WO2008000663A1 - Verfahren zum entfernen einer schutzbeschichtung von einem bauteil - Google Patents

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WO2008000663A1
WO2008000663A1 PCT/EP2007/056093 EP2007056093W WO2008000663A1 WO 2008000663 A1 WO2008000663 A1 WO 2008000663A1 EP 2007056093 W EP2007056093 W EP 2007056093W WO 2008000663 A1 WO2008000663 A1 WO 2008000663A1
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shock waves
protective coating
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turbine blade
shock
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PCT/EP2007/056093
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Rene Jabado
Jens Dahl Jensen
Ursus KRÜGER
Daniel Körtvelyessy
Volkmar LÜTHEN
Ralph Reiche
Michael Rindler
Raymond Ullrich
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
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    • 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
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/08—Apparatus, e.g. for photomechanical printing surfaces
    • 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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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material

Definitions

  • the invention relates to a method for removing a protective coating from a component, in particular a turbine blade.
  • the invention is accordingly the object of providing a Ver ⁇ drive to remove a protective coating of a building partly specify which can be carried out in a very short time and at the very good cleaning results achieved ⁇ to.
  • Embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims. According to the invention, it is provided that the protective coating of the component is removed using mechanical shock waves with a shock wave repetition frequency below 20 kHz.
  • a major advantage of the method is the fact that due to the present invention is translated ⁇ th shockwaves very uniform cleaning effect is achieved.
  • the good cleaning results are concretely attributable to the fact that shock waves are relatively high
  • shock waves Shock amplitudes occur, which cause a correspondingly large Rei ⁇ nistors Sab.
  • Characteristic of shock waves is an extremely high pressure amplitude with a pressure increase in the nanosecond range as well as downstream oscillations with smaller amplitudes in the microsecond range (2 kHz to 10
  • MHz "Zuganmaschine"
  • the erfindungsge ⁇ Frankfurtss provided shock waves thus differ quite significantly, for example, ultrasonic waves, the fre- quencies above 20 kHz have known to be in a frequency range between 30 and 400 kHz are used for cleaning purposes because of their type of production
  • Ultra have ⁇ sound waves namely a periodic frequency response as compared to shock waves only low amplitude
  • the primary force of ultrasonic waves thus occurs at locations of different material density by cavitation effects on;..
  • the method can be used to remove protective coatings that are mounted on turbine blades.
  • the impurities that are inkorpo ⁇ rored by the operation of the turbine.
  • These impurities in turbine blades typically consist of mixtures of potassium, magnesium, silicon, nickel and iron as well as carbonate and oxide compounds; Multielement spinel connections can also occur.
  • These impurities typically combine to form the particularly harmful calcium-magnesium-aluminum-silicon oxide (“CMAS”) system, and this too can be relatively easily removed by the described method.
  • CMAS calcium-magnesium-aluminum-silicon oxide
  • TGO thermally grown oxides
  • Cr 2 O 3 Cr 2 O 3 and Cr x Co y O-
  • the shock waves can be generated, for example, electro-hydraulic, electromagnetic, piezoelectric or pneumatic ballistic.
  • electro-hydraulic electromagnetic
  • piezoelectric piezoelectric
  • pneumatic ballistic the fastest possible removal of the protective coating.
  • the construction ⁇ part is introduced into a protective coating chemically attacking or removing cleaning bath and during the chemical attack of the protective coating in addition the mechanical shock waves are directed to the component ,
  • a com bination of two ⁇ cleaning effects is used, namely the cleaning ⁇ supply action of the chemical bath and the cleaning effect of the shock waves.
  • a particularly rapid removal of the protective coating can be achieved if the chemical bath is formed by an electrolyte to which an electrical voltage is applied and in which an electric current is caused.
  • the component to be cleaned is subjected to a positive potential and the electrolyte to a negative potential.
  • Shock waves generate by these with a spatially separated from the outside of the component spatially separated shock wave generator element are fed into the cleaning bath.
  • shock waves are focused on the outside of the component; such a focus ⁇ Sieren is for example possible by a number of individual shock wave generator elements on a parabolic surface will be arranged such that a directivity of the
  • shock waves takes place on the component to be cleaned.
  • Such single shock wave generator elements can be formed for example by piezo actuators. Very good cleaning results can be achieved if the shock waves are directed perpendicular to the outside of the component to be cleaned.
  • shock waves can be fed directly into an outer side of the component with a mechanically angekop ⁇ pelten on the outside, surface shock waves generating generator element as surface shock waves.
  • shock waves are directed perpendicularly to the blade surface of the turbine blade.
  • the surface shock waves already mentioned can be fed directly into the blade surfaces of the turbine blade with a generator element mechanically coupled to the outside, generating surface shock waves.
  • FIG. 2 shows an arrangement for removing the protective coating from the turbine blade according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an arrangement for removing the protective coating from the turbine blade according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows the turbine blade according to FIG. 1 with a surface shock wave generator attached thereto
  • FIG. 5 shows an arrangement for producing focused shock waves
  • FIG. 7 shows, by way of example, the amplitude curve of shock waves in their time course.
  • FIG. 1 can be seen a turbine blade 10 having an airfoil 20 and a foot 30 in a dreidimensiona ⁇ len representation.
  • the airfoil 20 of the turbine bucket 10 is provided with a protective coating 40 which is damaged due to wear during operation of the turbine bucket and is to be removed for re-coating of the turbine bucket 10.
  • the protective coating 40 may be, for example, TBC (Thermal Barrier Coating) material based on a columnar zirconia ceramic layer or of MCrAlY material (metal matrix material based on chromium, aluminum and yttrium).
  • the foot 30 of the turbine blade 10 is preferably uncoated.
  • the assembly includes a chemical bath 100, in which a kla ⁇ re, for example, 20% hydrochloric acid 110, at a tempera ture ⁇ of example 7O 0 C.
  • the turbine blade 10 is immersed in the bath 100 so that the therein befindli ⁇ chen acid 110 chemically exposed.
  • the acid 110 attacks the protective coating 40 of the turbine blade 10, thereby removing it from the surface of the turbine blade when it is maintained for a sufficient period of time.
  • a device for generating shock waves is additionally provided in the arrangement according to FIG.
  • the device is marked with the reference numeral 200 and comprises a shock wave generator element 210 and a Oberflä ⁇ chenschockwellen generating generator element 220, which are controlled by controllers 210 'and 220'.
  • the shock wave generator element 210 generates shock waves Sl, which are directed perpendicular, at least virtually perpendicular, to the outer side or surface 230 of the airfoil 20.
  • the surface shock waves S2 are coupled by the generator element 220 directly into the turbine blade 10, as will be explained below in connection with FIGS. 4 and 5.
  • the additional generation of the shock waves Sl and S2 with the help of the shock wave generator element 210 and the generator ⁇ torelements 220 can significantly accelerate the removal of the protective coating 40 of the turbine blade, since in addition to the chemical cleaning effect by the hydrochloric acid 110 nor the mechanical cleaning effect by the Shockwaves supportive added.
  • the shock waves preferably have a shock wave repetition frequency fs between 1 and 2000 Hz and peak pressures between 10 and 500 MPa.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an arrangement for removing the protective coating 40 from the turbine blade 10 according to FIG.
  • the arrangement of FIG 3 corresponds to the arrangement of Figure 2 with the
  • the electrolyte 300 may be a 5% hydrochloric acid at a temperature of 2O 0 C, for example.
  • An electric field E is ⁇ creates the electrolyte 300th
  • the electric field is generated by applying a positive potential to the turbine blade 10 to be liberated from the protective coating 40 and a negative potential to the electrolyte 300.
  • IMP EXP ⁇ including three cleaning effects are used, namely, the cleaning effect of the 5% hydrochloric acid, the cleaning effect of the shock waves and the cleaning effect by the current flow, which may be for example up to about 100 A and in the electrolyte 300 is caused by a voltage U of, for example, IV to 20V.
  • shock waves are generated in the embodiment according to Fi ⁇ gur 3 in a corresponding manner, as had already been explained in connection with Figure 2: Specifically, with the shock wave generator 210 shock waves Sl substantially perpendicular to the surface 230 of the blade ⁇ blade 20 of the turbine blade 10 steered. In addition, surface shock waves S2 are coupled with the surface shock wave generating generator element 220 directly into the turbine blade, whereby the protective coating thereon is removed very quickly.
  • the protective layer 40 can be completely removed from the turbine blade 10 in a cleaning ⁇ time of about 20 minutes.
  • the protective coating 40 is subjected to a shock effect perpendicular to the surface of the airfoil 20, thereby facilitating removal of the protective coating 40; This is schematically indicated by an arrow P, which symbolizes the vertical surface oscillations.
  • FIG. 5 shows by way of example a different positioning of the piezoactuator 250 on the turbine blade 10.
  • the piezoactuator 250 is mounted directly on the airfoil 20.
  • Such an arrangement of the piezoelectric actuator 50 is basically also suitable for accelerating a Ablö ⁇ sen of the protective coating 40 of the turbine blade 10, because the surface S2 shock waves directly into the surface 230 and the blade surface of the bucket blade are coupled.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the shock wave generator element 210 according to FIGS. 2 and 3.
  • a plurality of piezo actuators 400 which are arranged on a parabolic mounting surface 410, can be seen.
  • the arrangement of the piezo actuators 400 on the mounting surface 410 is selected such that a directivity of the shock ⁇ waves reaches the turbine blade 10 to be cleaned is, as has been illustrated and explained schematically in connection with Figures 2 and 3.
  • the piezo actuators 400 each have piezoactive layers 420, which form the shock waves S1.
  • FIG. 7 diagrammatically shows the temporal progression of the shockwaves.
  • T denotes the time interval between two consecutive individual impacts.
  • the rise time of the shock make ⁇ F is preferably less than 10 ns and the shock wave repetition fs less than 20 kHz.
  • Schockwel ⁇ lenst dealte are preferably used with a repetition frequency in the Hz range, with shock wave phases Pl are interrupted by shockwave-free time intervals or rest periods P2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Verfahren zum Entfernen einer Schutzbeschichtung (40) von einem Bauteil (10), insbesondere einer Turbinenschaufel. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schutzbeschichtung (40) unter Verwendung mechanischer Schockwellen (S1, S2) mit einer Schockwellenwiederholfrequenz (fs) unterhalb von 20 kHz entfernt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Entfernen einer Schutzbeschichtung von einem Bauteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen einer Schutzbeschichtung von einem Bauteil, insbesondere einer Turbinenschaufel.
Bekanntermaßen müssen bei Reparaturen und Wartungsarbeiten an Gasturbinen schadhafte Schutzbeschichtungen, die auf den rotierenden und stationären Turbinenschaufeln der Gasturbinen angebracht sind, vollständig entfernt werden, damit eine ein¬ wandfreie Neubeschichtung gewährleistet werden kann. Diesbe- züglich ist bekannt, chemische Entschichtungsprozesse einzu¬ setzen, bei denen die Schutzbeschichtungen weggeätzt werden.
Bei chemischen Entschichtungsprozessen ist die Prozesszeit relativ lang und die Reinigungsqualität mitunter nicht aus- reichend gründlich, so dass eine nachfolgende Neubeschichtung erschwert wird.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Ver¬ fahren zum Entfernen einer Schutzbeschichtung von einem Bau- teil anzugeben, das sich in sehr kurzer Zeit durchführen lässt und bei dem sehr gute Reinigungsergebnisse erzielt wer¬ den .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben. Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schutzbe- schichtung des Bauteils unter Verwendung mechanischer Schockwellen mit einer Schockwellenwiederholfrequenz unterhalb von 20 kHz entfernt wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass aufgrund der erfindungsgemäß eingesetz¬ ten Schockwellen eine sehr gleichmäßige Reinigungswirkung erreicht wird. Die guten Reinigungsergebnisse sind konkret dar- auf zurückzuführen, dass bei Schockwellen relativ hohe
Schockamplituden auftreten, die eine entsprechend große Rei¬ nigungswirkung hervorrufen. Kennzeichnend für Schockwellen ist eine äußerst hohe Druckamplitude mit einem Druckanstieg im Nanosekundenbereich sowie nachgelagerte Schwingungen mit geringeren Amplituden im Mikrosekundenbereich (2 kHz bis 10
MHz = „Zuganteile") . Die auftretenden Spitzendrücke liegen im Bereich von typischerweise 10 bis 500 MPa. Die erfindungsge¬ mäß vorgesehenen Schockwellen unterscheiden sich damit ganz wesentlich von beispielsweise Ultraschallwellen, die Frequen- zen oberhalb von 20 kHz aufweisen und bekanntermaßen in einem Frequenzbereich zwischen 30 und 400 kHz für Reinigungszwecke eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Erzeugungsart haben Ultra¬ schallwellen nämlich einen periodischen Frequenzgang mit im Vergleich zu Stoßwellen nur geringer Amplitude. Die primäre Krafteinwirkung von Ultraschallwellen tritt somit an Orten unterschiedlicher Materialdichte durch Kavitationseffekte auf; im Unterschied dazu erfolgt bei dem erfindungsgemäß vor¬ gesehenen Einsatz von Schockwellen mit einer Schockwellenwiederholfrequenz unterhalb von 20 kHz eine Reinigung im Wesent- liehen durch die direkte Kraftimpulsübertragung an den Grenzflächen aufgrund der sehr hohen Druckwechsel im Nanosekundenbereich, wodurch die Reinigungswirkung verbessert wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass das Entfernen der Schutzbe- schichtung sehr schnell erfolgt, da durch die Anwendung der Schock- bzw. Stoßwellen während des Entschichtungsprozesses die beispielsweise durch chemische Einwirkung bereits vorge¬ schädigte Schutzbeschichtung durch die hohe Kraftwirkung der Schockwellen quasi abgesprengt wird, was zu einer insgesamt sehr hohen Prozessgeschwindigkeit führt.
Wie bereits erwähnt, lässt sich das Verfahren zum Entfernen von Schutzbeschichtungen einsetzen, die auf Turbinenschaufeln angebracht sind. Neben der alten Schutzbeschichtung lassen sich dabei auch die durch den Betrieb der Turbine inkorpo¬ rierten Verunreinigungen entfernen. Diese Verunreinigungen bestehen bei Turbinenschaufeln typischerweise aus Mischungen von Kalium, Magnesium, Silizium, Nickel und Eisen sowie in Karbonat und Oxidverbindungen; auch Multielement-Spinell- Verbindungen können auftreten. Diese Verunreinigungen vereinigen sich typischerweise und bilden das besonders schädliche Kalzium-Magnesium-Aluminium-Silizium-Oxidsystem („CMAS") ; auch dieses kann mit dem beschriebenen Verfahren vergleichsweise einfach entfernt werden.
Auch lassen sich weitere Verunreinigungen, wie beispielsweise thermisch gewachsenen Oxide („TGO") , Cr2O3 und CrxCoyO-
Spinelle sowie je nach Grundwerkstoff des Bauteils die ent¬ sprechenden Karbidverbindungen mit dem beschriebenen Verfahren unter Einsatz der Schockwellen sehr leicht entfernen.
Die Schockwellen können beispielsweise elektrohydraulisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch oder pneumatischballistisch erzeugt werden. Im Hinblick auf ein möglichst schnelles Entfernen der Schutz- beschichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Bau¬ teil in eine die Schutzbeschichtung chemisch angreifendes bzw. entfernendes Reinigungsbad eingebracht wird und während des chemischen Angriffs der Schutzbeschichtung zusätzlich die mechanischen Schockwellen auf das Bauteil gerichtet werden. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird somit eine Kom¬ bination zweier Reinigungseffekte genutzt, nämlich die Reini¬ gungswirkung des chemischen Bades sowie die Reinigungswirkung der Schockwellen.
Ein besonders schnelles Entfernen der Schutzbeschichtung lässt sich erreichen, wenn das chemische Bad durch einen Elektrolyten gebildet ist, an den eine elektrische Spannung angelegt und in dem ein elektrischer Strom hervorgerufen wird. Vorzugsweise wird das zu reinigende Bauteil mit einem positiven Potential und der Elektrolyt mit einem negativen Potential beaufschlagt.
Besonders einfach und damit vorteilhaft lassen sich die
Schockwellen erzeugen, indem diese mit einem von der Außenseite des Bauteils räumlich getrennt angeordneten Schockwel- lengeneratorelement in das Reinigungsbad eingespeist werden.
Im Hinblick auf eine besonders große Reinigungswirkung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schockwellen auf die Außenseite des Bauteils fokussiert werden; ein solches Fokus¬ sieren ist beispielsweise möglich, indem eine Vielzahl von Einzelschockwellengeneratorelementen auf einer parabolischen Fläche derart angeordnet werden, dass eine Richtwirkung der
Schockwellen auf das zu reinigende Bauteil erfolgt. Derartige Einzelschockwellengeneratorelemente können beispielsweise durch Piezoaktoren gebildet werden. Sehr gute Reinigungsergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Schockwellen senkrecht auf die Außenseite des zu reinigenden Bauteils gerichtet werden.
Auch können die Schockwellen unmittelbar in eine Außenseite des Bauteils mit einem an die Außenseite mechanisch angekop¬ pelten, Oberflächenschockwellen erzeugenden Generatorelement als Oberflächenschockwellen eingespeist werden.
Soll die Schutzbeschichtung von einer Turbinenschaufel ent¬ fernt werden, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schockwellen senkrecht auf die Schaufelfläche der Turbinen¬ schaufel gerichtet werden. Darüber hinaus können die bereits erwähnten Oberflächenschockwellen mit einem an die Außenseite mechanisch angekoppelten, Oberflächenschockwellen erzeugenden Generatorelement unmittelbar in die Schaufelflächen der Turbinenschaufel eingespeist werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 eine Turbinenschaufel mit einer Schutzbeschichtung, die entfernt werden soll,
Figur 2 eine Anordnung zum Entfernen der Schutzbeschichtung von der Turbinenschaufel gemäß Figur 1,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Entfernen der Schutzbeschichtung von der Turbinenschaufel gemäß Figur 1,
Figur 4 die Turbinenschaufel gemäß Figur 1 mit einem daran befestigten, Oberflächenschockwellen erzeugenden
Generatorelement,
Figur 5 die Turbinenschaufel gemäß Figur 1 mit einer ande¬ ren Positionierung des Generatorelements als bei Figur 4, Figur 6 eine Anordnung zum Erzeugen fokussierter Schockwellen und Figur 7 beispielhaft den Amplitudenverlauf von Schockwellen in ihrem zeitlichen Verlauf.
In den Figuren 1 bis 7 werden aus Gründen der Übersicht für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Be¬ zugszeichen verwendet
In der Figur 1 erkennt man eine Turbinenschaufel 10 mit einem Schaufelblatt 20 sowie einem Fuß 30 in einer dreidimensiona¬ len Darstellung. Das Schaufelblatt 20 der Turbinenschaufel 10 ist mit einer Schutzbeschichtung 40 versehen, die aufgrund von Abnutzung während des Betriebs der Turbinenschaufel be- schädigt ist und für ein Neubeschichten der Turbinenschaufel 10 entfernt werden soll. Die Schutzbeschichtung 40 kann beispielsweise aus TBC (Thermal Barrier Coating) -Material auf der Basis einer säulenförmigen Zirkonoxid-Keramikschicht oder aus MCrAlY-Material (Metallmatrixmaterial auf der Basis von Chrom, Aluminium und Yttrium) bestehen. Der Fuß 30 der Turbinenschaufel 10 ist vorzugsweise unbeschichtet.
In der Figur 2 erkennt man eine Anordnung zum Entfernen der Schutzbeschichtung 40 von der Turbinenschaufel 10. Die Anord- nung weist ein chemisches Bad 100 auf, in dem sich eine Säu¬ re, beispielsweise 20%-ige Salzsäure 110, bei einer Tempera¬ tur von beispielsweise 7O0C befindet. Die Turbinenschaufel 10 ist in das Bad 100 eingetaucht und damit der darin befindli¬ chen Säure 110 chemisch ausgesetzt. Die Säure 110 greift die Schutzbeschichtung 40 der Turbinenschaufel 10 an, wodurch diese von der Oberfläche der Turbinenschaufel entfernt wird, wenn ausreichend lange gewartet wird. Um das Entfernen der Schutzbeschichtung 40 zu beschleunigen, ist bei der Anordnung gemäß Figur 2 zusätzlich noch eine Einrichtung zum Erzeugen von Schockwellen vorgesehen. Die Einrichtung ist mit dem Bezugszeichen 200 gekennzeichnet und weist ein Schockwellengeneratorelement 210 sowie ein Oberflä¬ chenschockwellen erzeugendes Generatorelement 220 auf, die von Steuereinrichtungen 210' und 220' angesteuert werden.
Das Schockwellengeneratorelement 210 erzeugt Schockwellen Sl, die senkrecht, zumindest quasi senkrecht, auf die Außenseite bzw. Oberfläche 230 des Schaufelblatts 20 gerichtet werden. Die Oberflächenschockwellen S2 werden von dem Generatorelement 220 unmittelbar in die Turbinenschaufel 10 eingekoppelt, wie weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 er- läutert wird.
Durch das zusätzliche Erzeugen der Schockwellen Sl und S2 mit Hilfe des Schockwellengeneratorelements 210 und des Genera¬ torelements 220 lässt sich das Entfernen der Schutzbeschich- tung 40 von der Turbinenschaufel deutlich beschleunigen, da neben der chemischen Reinigungswirkung durch die Salzsäure 110 noch die mechanische Reinigungswirkung durch die Schockwellen unterstützend dazukommt. Die Schockwellen weisen vorzugsweise eine Schockwellenwiederholfrequenz fs zwischen 1 und 2000 Hz sowie Spitzendrücke zwischen 10 und 500 MPa auf.
In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Entfernen der Schutzbeschichtung 40 von der Turbinenschaufel 10 gemäß Figur 1 gezeigt. Die Anordnung ge- maß Figur 3 entspricht der Anordnung gemäß Figur 2 mit dem
Unterschied, dass ein chemisches Bad 100 mit einem Elektroly¬ ten 300 verwendet wird. Bei dem Elektrolyten 300 kann es sich beispielsweise um eine 5%-ige Salzsäure bei einer Temperatur von 2O0C handeln. An den Elektrolyten 300 wird ein elektrisches Feld E ange¬ legt. Vorzugsweise wird das elektrische Feld erzeugt, indem ein positives Potential an die von der Schutzbeschichtung 40 zu befreiende Turbinenschaufel 10 und ein negatives Potential an den Elektrolyten 300 angelegt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 4 werden insge¬ samt drei Reinigungseffekte genutzt, nämlich die Reinigungs- Wirkung der 5%-igen Salzsäure, die Reinigungswirkung der Schockwellen sowie die Reinigungswirkung durch den Strom- fluss, der beispielsweise bis zu ca. 100 A betragen kann und in dem Elektrolyten 300 durch eine Spannung U von beispielsweise IV bis 20V hervorgerufen wird.
Die Schockwellen werden bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi¬ gur 3 in entsprechender Weise erzeugt, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Figur 2 erläutert worden war: Konkret werden mit dem Schockwellengeneratorelement 210 Schockwellen Sl im Wesentlichen senkrecht auf Oberfläche 230 des Schaufel¬ blatts 20 der Turbinenschaufel 10 gelenkt. Darüber hinaus werden Oberflächenschockwellen S2 mit dem Oberflächenschockwellen erzeugenden Generatorelement 220 unmittelbar in die Turbinenschaufel eingekoppelt, wodurch die darauf befindliche Schutzbeschichtung sehr schnell entfernt wird.
Mit der Anordnung gemäß der Figur 3 lässt sich die Schutzschicht 40 von der Turbinenschaufel 10 in einer Reinigungs¬ zeit von ca. 20 Minuten vollständig entfernen.
In der Figur 4 erkennt man beispielhaft, wie an der Turbinenschaufel 10 das die Oberflächenschockwellen erzeugende Gene¬ ratorelement 210 gemäß den Figuren 2 und 3 angebracht sein kann. Man sieht einen Piezoaktor 250 des Generatorelements 210, der am Fuß 30 der Turbinenschaufel 10 angebracht (z. B. angeklebt oder angeschweißt) ist und dazu dient, die Oberflä¬ chenschockwellen S2 unmittelbar in das Schaufelblatt 20 derart einzukoppeln, dass die Oberfläche 230 des Schaufelblatts 20 senkrecht zur Oberfläche in Schwingungen gerät. Dadurch wird die Schutzbeschichtung 40 einer Stoßwirkung senkrecht zur Oberfläche des Schaufelblatts 20 ausgesetzt, wodurch ein Entfernen der Schutzbeschichtung 40 erleichtert wird; dies ist durch einen Pfeil P, der die senkrechten Oberflächen- Schwingungen symbolisiert, schematisch angedeutet.
In der Figur 5 ist beispielhaft eine andere Positionierung des Piezoaktors 250 auf der Turbinenschaufel 10 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Piezoaktor 250 unmittelbar auf dem Schaufelblatt 20 angebracht. Eine solche Anordnung des Piezoaktors 50 ist grundsätzlich auch geeignet, ein Ablö¬ sen der Schutzbeschichtung 40 von der Turbinenschaufel 10 zu beschleunigen, weil die Oberflächenschockwellen S2 unmittelbar in die Oberfläche 230 bzw. Schaufelfläche des Schaufel- blatts eingekoppelt werden.
Etwas nachteilig ist jedoch, dass ein Ablösen der Schutzbe¬ schichtung im Bereich der Befestigungsstelle 310 des Piezoaktors 250 unter Umständen etwas beeinträchtigt wird, weil der Piezoaktor 250 die Einwirkung des Elektrolyten 300 an der Befestigungsfläche stören kann.
In der Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel für das Schockwel- lengeneratorelement 210 gemäß den Figuren 2 und 3 darge- stellt. Man erkennt eine Vielzahl an Piezoaktoren 400, die auf einer parabolischen Montagefläche 410 angeordnet sind. Die Anordnung der Piezoaktoren 400 auf der Montagefläche 410 ist dabei derart gewählt, dass eine Richtwirkung der Schock¬ wellen auf die zu reinigende Turbinenschaufel 10 erreicht wird, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellt und erläutert worden ist. Die Piezoakto- ren 400 weisen jeweils piezoaktive Schichten 420 auf, die die Stoßwellen Sl bilden.
In der Figur 7 ist der zeitliche Verlauf der Stoßwellen schematisch gezeigt: Man erkennt einen vorzugsweise rechteckigen Druckverlauf mit einem Spitzendruck PO zwischen 10 und 500 MPa und einer Schockwellenwiederholfrequenz fs, die sich er- gibt gemäß:
fs = 2π / T
wobei T den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinander fol- genden Einzelstößen bezeichnet. Die Anstiegszeit der Sto߬ flanken F beträgt vorzugsweise weniger als 10 ns und die Schockwellenwiederholfrequenz fs weniger als 20 kHz.
Um Beschädigungen an der Turbinenschaufel 10 beispielsweise durch Mikrorisse zu vermeiden, werden vorzugsweise Schockwel¬ lenstöße mit einer Wiederholfrequenz im Hz-Bereich eingesetzt, wobei Schockwellenphasen Pl durch schockwellenfreie Zeitintervalle bzw. Ruhephasen P2 unterbrochen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen einer Schutzbeschichtung (40) von einem Bauteil (10), insbesondere einer Turbinenschaufel, bei dem das Bauteil in ein die Schutzbeschichtung chemisch entfernendes Reinigungsbad (100) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des chemischen Angriffs der Schutzbeschichtung unter Verwendung mechanischer Schockwellen (Sl, S2) mit einer Schockwellenwiederholfrequenz (fs) unterhalb von 20 kHz die Schutzbeschichtung (40) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schockwellen auf das Bauteil gerichtet werden .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinigungsbad (100) mit einem Elektrolyten (300) verwendet wird und an den Elektrolyten eine elektrische Span¬ nung angelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schockwellen auf die Außenseite (230) des Bauteils gerichtet werden, indem diese mit einem von der Außenseite räumlich getrennt angeordneten Schockwellengeneratorelement (210) in das Reinigungsbad eingespeist werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schockwellen auf die Außenseite (230) des Bauteils fokussiert werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schockwellen senkrecht auf die Außenseite gerichtet werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Außenseite (230) des Bauteils (10) Oberflächen- schockweilen (S2) mit einem an die Außenseite mechanisch angekoppelten, Oberflächenschockwellen erzeugenden Generatorelement (220) eingespeist werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzbeschichtung einer Turbinenschaufel (10) ent¬ fernt wird, indem die Schockwellen (Sl) senkrecht auf das Schaufelblatt (20) der Turbinenschaufel gerichtet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Schaufelfläche (230) der Turbinenschaufel (20) Oberflächenschockwellen (S2) mit einem an die Schaufelfläche (230) mechanisch angekoppelten, Oberflächenschockwellen er- zeugenden Generatorelement (220) eingespeist werden.
10. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reinigungsbad (100) zum chemischen Entfernen der
Schutzbeschichtung des Bauteils (10) sowie eine Einrichtung (200) zum Erzeugen von Schockwellen (Sl, S2) vorhanden ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsbad (100) einen Elektrolyten (300) ent¬ hält, der mit einer Spannungsquelle (U) zum Erzeugen einer elektrischen Spannung in Verbindung steht.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsbad (100) einen Elektrolyten (300) ent¬ hält, der mit einer Spannungsquelle (U) zum Erzeugen einer elektrischen Spannung in Verbindung steht.
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