of a device integrated in the device to coat the coating material in the region of the at least one Remove the cooling fluid opening.
  • a device can be used in step F), as was also used in step B).
  • the identical device can also be used.
  • a holding device contained in the device can be used. This can touch the component in the second area and thereby fix it mechanically.
  • the holding device can grip the component from opposite sides by means of suitably shaped counterparts of the corresponding part of the second region of the component.
  • the corresponding component of the holding device can be designed as a corresponding negative. The use of such a specific holding device has the advantage, for example, that a certain direction of the component is already predetermined.
  • a mobile holding device for the component can be used for example.
  • the holding device is typically attached to the component for the complete method according to the invention. For example, this is done by a clamping process as described above for the direct detachable connection.
  • This fastening offers the possibility of being releasably fastened within the device.
  • attachment can also be carried out in such a way that an otherwise unstable construction part can be set up in a stable manner, for example a turbine blade, this has further procedural advantages.
  • a mobile holding device can offer simplified gripping and transportation between individual stations of the method.
  • the positions of further cooling fluid openings in the first area of the component can be determined.
  • a statistical selection of the corresponding cooling fluid opening to be determined can be automated, for example, in order to provide a control option for deviations from the design data. This is particularly important if the position of further cooling fluid openings in the first area of the component is interpolated for removal of the coating material there.
  • Such an interpolation of the further cooling fluid openings in the first region of the component is particularly advantageous, for example, when there are rows of cooling fluid openings.
  • the component can be aligned within the device.
  • Such an alignment is based on the position of the detected reference point and can, for example, improve the position and alignment of the component. Such an improvement can, for example, simplify the removal of the coating material in step F) or increase the accuracy.
  • the removal of the coating material in step F) is necessary in order to restore the functionality of the cooling fluid openings and the cooling fluid channels connected therein.
  • the device can comprise a laser drill or a mechanical drill.
  • the device for removing the coating material can be attached to a robot arm in order to provide the greatest possible mobility.
  • a control step can optionally be carried out.
  • a device according to the invention which also comprises a measuring device which can at least determine the position of the cooling fluid openings.
  • the measuring device can provide further information which, for example, allows conclusions to be drawn about the quality of the removal of the coating material in the region of the respective cooling fluid opening.
  • a measuring device based on interferometry can be used for this purpose. If defects are found, the component can, for example, be transferred to an earlier step of the method according to the invention, as represented by S8. For example, the component can be stripped of the coating in S3 before the subsequent steps are carried out again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, wobei nach dem Beschichtungsschritt eine Wiederöffnung der im Bauteil enthaltenen Kühlfluidkanäle erfolgen muss. Ferner betrifft die Erfindung einer Vorrichtung, die geeignet ist das vorgenannte Verfahren durchzuführen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der Vorrichtung bei der Herstellung oder Instandsetzung eines Bauteils einer Strömungs-maschine.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Entfernen von
Beschichtungsmaterial aus Öffnungen eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfer nen von Beschichtungsmaterial aus den Kühlfluidöffnungen ei nes Bauteils. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Erfindungs messen Vorrichtung bei der Herstellung oder Instandsetzung eines Bauteils.
Mechanisch stark belastete Bauteile, die einem heißen und korrosiven Medium ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Turbinen schaufeln oder andere Turbinenbauteile, sind häufig aus hoch warmfesten Superlegierungen hergestellt und zudem mit aufwen digen korrosions- und/oder oxidationshemmenden Beschichtungen und/oder wärmedämmenden Beschichtungen versehen. Außerdem sind solche Bauteile typischerweise mit internen Kühlfluidka nälen ausgestattet, mit deren Hilfe Kühlluft durch das Bau teil geleitet werden kann, um aufgenommene Wärme rasch abzu führen. Wenn zudem ein Kühlluftfilm über der Oberfläche des Bauteils geschaffen werden soll, damit die Oberfläche nicht unmittelbar dem heißen und korrosiven Medium ausgesetzt ist, weisen die Bauteile Kühlluftlöcher auf, durch die Kühlluft aus dem Inneren des Bauteils ausgeblasen wird.
Beim Aufbringen einer Beschichtung auf ein mit Kühlluftöff nungen versehenes Bauteil werden die Kühlluftlöcher durch das Beschichtungsmaterial zumindest teilweise verschlossen. Sie müssen daher nach Abschluss des Beschichtungsprozesses wieder geöffnet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass bestimmte Kühlluftlöcher als Referenzlöcher ausgewählt werden und dann vor dem Beschichtungsprozess mittels eines Maskierungsmaterials, auf dem das Beschichtungsmaterial schlecht haftet, verschlossen werden. Nach dem Beschichten wird das Maskierungsmaterial in den Referenzlöchern dann ent weder manuell entfernt oder ausgebrannt, falls ein ausbren nendes Maskierungsmittel Verwendung findet. Anschließend wird anhand der Lage der Referenzlöcher die Position der verblei benden Löcher bestimmt. Anschließend werden die weiteren Lö cher beispielsweise mittels eines Laserprogramms wieder ge öffnet. Ein Problem hierbei ist jedoch, dass auch bei Vorlie gen der Konzeptionsdaten des Bauteils Abweichungen hinsicht lich der Lage und Orientierung der weiteren Kanäle vorhanden sein können. Dies ist zurückzuführen auf beispielsweise un terschiedliche Toleranzen verschiedener Hersteller. Ferner kann es bei den Bauteilen während des Betriebs zu einer Ver änderung der Geometrie des Bauteils kommen. Bei der Instand setzung bereits genutzter Bauteile kann somit nicht gänzlich auf die Konstruktionsdaten vertraut werden.
Bestehende Verfahren und Vorrichtung weisen jedoch das Prob lem auf, dass auch bei aufwendiger Bestimmung der exakten Po sition der Kühlfluidöffnungen im beschichten Bereich des Bau teils diese Informationen der exakten Position nach der Be schichtung schlecht einzusetzen sind. Infolge der Beschich tungen werden entsprechende Markierungen der Oberfläche und auch die Kühlfluidöffnungen verdeckt, sodass bislang zunächst manuell einzelne Referenzöffnungen identifiziert werden müs sen, die nach manueller Kühlfluidöffnung als Referenzen für ein System zur automatischen Wiedereröffnung der Kühlfluid öffnungen dienen können. Dies ist äußerst arbeits- und zeit aufwendig und verursacht neben den damit resultierenden Kos ten auch deutliche Verzögerung bei der Herstellung oder Wie deraufbereitung von entsprechenden Bauteilen.
Somit besteht der Bedarf nach einer Möglichkeit ohne manuelle Schritte automatisiert die exakte Position der Kühlfluidöff nungen nach einem derartigen Beschichtung Schritt bereitzu stellen, sodass schneller, günstiger und mit höherer Prozess sicherheit derartiger Herstellerprozesse oder Wiederaufberei tungsprozesse durchgeführt werden können. Diese Aufgaben werden durch das Verfahren, die Vorrichtung und die Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltun gen der Erfindung, welche weitere Vorteile bereitstellen, die auch zusätzliche Probleme lösen können.
Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, wobei das Bauteil einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wo bei der erste Bereich mindestens eine Kühlfluidöffnung mit einem sich hieran anschließenden Kühlfluidkanal umfasst, und wobei der erste Bereich mit einem Beschichtungsmaterial be schichtet werden soll, welches nicht im zweiten Bereich auf gebracht werden soll, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
A) Einbringen des Bauteils in eine erste Vorrichtung, die ge eignet mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich des Bauteils zu detektieren und die Position mindestens einer Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils zu bestimmen,
B) Detektion des mindestens einen Bezugspunktes im zweiten Bereich des Bauteils und Bestimmung der Position der mindes tens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils mittels der ersten Vorrichtung von Schritt A) ,
C) optional Entfernen von Beschichtungsmaterial, welches im ersten Bereich des Bauteils vorhanden ist,
D) optional Reparatur von mindestens einer Beschädigung im ersten Bereich des Bauteils,
E) Aufbringung des Beschichtungsmaterials im ersten Bereich des Bauteils, wobei die mindestens eine Kühlfluidöffnung zu mindest teilweise verschlossen wird,
F) Detektion des mindestens einen Bezugspunktes im unbe schichteten zweiten Bereich des Bauteils und Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der mindestens einen Kühl fluidöffnung mittels einer zweiten Vorrichtung, wobei das Bauteil indirekt oder direkt, lösbar mit der zweiten Vorrich tung verbunden ist, wobei die zweite Vorrichtung mindestens eine Detektionsvorrichtung, mindestens eine Haltevorrichtung und mindestens ein Gerät zum Entfernen von Beschichtungsmate rial im Bereich der Kühlfluidöffnungen umfasst, wobei die Haltevorrichtung geeignet ist eine direkte oder indirekte, lösbare Befestigung mit dem zweiten Bereich des Bauteils be reitzustellen,
wobei die mindestens eine Detektionsvorrichtung geeignet ist mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich zu detektie- ren, um hiermit die Position des mindestens einen Bezugspunk tes zu bestimmen und/oder die Position des Bauteils basierend auf dem Bezugspunkt anzupassen, wobei das Gerät zum Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der Kühlfluidöffnungen geeignet ist basierend auf der mittels der Detektionsvorrich tung bestimmten Position und/oder angepassten Position des Bauteils gezielt das Beschichtungsmaterial aus den Kühlfluid öffnungen zu entfernen, um die Funktionsfähigkeit der Kühl fluidkanäle wieder herzustellen,
wobei die erste Vorrichtung auch eine Vorrichtung wie die zweite Vorrichtung sein kann oder die erste Vorrichtung iden tisch mit der zweiten Vorrichtung sein kann.
Überraschenderweise zeigte sich, dass mittels des erfindungs gemäßen Verfahrens eine hochgenaue Öffnung der Kühlfluidöff nungen erfolgen kann, ohne dass manuelle Schritte wie die Öffnung von Referenzöffnungen erforderlich sind. Dies verein facht und beschleunigt nicht nur das Verfahren, sondern er laubt auch beispielsweise Daten über das Bauteil zu erhalten, welche später auch beispielsweise im Rahmen der Prozesskon trolle zur eindeutigen Identifizierung und Charakterisierung des Bauteils genutzt werden können.
Während die Bestimmung der Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils mittels einer Messvorrichtung erfolgt, kann die Detektion des mindestens einen Bezugspunktes im zweiten Bereich des Bauteils auf ver schiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein Bezugspunkt eine charakteristische Struktur auf dem Bauteil oder Form der Oberfläche des Bauteils darstellen, die mittels einer Mess vorrichtung detektiert werden. Jedoch kann der mindestens ei- ne Bezugspunkt beispielsweise auch mechanisch detektiert wer den. Beispielsweise kann dies durch Antasten einer spezifi schen Stelle im zweiten Bereich des Bauteils erfolgen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da hiermit hochpräzise und zu verlässig mittels einfacher bekannter Mittel eine exakte Aus sage über den Bezugspunkt, wie beispielsweise dessen Lage im internen Koordinatensystem der hierzu genutzten Vorrichtung, getroffen werden kann. Auch kann hierbei der Bezugspunkt bei spielsweise mittels eines Bestandteils der Vorrichtung in Be rührung gebracht werden und hierbei in eine bestimmte Positi on bewegt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Öffnung von Kühlfluidöffnungen eines be schichteten Bauteils, wobei das Bauteil einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich mindestens eine Kühlfluidöffnung mit einem sich hieran an schließenden Kühlfluidkanal umfasst, und wobei der erste Be reich mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wurde, wel ches nicht im zweiten Bereich aufgebracht wurde, wobei die Vorrichtung mindestens eine Detektionsvorrichtung, mindestens eine Haltevorrichtung und mindestens ein Gerät zum Entfernen von Beschichtungsmaterial im Bereich der Kühlfluidöffnungen umfasst, wobei die Haltevorrichtung geeignet ist eine direkte oder indirekte, lösbare Befestigung mit dem zweiten Bereich des Bauteils bereitzustellen, wobei die mindestens eine De tektionsvorrichtung geeignet ist mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich zu detektieren, um hiermit die Position des mindestens einen Bezugspunktes zu bestimmen und/oder die Position des Bauteils basierend auf dem Bezugspunkt anzupas sen, wobei das Gerät zum Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der Kühlfluidöffnungen geeignet ist basierend auf der mittels der Detektionsvorrichtung bestimmten Position und/oder angepassten Position des Bauteils gezielt das Be schichtungsmaterial aus den Kühlfluidöffnungen zu entfernen, um die Funktionsfähigkeit der Kühlfluidkanäle wieder herzu stellen . Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Ver wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer er findungsgemäßen Vorrichtung bei der Herstellung oder Instand setzung eines Bauteils einer Strömungsmaschine umfassend ein Fluidstrom, wobei das Bauteil ein ersten Bereich und ein zweiten Bereich umfasst, wobei der erste Bereich des Bauteils mit einer Beschichtung versehen ist und geeignet ist dem Flu idstrom der Strömungsmaschine ausgesetzt zu werden.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfin dung wird auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung und der in Verbindung hiermit beschriebenen Abbildungen verwie sen. Die Abbildungen sind hierbei jedoch nur als Verdeutli chung der Erfindung zu verstehen und stellen nur besonders bevorzugte Ausführungsformen und keine Einschränkung der Er findung dar.
Abbildung 1 zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Pro zesses.
In weiteren Ausführungsformen ist die erste Vorrichtung eine Vorrichtung wie die zweite Vorrichtung oder die erste Vor richtung ist identisch mit der zweiten Vorrichtung. Aufgrund der Möglichkeit das erfindungsgemäße Verfahren mit einer sehr einfach konstruierten Vorrichtung durchzuführen, liegt der Anschaffungspreis der entsprechend Vorrichtung sehr niedrig. Dies erlaubt auch für Schritt B) eine Vorrichtung, wie in Schritt F) genutzt, wirtschaftlich sinnvoll einzusetzen, auch wenn Bestandteile hiervon für Schritt B) nicht erforderlich sind. Dies bietet Vorteile für das Verfahren, da beispiels weise keine Anpassung an ein anderes Bezugssys
tem/Koordinatensystem einer anderen Anlage vorgenommen werden müssen .
Überaschenderweise zeigte sich ferner, dass es nicht erfor derlich ist zusätzlich Objekte oder Markierungen auf das Bau teil aufzubringen, um einen entsprechenden Bezugspunkt zu er halten. Vielmehr kann durch entsprechende Wahl der Vorrich- tung zur Detektion des Bezugspunktes eine vorhandene Eigenart und/oder ein vorhandenes Merkmal des Bauteils genutzt werden. Hierdurch entfallen Vorbereitungsschritte und Nachbearbei tungsschritte, was überraschenderweise die zusätzlichen Über legungen und den Zusatzaufwand zur Bereitstellung einer ent sprechenden Vorrichtung zur Vermessung und Bearbeitung auf wiegt. Beispielsweise für Bauteile wie Turbinenschaufeln wie Laufschaufeln und Leitschaufein hat sich dies als besonders vorteilhaft erwiesen. In weiteren Ausführungsformen ist vor zugsweise das Bauteil geeignet für seinen Einsatzzweck ge nutzt zu werden, wobei keine Entfernung und/oder Modifikation des Bezugspunktes erforderlich ist. Zusätzlich oder alterna tiv ist es in weiteren Ausführungsformen bevorzugt, dass der Bezugspunkt nicht für das erfindungsgemäße Verfahren bereit gestellt wird. Insbesondere ist es typischerweise bevorzugt, dass der Bezugspunkt ein bereits vorhandenes Merkmal des Bau teils darstellt.
Aufgrund der hohen Genauigkeit bei der Bestimmung der Positi on der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils, ist es möglich diese mindestens eine Kühlfluid öffnung als Referenzöffnung zu nutzen, sodass nicht die Posi tion aller Kühlfluidöffnungen bestimmt werden muss. Dies be schleunigt das Messverfahren deutlich. In weiteren Ausfüh rungsformen dient die mindestens eine Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils in Schritt B) als Referenzöff nung, anhand derer die Position mindestens einer weiteren Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils abgeleitet wird .
Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist die mechanische Detek tion des Bezugspunktes überraschenderweise besonders vorteil haft. Insbesondere die Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit und Genauigkeit sind hierbei besonders gut. In weiteren Ausfüh rungsformen erfolgt das Detektieren des mindestens einen Be zugspunktes daher vorzugsweise durch Antasten des Bezugspunk tes. Beispielsweise kann hierbei die mechanische Detektion unter Verwendung eines 6-Punkt-Nests im zweiten Bereich des Bauteils erfolgen. In weiteren Ausführungsformen umfasst der mindestens eine Bezugspunkt mindestens ein 6-Punkt-Nest .
Ferner hat sich gezeigt, dass mittels der Detektion des min destens einen Bezugspunktes eine vorteilhafte Ausrichtung des Bauteils erfolgen kann. Beispielsweise kann unter Zuhilfenah me der Konstruktionsdaten die Ausrichtung des Bauteils dahin gehend verbessert werden, dass das Gerät zur Entfernung des Beschichtungsmaterials im Bereich der Kühlfluidöffnungen mit einem verbesserten Winkel eingesetzt werden kann. Somit kann beispielsweise eine verbesserte Qualität der letztendlich er haltenen Kühlfluidöffnungen und somit auch der Strömungen des Kühlfluids, welche durch den Kühlfluidkanal geleitet werden, erzielt werden. In weiteren Ausführungsformen erfolgt basie rend auf dem Detektieren des mindestens einen Bezugspunktes in Schritt B) und/oder F) eine Ausrichtung des Bauteils in der ersten Vorrichtung und/oder der zweiten Vorrichtung im jeweiligen Schritt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine entsprechende Ausrichtung in Schritt F) erfolgt.
Es zeigte sich, dass die direkte oder indirekte lösbare Be festigung des Bauteils in der ersten Vorrichtung und/oder zweiten Vorrichtung in vielfältiger Form umgesetzt werden kann. Besonders vorteilhaft erwiesen sich Befestigungen, bei denen entweder direkt eine Haltevorrichtung in der Vorrich tung vorhanden ist, die die Oberfläche des zweiten Bereichs des Bauteils berührt. Oder bei der im Inneren der Vorrichtung Befestigungsmittel vorgesehen sind, an denen eine Haltevor richtung, die an dem Bauteil befestigt wurde, fixiert werden können. In weiteren Ausführungsformen wird die direkte, lös bare Befestigung des Bauteils in der ersten Vorrichtung und/oder der zweiten Vorrichtung mittels einer Haltevorrich tung erzielt, die Bestandteil der ersten Vorrichtung und/oder zweiten Vorrichtung ist und die Oberfläche des zweiten Be reichs des Bauteils berührt, und/oder die indirekte, lösbare Befestigung des Bauteils mittels einer Haltevorrichtung er zielt, die temporär mit der ersten Vorrichtung und/oder zwei ten Vorrichtung verbunden wird und den zweiten Bereich des Bauteils berührt. Typischerweise ist es bevorzugt, dass die für die vorgenannte indirekte, lösbare Befestigung eingesetz te Haltevorrichtung nur für die Zeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung wie der ersten Vorrichtung und/oder zweiten Vorrichtung verbunden ist. Hierbei können beispielsweise mobile Haltevorrichtungen eingesetzt werden, die für den Herstellprozess oder Instandsetzungsprozess mit dem Bauteil verbunden und mit diesem Bauteil zwischen ver schiedenen Stationen des Prozesses bewegt werden. Insbesonde re der Einsatz einer mobilen Haltevorrichtung erwies sich ty pischerweise als vorteilhaft. Hierbei wird das Bauteil an der Haltevorrichtung befestigt, welche wiederum temporär insbe sondere in der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixiert wird. Hiermit wird typischerweise zumindest eine grundlegende Posi tion und Ausrichtung des Bauteils auch bei zwischenzeitlicher Entnahme des Bauteils aus der Vorrichtung beizubehalten.
Zudem wurde beobachtet, dass auch Schäden an den Kühlfluid öffnungen oder am Bezugspunkt bis zu einem gewissen Grad mit tels Fitprozessen korrigiert werden können. In weiteren Aus führungsformen werden daher vorzugsweise die in Schritt B) erhaltenen Daten mittels Fitprozessen korrigiert. Insbesonde re werden hierbei Korrekturen an der Form des mindestens ei nen Bezugspunktes und der mindestens einen Kühlfluidöffnung durchgeführt, um beispielsweise Abweichung von der Idealform infolge von Beschädigungen zu korrigieren. Diese erlaubt auch beispielsweise bei der einseitigen Beschädigung der mindes tens einen Kühlfluidöffnung eine exakte Bestimmung der beab sichtigten Position der Kühlfluidöffnung.
Ferner hat es sich typischerweise als vorteilhaft erwiesen in Schritt B) erhaltenen Daten zu nutzen, um hiermit einen Da tensatz betreffend die relative Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung im Bezug auf den mindestens einen Bezugs punkt zu erstellen. Insbesondere kann hiermit ein einfacher Transfer der Daten auf andere Vorrichtung durchgeführt wer den. Beispielsweise wenn die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung nicht identisch sind, insbesondere wenn die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung auch nicht baugleich sind. In weiteren Ausführungsformen wird daher vorzugsweise aus den in Schritt B) erhaltenen Daten die relative Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils in Bezug auf den mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich des Bauteils bestimmt.
Beispielsweise kann die relative Position der mindestens ei nen Kühlfluidöffnung genutzt werden, um basierend auf der ab soluten Position des mindestens einen Bezugspunktes in
Schritt F) die absolute Position der mindestens einen Kühl fluidöffnung in diesem Schritt zu berechnen, auch wenn diese durch die Beschichtung verdeckt ist. In weiteren Ausführungs formen weist das Verfahren die mindestens eine Kühlfluidöff nung eine relative Position in Bezug auf den mindestens einen Bezugspunkt und eine absolute Position in der ersten Vorrich tung in Schritt B) und in der zweiten Vorrichtung in Schritt F) auf, und es wird daher vorzugsweise basierend auf der re lativen Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung in Schritt B) und Detektion des mindestens einen Bezugspunktes in Schritt F) die absolute Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung in Schritt F) bestimmt, und es erfolgt ba sierend auf der absoluten Position der mindestens einen Kühl fluidöffnung die Entfernung des Beschichtungsmaterials in Schritt F) .
Zur Beschleunigung des Verfahrens hatte sich ferner typi scherweise als vorteilhaft erwiesen die Positionen nicht al ler Kühlfluidöffnungen mittels Messverfahren zu bestimmen, sondern zumindest teilweise zu errechnen. Hierzu wird bei spielsweise anhand von vorhandenen Konstruktionsdaten wie CAD-Daten die Position weiterer Kühlfluidöffnungen bestimmt, wobei die Kühlfluidöffnung deren Position real bestimmt wurde als Referenzpunkt dient. Überraschenderweise konnte hiermit hinreichend genau die Position weiterer Kühlfluidöffnung be stimmt werden, wobei für typische Anwendungen keine zu star ken Abweichungen von der realen Position auftraten. Dies er laubt eine deutliche Beschleunigung des Verfahrens ohne die äußerst hohe Präzision des ordnungsgemäßen Verfahrens merk lich zu beeinträchtigen. In weiteren Ausführungsformen wird die Position von mindestens einer weiteren Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils durch die mittels der Messvor richtung erhaltene Position der mindestens einen Kühlfluid öffnung im ersten Bereich des Bauteils und der relativen Lage der mindestens einen weiteren Kühlfluidöffnung basierend auf Konstruktionsdaten, wie beispielsweise CAD Daten, bestimmt.
Insbesondere bei einer größeren Zahl derart interpolierte Po sitionen der weiteren Kühlfluidöffnung hatte sich typischer weise als vorteilhaft erwiesen, ein Kontrollschritt in das Verfahren zu integrieren. Insbesondere kann hierbei manuell oder automatisiert eine oder mehr Kühlfluidöffnung aus den interpolierten Kühlfluidöffnungen ausgewählt werden und deren Position bei dem Messverfahren in Schritt B) ebenfalls be stimmt werden. In weiteren Ausführungsformen wird daher vor zugsweise die Position mindestens einer zusätzlichen Kühlflu idöffnung im ersten Bereich des Bauteils in Schritt B) ver messen, um eine mittels der Konstruktionsdaten interpolierte Position einer Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bau teils manuell oder automatisiert, vorzugsweise automatisiert, mit realen Messdaten abzugleichen. Dies erlaubt beispielswei se potentielle Fehler der Konstruktionsdaten zu detektieren, die beispielsweise infolge von zu großen Fertigungstoleranzen des Bauteils entstanden sein können. Die automatisierte Prü fung entsprechender Positionen ermöglicht beispielsweise, dass in einem derartigen Fall das Verfahren dahingehend abge ändert wird, dass die Position sämtlicher Kühlfluidöffnungen in Schritt B) bestimmt wird. In diesem Fall kann auch ohne den Rückgriff auf die Konstruktionsdaten, der in diesem Fall nicht möglich ist, eine erfolgreiche Wiedereröffnung der Kühlfluidöffnungen im ersten Bereich des Bauteils in Schritt F) erfolgen.
Es hat sich ferner typischerweise als vorteilhaft erwiesen vorhandene Regelmäßigkeiten in der Anordnung der Kühlfluid öffnungen bei der Planung des Messverfahrens in Schritt B) einfließen zu lassen. Beispielsweise kann im Falle von rei henweise angeordneten Kühlfluidöffnungen durch geschickte Wahl der interpolierten und real gemessenen Kühlfluidöffnung die Geschwindigkeit des Verfahrens deutlich erhöht werden, ohne jedoch die Genauigkeit merklich zu beeinträchtigen. Bei spielsweise ist es typischerweise vorteilhaft, wenn die Rei hen mindestens 5 Kühlfluidöffnungen umfassen und die Position von mindestens einer, vorzugsweise zwei, der Kühlfluidöffnun gen der jeweiligen Reihe bestimmt wird. In weiteren Ausfüh rungsformen sind die Kühlfluidöffnungen im ersten Bereich des Bauteils zumindest teilweise in der Form von Reihen umfassend mindestens 5 Kühlfluidöffnungen angeordnet und wird zumindest die Position der ersten, vorzugsweise der ersten und der letzten, Kühlfluidöffnung der Reihen mittels der Messvorrich tung der ersten Vorrichtung in Schritt B) bestimmt.
Ferner wurde beobachtet, dass typischerweise im Falle einer Instandsetzung eine verbesserte Qualität bei der Bestimmung der Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung erzielt wird, wenn die zu entfernende Beschichtung im ersten Bereich des Bauteils vor Schritt B) entfernt wird. In weiteren Aus führungsformen erfolgt daher vorzugsweise die Entfernung der Beschichtung im ersten Bereich des Bauteils im Falle einer Instandsetzung vor Schritt B) . Typischerweise entfällt hier bei der optionale Schritt C) , sofern nicht festgestellt wird, dass weitere Reste Beschichtung vorhanden sind und entfernt werden müssen.
In weiteren Ausführungsformen werden in Schritt B) erhaltene Daten bezüglich der Position der mindestens einen Kühlfluid öffnung hinsichtlich der Verwendbarkeit geprüft werden und gegebenenfalls wird die Position mindestens einer weiteren Kühlfluidöffnung bestimmt. Insbesondere sollte die mindestens eine Kühlfluidöffnung als Referenzpunkt dienen, um mittels Interpolation die exakte Position der weiteren Kühlfluidöff nung basierend beispielsweise auf Konstruktionsdaten zu er halten, hatte sich als vorteilhaft erwiesen, die erhaltenen Messdaten der mindestens einen Kühlfluidöffnung zu überprü- fen. Sollte beispielsweise infolge von einer Beschädigung die exakte Position der betreffenden Kühlfluidöffnung nicht genau genug bestimmbar sein, so hat es als vorteilhaft erwiesen, wenn in diesem Fall eine alternative Referenzöffnung bestimmt wird .
Zudem hatte sich typischerweise als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Vorrichtung in Schritt B) und die zweite Vor richtung in Schritt F) das gleiche Koordinatensystem aufwei sen. Dies erleichtert deutlich den Transfer der erhaltenen Daten. In weiteren Ausführungsformen weisen vorzugsweise die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung das identische Koordinatensystem auf, mehr bevorzugt sind die die erste Vor richtung in Schritt B) und die zweite Vorrichtung in Schritt F) baugleiche Vorrichtungen, noch mehr bevorzugt ist es die identische Vorrichtung. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Befestigung des Bauteils zumindest in der Vorrichtung in Schritt F) derart beweglich ist, um Veränderungen der Positi on des Bauteils zwischen Schritt B) und F) im Bezug auf das Koordinatensystem der Vorrichtung rückgängig zu machen.
Ferner hat es sich typischerweise als vorteilhaft erwiesen die mit der ersten Vorrichtung in Schritt B) erhaltenen Daten zu speichern. Beispielsweise kann die Speicherung hierbei auf einem transportablen Speichermedium oder einer in ein Netz werk eingebundenen Speichereinheit erfolgen. Nachfolgend kann beispielsweise für Schritt F) die transportable Speicherein heit mit der zweiten Vorrichtung verbunden werden oder die in Schritt B) erhaltenen Daten über eine Netzwerkverbindung von der in das Netzwerk eingebundenen Speichereinheit abgerufen werden. Auch wenn die erste Vorrichtung identisch mit der zweiten Vorrichtung ist, hat es sich typischerweise als vor teilhaft erwiesen die Daten extern zu speichern. Beispiels weise kann hierdurch eine erhöhte Datensicherheit gewährleis tet werden und auch bei Beschädigung der Vorrichtung zwischen Schritt B) und F) können die Daten für eine ersatzweise ge nutzte Vorrichtung genutzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich das erfindungsgemäße Ver fahren für die Herstellung und Instandsetzung von Bauteilen einer Strömungsmaschine erwiesen. Insbesondere kann hiermit mit der hierbei erforderlichen hohen Präzision und dennoch bei hoher Geschwindigkeit eine Wiedereröffnung der verschlos senen Kühlfluidöffnungen durchgeführt werden. In weiteren Ausführungsformen ist das Bauteil daher vorzugsweise Bestand teil einer Strömungsmaschine und der erste Bereich des Bau teils ist geeignet dem Fluidstrom der Strömungsmaschine aus gesetzt zu werden. Grundsätzlich kann das Bauteil insbesonde re jedes mit Kühlfluidöffnungen versehene Bauteil von Strö mungsmaschinen sein. Die Kühlfluidöffnungen dienen hierbei typischerweise als Filmkühlungsöffnungen der Kühlung und dem Schutz des entsprechenden Bauteils. In weiteren Ausführungs formen ist das Bauteil daher vorzugsweise eine Schaufel oder ein Hitzeschild. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Leitschaufein oder Laufschaufeln . Derartige Leitschau feln und Laufschaufeln finden sich beispielsweise in der Tur bineneinheit von Dampfturbinen und Gasturbinen als Beispiele der Strömungsmaschinen oder auch in der Kompressoreinheit von Turbomaschinen als Beispiele der Strömungsmaschinen. Als be sonders belastende Bauteile, welche regelmäßig einer Wartung umfassend das Entfernen einer vorhandenen Beschichtung und die Aufbringung einer neuen Beschichtung unterzogen werden müssen, profitieren diese Bauteile besonders hiervon. In wei teren Ausführungsformen wird das Bauteil daher vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hitzeschilden, Leit schaufeln und Laufschaufeln einer Turbine und Leitschaufein und Laufschaufeln eines Kompressors.
Typischerweise werden entsprechende Bauteile zumindest teil weise aus hochtemperaturbeständiger Legierung gefertigt wie eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Beispielsweise werden häufig Nickel-Superlegierungen eingesetzt, da diese für viele Anwendungsfälle vorteilhaft sind. Hierbei ist es ferner bevorzugt, dass die entsprechen den Bauteile einkristallin sind ( SX-Struktur) .
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken er folgt 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 Sprach gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Er starrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil den, 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 Rich tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn grenzen 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 0892090 Al bekannt.
Ebenso können die Bauteile Beschichtungen gegen Korrosion o- der Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAIX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Sili- zium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der
EP 0486489 Bl, EP 0786017 Bl, EP 0412397 Bl oder
EP 1306454 Al.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dich te .
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- 8A1-0, 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-llAl-0, 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10A1-0, 4Y- 1 , 5Re .
Auf der MCrAIX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrCg, Y2<D3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämm schicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die
MCrAlX-Schicht . Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 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 oder sonsti ge Beschädigungen im Bauteil repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils, um den erneuten Einsatz des Bauteils zu.
Die Schaufel kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegenden Erfin dung Vorrichtungen, welche besonders gut geeignet sind, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hierbei bezieht sich der Begriff Vorrichtung soweit nicht anders angegeben vorzugsweise auf die zweite Vorrichtung des Verfahrens. Je doch ist es typischerweise bevorzugt, dass die erfindungsge mäßen Vorrichtungen auch als erste Vorrichtung eingesetzt werden können.
Beispielsweise hatte sich typischerweise als vorteilhaft er wiesen, wenn eine besonders hohe Beweglichkeit der Vorrich tung zur Entfernung des Beschichtungsmaterials bereitgestellt wird. Bei weiteren Ausführungsformen ist es daher bevorzugt, dass das Gerät zur Entfernung des Beschichtungsmaterials an einem Roboterarm befestigt ist.
Ferner zeigte sich, dass bestimmte Geräte zur Entfernung des Beschichtungsmaterials für typische Anwendungsfälle vorteil haft sind. In weiteren Ausführungsformen wird die Gerät zur Entfernung des Beschichtungsmaterials daher vorzugsweise aus gewählt aus der Gruppe bestehend aus Laserbohrern und mecha nischen Bohrern, mehr bevorzugt aus Laserbohrern.
Typischerweise ist es ferner vorteilhaft, wenn die in Schritt F) eingesetzte zweite Vorrichtung eine Messvorrichtung auf- weist, die geeignet ist zumindest die Position der Kühlfluid öffnungen zu bestimmen, mehr bevorzugt zusätzlich Informatio nen zur Qualität der Entfernung des Beschichtungsmaterials zu liefern. In weiteren Ausführungsformen ist es daher bevor zugt, dass die Vorrichtung vorzugsweise eine Messvorrichtung umfasst, die geeignet ist die Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung zu bestimmen.
Zudem ist es typischerweise vorteilhaft, wenn die Vorrich tung, vorzugsweise die in Schritt F) genutzte zweite Vorrich tung, eine Rotationsmöglichkeit bietet. In weiteren Ausfüh rungsformen ist die Haltevorrichtung daher vorzugsweise be weglich und die bewegliche Haltevorrichtung ist geeignet eine Rotation des Bauteils um mindestens 210° , vorzugsweise um mindestens 360°, in der Vorrichtung bereitzustellen, ohne die Haltevorrichtung lösen zu müssen. Dies hat sich typischer weise als besonders vorteilhaft erwiesen, um den Messvorgang in Schritt B) und/oder den Bearbeitungsschritt in Schritt F) zu vereinfachen. Diese Vorrichtungen sind typischerweise vor teilhaft, da hierbei beispielsweise für typische Anwendungs fälle besonders hohe Geschwindigkeiten des Verfahrens erzielt werden können.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Abbildungen im Detail näher beschrieben werden. Hierbei ist darauf hinzu weisen, dass die Abbildungen lediglich schematisch zu verste hen sind, und daraus keine mangelnde Ausführbarkeit der Er findung ableitbar ist. Insbesondere sind sie nicht als Ein schränkung der Erfindung zu verstehen, deren Umfang lediglich durch die Ansprüche spezifiziert wird.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgend darge stellten technischen Merkmale in beliebiger Kombination mit einander beansprucht werden sollen, soweit diese Kombination eine Lösung der Erfindungsaufgabe erreichen kann.
Abbildung 1 zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Ver fahrens. Hierbei wird ein Bauteil bearbeitet das einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst. Der erste Bereich des Bauteils weist mindestens eine Kühlfluidöffnung mit einem sich hieran anschließenden Kühlfluidkanal auf, wobei dieser Bereich mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet werden soll. Im zweiten Bereich des Bauteils ist die Aufbringung ei ner derartigen Beschichtung nicht erforderlich, da dieser Be reich beispielsweise nicht dem Fluidstrom einer Strömungsma schine ausgesetzt werden soll. Beispiele eines entsprechenden Bauteils sind Hitzeschilde, Leitschaufein und Laufschaufeln einer Turbine und Leitschaufein und Laufschaufeln eines Kom pressors wie sie in Strömungsmaschinen zu finden sind.
Bevor das zu bearbeitende Bauteil in Schritt A) eingesetzt wird, können insbesondere bei einer Instandsetzung eines Bau teils vorherige Schritte wie beispielsweise die Entfernung einer bestehenden Beschichtung und/oder die Reparatur von Be schädigungen am Bauteil durchgeführt werden. Dies hat bei spielsweise den Vorteil, dass die nachfolgende Bestimmung der Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Be reich des Bauteils typischerweise mit höherer Genauigkeit er folgen kann.
Nach derartigen typischerweise zuvor erfolgenden grundlegen den Schritten wird das zu bearbeitende Bauteil in S1 in einer ersten Vorrichtung eingebracht, wie unter A) beschrieben. Die Vorrichtung ist hierbei geeignet, um mindestens einen Bezugs punkt im zweiten Bereich des Bauteils zu vermessen und die Position mindestens einer Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils zu bestimmen.
Nachfolgend erfolgt in S2 Schritt B) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird der mindestens eine Bezugspunkt im zweiten Bereich des Bauteils detektiert. Ferner wird die Po sition der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Be reich des Bauteils bestimmt. Beispielsweise kann als Bezugs punkt eine charakteristische Stelle oder die Form eines cha rakteristischen Bereichs dienen und diese mittels einer Mess vorrichtung, wie sie auch für die Bestimmung der Position der mindestens eine Kühlfluidöffnung im ersten Bereich eingesetzt wird, detektiert werden. Jedoch können auch unterschiedliche Messvorrichtungen oder auch andere Mittel zum Detektieren des mindestens einen Bezugspunktes eingesetzt werden. Beispiels weise kann der Bezugspunkt beispielsweise mechanisch angetas tet werden, um die erforderlichen Daten des Bezugspunktes zu erhalten. Ein Beispiel eines derartigen Bezugspunktes ist ein 6-Punkt-Nest das vorzugsweise mechanisch angetastet wird. Aus in S2 erhaltenen Daten kann beispielsweise die relative Posi tion des mindestens einen Bezugspunktes im zweiten Bereich des Bauteils und der mindestens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils abgeleitet werden.
Hiernach kann in S3 optional die Entfernung von Beschich tungsmaterial erfolgen, wie sie in Schritt C) beschrieben ist. Beispielsweise kann dies erforderlich sein, wenn zuvor nur ein Teil der Beschichtung im ersten Bereich des Bauteils entfernt wurde.
Sofern das Bauteil noch Beschädigungen aufweist, können in S4 wie in Schritt D) beschrieben dieser Beschädigungen repariert werden .
Im S5 erfolgt die gemäß Schritt E) beschriebene Aufbringung des Beschichtungsmaterials im ersten Bereich des Bauteils. Dies resultiert in einem zumindest teilweise, typischerweise vollständigen, Verschließen der Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils.
Hiernach wird in S6 der mindestens eine Bezugspunkt im zwei ten Bereich des Bauteils detektiert. Zwar kann das erfin dungsgemäße Verfahren vollständig in einer einzigen Vorrich tung durchgeführt werden, jedoch ist es zur Optimierung des Prozesses typischerweise vorteilhaft zumindest einen Teil der Schritte, wie beispielsweise Reparaturschritte oder die Auf bringung der Beschichtung im ersten Bereich des Bauteils, au ßerhalb der in Schritt B) genutzten ersten Vorrichtung und/oder der in Schritt F) genutzten zweiten Vorrichtung durchzuführen .
Die in Schritt F) genutzte zweite Vorrichtung ist geeignet das Bauteil direkt oder indirekt mittels einer lösbaren Be festigung zu fixieren, den mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich des Bauteils zu detektieren und mittels einem in die Vorrichtung integrierten Gerät das Beschichtungsmate rial im Bereich der mindestens einen Kühlfluidöffnung zu ent fernen. Optional kann in Schritt F) eine Vorrichtung einge setzt werden, wie sie auch in Schritt B) eingesetzt wurde. Insbesondere kann auch die identische Vorrichtung eingesetzt werden .
Als direkte, lösbare Befestigung des Bauteils kann beispiels weise eine in der Vorrichtung enthaltene Haltevorrichtung ge nutzt werden. Diese kann das Bauteil im zweiten Bereich be rühren und hierdurch mechanisch fixieren. Hierzu kann bei spielsweise die Haltevorrichtung mittels passend geformter Gegenstücke des entsprechenden Teils des zweiten Bereichs des Bauteils das Bauteil von gegenüberliegenden Seiten greifen. Beispielsweise bei einer für Turbinenschaufeln gängigen Tan nenbaumzahlung kann der entsprechende Bestandteil der Halte vorrichtung als entsprechendes Negativ ausgeführt sein. Die Verwendung einer derartigen spezifischen Haltevorrichtung hat beispielsweise den Vorteil, dass bereits eine gewisse Aus richtung des Bauteils vorgegeben wird.
Als indirekte lösbare Befestigung des Bauteils kann bei spielsweise eine mobile Haltevorrichtung für das Bauteil ein gesetzt werden. Hierbei wird die Haltevorrichtung typischer weise für das vollständige erfindungsgemäße Verfahren an dem Bauteil befestigt. Beispielsweise erfolgt dies durch einen Klemmprozess wie oben für die direkte lösbare Verbindung be schrieben. Diese Befestigung wiederum bietet die Möglichkeit innerhalb der Vorrichtung lösbar befestigt zu werden. Durch Vorgabe entsprechender Befestigungspunkte innerhalb der Vor richtung kann hiermit eine sehr genaue Ausrichtung des Bau- teils innerhalb der Vorrichtung erzielt werden, sodass über die Bestimmung des Bezugspunkts beispielsweise nur noch ge ringe Korrekturen für die Bestimmung der exakten Position der Kühlfluidöffnung erforderlich sind. Da die Befestigung auch derart ausgeführt sein kann, dass ein ansonsten labiles Bau teil stabil aufgestellt werden kann, wie beispielsweise eine Turbinenschaufel, hat dies weitere verfahrenstechnische Vor teile. Beispielsweise kann eine derartige mobile Haltevor richtung ein vereinfachtes Greifen und einen vereinfachten Transport zwischen einzelnen Stationen des Verfahrens bieten.
Optional können hierbei die Positionen weiterer Kühlfluidöff nungen im ersten Bereich des Bauteils bestimmt werden. Eine statistische Auswahl entsprechender zu bestimmende Kühlfluid öffnung kann beispielsweise automatisiert erfolgen, um eine Kontrollmöglichkeit für Abweichung von den Konstruktionsdaten bereitzustellen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Position weiterer Kühlfluidöffnungen im ersten Bereich des Bauteils interpoliert wird für eine dortige Entfernung des Beschichtungsmaterials. Eine derartige Interpolation der weiteren Kühlfluidöffnungen im ersten Bereich des Bauteils ist beispielsweise besonders vorteilhaft bei reihenweise an geordneten Kühlfluidöffnung. Durch Bestimmung der Position von beispielsweise zumindest einer Kühlfluidöffnung am Anfang der Reihe oder beispielsweise zumindest der Kühlfluidöffnun gen am Anfang und am Ende der Reihe, können die dazwischen liegenden Kühlfluidöffnungen mit hoher Genauigkeit interpo liert werden.
In S7 kann eine Ausrichtung des Bauteils innerhalb der Vor richtung durchgeführt werden. Eine derartige Ausrichtung ba siert auf der Position des der detektierten Bezugspunktes und kann beispielsweise die Position und Ausrichtung des Bauteils verbessern. Eine derartige Verbesserung kann beispielsweise die Entfernung des Beschichtungsmaterials in Schritt F) ver einfachen oder die Genauigkeit erhöhen. Die Entfernung des Beschichtungsmaterials in Schritt F) ist erforderlich, um die Funktionsfähigkeit der Kühlfluidöffnun gen und der hierin angeschlossenen Kühlfluidkanäle wiederher zustellen. Beispielsweise kann das Gerät einen Laserbohrer oder einen mechanischen Bohrer umfassen. Das Gerät zur Ent fernung des Beschichtungsmaterials kann hierbei an einem Ro boterarm befestigt sein, um eine möglichst große Beweglich keit bereitzustellen.
Nach dem Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der mindestens einen Kühlfluidöffnung in S7 kann optional ein Kontrollschritt erfolgen. Hierzu kann insbesondere eine er findungsgemäße Vorrichtung genutzt werden, die auch eine Messvorrichtung umfasst, die zumindest die Position der Kühl fluidöffnungen bestimmen kann. Vorteilhafterweise kann die Messvorrichtung weitere Informationen liefern, die beispiels weise Rückschlüsse auf die Qualität der Entfernung des Be schichtungsmaterials im Bereich der jeweiligen Kühlfluidöff nung zulässt. Beispielsweise kann hierzu ein auf Interfero metrie beruhende Messvorrichtung genutzt werden. Sollten Män gel festgestellt werden, so kann das Bauteil beispielsweise wieder, wie mittels S8 dargestellt, in einen früheren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens überführt werden. Beispiels weise kann das Bauteil in S3 von der Beschichtung befreit werden, bevor erneut die nachfolgenden Schritte durchlaufen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beschichtung eines Bauteils, wobei das Bau teil einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich mindestens eine Kühlfluidöffnung mit einem sich hieran anschließenden Kühlfluidkanal umfasst, und wobei der erste Bereich mit einem Beschichtungsmaterial be schichtet werden soll, welches nicht im zweiten Bereich auf gebracht werden soll, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
A) Einbringen des Bauteils in eine erste Vorrichtung, die ge eignet mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich des Bauteils zu detektieren und die Position mindestens einer Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils zu bestimmen,
B) Detektion des mindestens einen Bezugspunktes im zweiten Bereich des Bauteils und Bestimmung der Position der mindes tens einen Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils mittels der ersten Vorrichtung von Schritt A) ,
C) optional Entfernen von Beschichtungsmaterial, welches im ersten Bereich des Bauteils vorhanden ist,
D) optional Reparatur von mindestens einer Beschädigung im ersten Bereich des Bauteils,
E) Aufbringung des Beschichtungsmaterials im ersten Bereich des Bauteils, wobei die mindestens eine Kühlfluidöffnung zu mindest teilweise verschlossen wird,
F) Detektion des mindestens einen Bezugspunktes im unbe schichteten zweiten Bereich des Bauteils und Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der mindestens einen Kühl fluidöffnung mittels einer zweiten Vorrichtung, wobei das Bauteil indirekt oder direkt, lösbar mit der zweiten Vorrich tung verbunden ist,
wobei die zweite Vorrichtung mindestens eine Detektionsvor richtung, mindestens eine Haltevorrichtung und mindestens ein Gerät zum Entfernen von Beschichtungsmaterial im Bereich der Kühlfluidöffnungen, insbesondere einen Laserbohrer oder me chanischen Bohrer, umfasst, wobei die Haltevorrichtung geeignet ist eine direkte oder in direkte, lösbare Befestigung mit dem zweiten Bereich des Bau teils bereitzustellen,
wobei die mindestens eine Detektionsvorrichtung geeignet ist mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich zu detektie- ren, um hiermit die Position des mindestens einen Bezugspunk tes zu bestimmen und/oder die Position des Bauteils basierend auf dem Bezugspunkt anzupassen,
wobei das Gerät zum Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der Kühlfluidöffnungen geeignet ist basierend auf der mittels der Detektionsvorrichtung bestimmten Position
und/oder angepassten Position des Bauteils gezielt das Be schichtungsmaterial aus den Kühlfluidöffnungen zu entfernen, um die Funktionsfähigkeit der Kühlfluidkanäle wieder herzu stellen,
wobei die erste Vorrichtung auch eine Vorrichtung wie die zweite Vorrichtung sein kann oder die erste Vorrichtung iden tisch mit der zweiten Vorrichtung sein kann.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Vorrichtung eine Vorrichtung wie die zweite Vorrichtung ist oder die ers te Vorrichtung identisch mit der zweiten Vorrichtung ist.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils in Schritt B) als Referenzöffnung dient, anhand de rer die Position mindestens einer weiteren Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils abgeleitet wird.
4 Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Bezugspunkt mindestens ein 6-Punkt-Nest umfasst .
5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Detektieren des mindestens einen Bezugspunktes durch An tasten des Bezugspunktes erfolgt.
6. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Kühlfluidöffnung eine relative Position in Bezug auf den mindestens einen Bezugspunkt und eine abso lute Position in der ersten Vorrichtung in Schritt B) und der zweiten Vorrichtung in Schritt F) aufweisen,
wobei basierend auf der relativen Position der mindestens ei nen Kühlfluidöffnung in Schritt B) und Detektion des mindes tens einen Bezugspunktes in Schritt F) die absolute Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung in Schritt F) bestimmt wird, und
wobei basierend auf der absoluten Position der mindestens ei nen Kühlfluidöffnung die Entfernung des Beschichtungsmateri als in Schritt F) erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei basierend auf dem Detektieren des mindestens einen Bezugs punktes in Schritt B) und/oder F) eine Ausrichtung des Bau teils in der ersten Vorrichtung und/oder zweiten Vorrichtung im jeweiligen Schritt erfolgt.
8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die direkte, lösbare Befestigung des Bauteils in der ersten Vorrichtung und/oder zweiten Vorrichtung mittels einer Halte vorrichtung erzielt wird, die Bestandteil der ersten Vorrich tung und/oder zweiten Vorrichtung ist und die Oberfläche des zweiten Bereichs des Bauteils berührt, und/oder die indirek te, lösbare Befestigung des Bauteils mittels einer Haltevor richtung erzielt wird, die temporär mit der ersten Vorrich tung und/oder zweiten Vorrichtung verbunden wird und den zweiten Bereich des Bauteils berührt.
9. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Position von mindestens einer weiteren Kühlfluidöffnung im ersten Bereich des Bauteils durch die mittels der Messvor richtung erhaltene Position der mindestens einen Kühlfluid öffnung im ersten Bereich des Bauteils und der relativen Lage der mindestens einen weiteren Kühlfluidöffnung basierend auf Konstruktionsdaten, wie beispielsweise CAD Daten, bestimmt wird .
10. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wo bei in Schritt B) erhaltene Daten bezüglich der Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung hinsichtlich der Verwend barkeit geprüft werden und gegebenenfalls die Position min destens einer weiterer Kühlfluidöffnung bestimmt wird.
11. Verfahren gemäß an der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Vorrichtung und die zweite Vorrichtung das identi sche Koordinatensystem aufweisen, vorzugsweise wobei die ers te Vorrichtung und die zweite Vorrichtung baugleiche Vorrich tungen sind, mehr bevorzugt die identische Vorrichtung ist.
12. Vorrichtung zur Öffnung von Kühlfluidöffnungen eines be schichteten Bauteils,
wobei das Bauteil einen ersten Bereich und einen zweiten Be reich aufweist, wobei der erste Bereich mindestens eine Kühl fluidöffnung mit einem sich hieran anschließenden Kühlfluid kanal umfasst, und
wobei der erste Bereich mit einem Beschichtungsmaterial be schichtet wurde, welches nicht im zweiten Bereich aufgebracht wurde,
wobei die Vorrichtung mindestens eine Detektionsvorrichtung, mindestens eine Haltevorrichtung und mindestens Gerät zum Entfernen von Beschichtungsmaterial im Bereich der Kühlfluid öffnungen umfasst,
wobei die Haltevorrichtung geeignet ist eine direkte oder in direkte, lösbare Befestigung mit dem zweiten Bereich des Bau teils bereitzustellen,
wobei die mindestens eine Detektionsvorrichtung geeignet ist mindestens einen Bezugspunkt im zweiten Bereich zu detektie- ren, um hiermit die Position des mindestens einen Bezugspunk tes zu bestimmen und/oder die Position des Bauteils basierend auf dem Bezugspunkt anzupassen,
wobei das Gerät zum Entfernen des Beschichtungsmaterials im Bereich der Kühlfluidöffnungen geeignet ist basierend auf der mittels der Detektionsvorrichtung bestimmten Position
und/oder angepassten Position des Bauteils gezielt das Be schichtungsmaterial aus den Kühlfluidöffnungen zu entfernen, um die Funktionsfähigkeit der Kühlfluidkanäle wieder herzu stellen .
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorrichtung eine Messvorrichtung umfasst, die geeignet ist die Position der mindestens einen Kühlfluidöffnung zu bestimmen.
14. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche eins bis 11 oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13 bei der Herstellung oder Instandsetzung eines Bauteils einer Strömungsmaschine umfassend ein Fluidstrom,
wobei das Bauteil ein ersten Bereich und ein zweiten Bereich umfasst,
wobei der erste Bereich des Bauteils mit einer Beschichtung versehen ist und geeignet ist dem Fluidstrom der Strömungsma schine ausgesetzt zu werden.
15 Verwendung gemäß Anspruch 14, wobei das Bauteil ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Hitzeschilden, Leitschau feln und Laufschaufeln einer Turbine und Leitschaufein und Laufschaufeln eines Kompressors.
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