WO2010048931A1

WO2010048931A1 - Vorrichtung zum partiellen abdecken einer bauteilzone

Info

Publication number: WO2010048931A1
Application number: PCT/DE2009/001496
Authority: WO
Inventors: Thomas Uihlein; Wolfgang Eichmann; Falko Heutling
Original assignee: Mtu Aero Engines Gmbh
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-10-24
Publication date: 2010-05-06
Also published as: DE102008053394A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung von Bauteilen, beispielsweise von Turbinenschaufeln, für eine anschließende Behandlung, beispielsweise das Aufbringen einer Beschichtung mittels eines PVD- oder CVD-Verfahrens (Physical Vapor Deposition oder Chemical Vapor Deposition) oder mittels thermischen Spritzens, wobei ein Teil des Bauteils vor seiner Behandlung zumindest teilweise mit der Vorrichtung abgedeckt wird. Die vorliegende Erfindung ist dabei mit einem flexiblen Dichtelement versehen, das für das Beschichtungsmaterial teilweise durchlässig ist, so dass einerseits die Abdeckvorrichtung mit der das Dichtelement verbunden ist, großzügiger geschaffen werden kann und anderseits so dass der Übergangsbereich zwischen den beschichteten und den nicht beschichteten Bereichen, durch eine geeignete Wahl des Dichtungselements, präzis einstellbar ist. Dadurch wird außerdem erreicht, dass die geometrischen Toleranzen der zu beschichtenden Bauteilen nicht mehr mitberücksichtigt werden müssen und dass gleichzeitig die Beschädigungsgefahr der zu schützenden Bauteilflächen reduziert wird.

Description

Vorrichtung zum partiellen Abdecken einer Bauteilzone

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung von Bauteilen, beispielsweise von Turbinenschaufeln, für eine anschließende Behandlung, beispielsweise das Aufbringen einer Beschichtung mittels eines PVD- oder CVD- Verfahrens (Physical Vapor Deposition oder Chemical Vapor Deposition) oder mittels thermischen Spritzens, wobei ein Teil des Bauteils vor seiner Behandlung zumindest teilweise mit der Vorrichtung abgedeckt wird.

Unterschiedliche Bauteile werden zur Korrektur ihrer Abmessungen, zum Schutz ihrer Oberfläche gegen Verschleiß oder Korrosion, zur Wärmedämmung der darunter liegenden Bauteile oder zur Verbesserung ihrer Temperatur- und/oder Abrasionsfestigkeit mit hierfür geeigneten Materialien, beispielsweise Metallen, Metalllegierungen oder Keramiken beschichtet. Es werden beispielsweise

Flugtriebwerke in der Luft- und Raumfahrtindustrie so gestaltet, dass der Spalt, der zwischen den Spitzen der Rotorblätter und der Gehäusewand entsteht, so klein wie möglich dimensioniert ist, denn die Spaltverluste bestimmen den Wirkungsgrad eines Flugtriebwerks. Der Spalt ist dann am geringsten, wenn er erst durch Einschleifen der Komponenten selbst im Betrieb entsteht. Auf der Gehäusewand wird daher eine leicht abreibbare Schicht aufgebracht während auf den Kontaktflächen des rotierenden Bauteils eine verschleißbeständige und abrasiv wirkende Schicht aufgebracht wird. Dabei muss nicht die vollständige Fläche des rotierenden Bauteils beschichtet werden, sondern es reicht, wenn nur Teile davon, beispielsweise die oberen Teile der Schaufeln, beschichtet werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass das Bauteil nicht unnötig schwerer gemacht wird. Es ist außerdem bekannt, dass, besonders im Fall von Hartstoffschichten, die Gefahr besteht, dass Anrisse in den aufgebrachten Schichten entstehen und rasch in den Grundwerksstoff propagieren, was in der Regel ein vorzeitigea Versagen des Bauteils zur Folge hat. Aus diesem Grund werden beispielsweise nur die oberen Teile der Schaufeln eines Rotors mit einer Hartstoffschicht beschichtet. Meist nach einer entsprechenden Oberflächenbehandlung der zu beschichtenden Bauteile, werden bestimmte Bauteilzonen mit Maskierungen ausgestattet, welche zur Abgrenzung von Schichtflächen und Bereichen, die nicht von der Beschichtung erfasst werden sollen, dienen. Die Beschichtung erfolgt mittels Sprühbeschichtungsanlagen, Spritzanlagen, Aufdampfanlagen oder dergleichen, die teilweise unter atmosphärischen Bedingungen, teils unter kontrollierten Atmosphären oder unter Vakuum-Bedingungen betrieben werden.

Aus dem Stand der Technik sind diverse Abdeckungstechniken in diesem

Zusammenhang bekannt, die in verschiedenen Beschichtungsverfahren angewendet werden und die diverse Nachteile mit sich bringen.

Eine bekannte Abdecktechnik besteht darin, die nicht zu beschichtenden Teile mit klebenden Abdeckungen bestehend aus Klebebändern oder dergleichen, die direkt auf die nicht zu beschichtenden Teile aufgeklebt werden, zu schützen. Eine derartige Abdeckungstechnik ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Aus der US 5203944 wird beispielsweise die Verwendung von mehreren Masken zur Konstruktion einer dreidimensionalen Struktur offenbart, welche aus einer Kunststoff-Folie besteht, die einerseits ein abnehmbares Trägermaterial und anderseits eine klebende Fläche aufweist. Ein Nachteil ist allerdings, dass in der Regel eine Material-Beeinträchtigung der Klebebänder und Klebestoffe bei höheren Temperaturen, insbesondere über 200°C, eintritt. Zusätzlich ist es bekannt, dass Abdeckungen bestehend aus Klebebändern oder aus verstärkten Klebebändern häufig und schnell im Lauf des Beschichtungsverfahrens zerstört werden können. Sie müssen deshalb häufig entfernt und ersetzt werden. Außerdem müssen die von den Klebebändern oder dergleichen hintergelassenen Klebereste auf den geschützten Bauteilflächen mittels aufwändiger Reinigungsprozesse, mechanischer oder chemischer Art, beseitigt werden. Diese erforderliche Oberflächen- Nachbehandlung ist mit einem hohen technischen und zeitlichen Aufwand und demnach mit erhöhten Kosten verbunden. Außerdem sind die für den Reinigungsprozess verwendeten Chemikalien in der Regel Umweltbelastend und das Risiko die Oberflächen bei einem mechanischen Prozess zu beschädigen sehr hoch. Schließlich sind die meisten Klebstoffe nicht für das Vakuum, beziehungsweise das Hochvakuum oder das Ultrahochvakuum geeignet, da sie in der Regel hohe Ausgasraten aufweisen. Hier müssen speziell für das Vakuum, beziehungsweise für das Hochvakuum oder Ultrahochvakuum entwickelte Klebstoffe verwendet werden, welche mit entsprechenden Kosten verbunden sind. Da die zu beklebende Fläche groß ist und da Abdeckungen dieser Art häufig ausgetauscht werden müssen, ist eine Verwendung derartiger Klebstoffe in diesem Zusammenhang nicht empfehlenswert.

Es ist weiterhin eine Maskierung aus der US 6645299 B2 bekannt, die aus einem dünnen Stahlblech besteht, das in eine dem zu schützenden Bauteil konturgemäße Form gebracht wird und mit einer Einspannvorrichtung an dem zu schützenden Material befestigt wird. Derartige Maskierungen weisen den Nachteil auf, dass passende Aufnahmevorrichftingen für die Befestigung an dem Bauteil vorhanden sein müssen, und dass Beschädigungen am Bauteil vor oder nach dem Spritzprozess bedingt durch das Befestigen und das Abnehmen der Maskierung nicht auszuschließen sind.

Aus der US 5691018 ist ferner eine aus Silikongummi bestehende Abdeckung bekannt, die zum Schutz eines Teiles einer Spritzvorrichtung verwendet wird. Allerdings herrschen bei vielen gängigen Beschichtungsprozessen hohe Temperaturen, so dass der Gummi so hergestellt werden muss, dass er diesen Temperaturen standhält. Weiterhin ist mit derartigen Abdeckungen keine Einstellung des Übergangsbereichs zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen möglich.

Aus der EP 1808236 Al ist eine andere Abdeckung von Turbinenschaufel- kühlungsbohrungen bekannt, welche vor dem Aufbringen einer keramischen Beschichrung mittels eines temperaturbeständigen Klebstoffes über Bohrungsbereiche einer Turbinenschaufel geklebt wird. Ein Nachteil dieser Methode ist es, dass nach der Beschichtung mit der keramischen Beschichrung, die Abdeckung zwar entfernt werden kann, jedoch nicht rückstandsfrei, so dass die Bohrungen mit dem Klebstoff verstopft bleiben und anschliessend durch Verbrennung von dem Klebstoff befreit werden müssen. Diese zusätzliche Nachbehandlung des beschichteten Bauteils ist nicht frei von Beschädigungspotential der Bauteile, da die zu erreichenden Temperaturen, um den Klebstoff zu verbrennen, weit über 250°C liegen müssen. Die ganze Prozedur ist außerdem mit einem zusätzlichen und konsequenten zeitlichen und technischen Aufwand verbunden.

Aus der DE 102007010256 Al ist weiterhin eine Vorrichtung offenbart, welche zum Beschichten von Bauteilen einer Gasturbine verwendet wird. Dabei wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und der auf dem Bauteil angeordneten Lotfolie durch ein lokales Erwärmen des Bauteils im Bereich der aufzutragenden Lotfolie, und ein zeitgleiches Erwärmen der Lotfolie mittels eines Induktionsverstärkers erzielt. Dabei muss die Beschichtung die Eigenschaft besitzen sich in Form einer Lotfolie bringen zulassen und sich leicht erwärmen zu lassen, was nicht bei allen möglichen Materialien oder Materialkombinationen gegeben ist. Ferner ist die der Lotfolie nahe an der zu beschichtenden Fläche anzubringen, was gegebenenfalls, je nach Form des Bauteils, sich von schwierig bis unmöglich gestalten kann. Schließlich müssen das Material der Lotfolie und das Material des Bauteils aufeinander abgestimmt sein und die Lotfolie und das Bauteil müssen erwärmt werden, so dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen zwei Elementen entstehen kann. Dafür ist außerdem ein Induktionsverstärker in der Nähe der Lotfolie anzubringen, was nicht bei allen Bauteilformen oder Anordnungen möglich ist.

Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Abdeckungstechnik wird durch die DE 10351168 Al offenbart. Hier werden Bauteiloberflächen, die durch thermisches Spritzen nicht beschichtet werden sollen, mit einer wässrigen bornitridhaltigen Suspension vor dem Beschichtungsverfahren besprüht und getrocknet. Nach dem Beschichtungsprozess wird die Bornitridschicht zusammen mit den Partikeln durch ein Wassertauchbad in Wasser abgewaschen. Ein Nachteil besteht jedoch darin, die Bauteile, die nur teilweise beschichtet werden sollen, vor dem Beschichtungsprozess mit der Suspension an den richtigen Stellen zu besprühen. Dies wiederum erfordert auch eine gewisse Abdeckung der Bauteile, die später beschichtet werden sollen, damit sie vor dem Auftragen der Suspension geschützt sind. Oder aber die Suspension wird nur grob an diesen Bauteilen aufgebracht, so dass kein reproduzierbarer Übergangsbereich zwischen den beschichteten und den nicht beschichteten Bereichen einstellbar ist.

Es ist weiterhin aus der GB 2398798 A eine Abdeckung bekannt, welche zum partiellen Abdecken von Bauteilen einer Turbine verwendet wird. Die offenbarte aus Silikongummi bestehende Abdeckung wird an dem zu schützenden Bauteil mittels seitlich gelegenen Befestigungen gesichert. Entsprechende Befestigungseinrichtungen müssen also sowohl auf dem Bauteil als auch an der Abdeckung vorhanden sein.

Schließlich ist aus der EP 1820872 Al eine Abdeckung für die Vorbereitung einer Turbinenschaufel für das Aufbringen einer Beschichrung bekannt, welche aus einer Abdeckleiste besteht, die auf einer Umfangsfläche der Turbinenschaufel mittels einer Steckverbindung auf die Turbinenschaufel aufgesetzt wird. Ein offensichtlicher Nachteil besteht darin, dass das Bauteil, auf dem die Abdeckleiste aufgesetzt wird, eine entsprechende Steckverbindung aufweisen muss. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass die Beschädigungsgefahr der Schaufeloberflächen beim Anbringen oder beim Demontieren der Abdeckleiste an das beziehungsweise von dem Bauteil wesentlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Lösungen des Standes der Technik zu vermeiden und eine verbesserte Lösung zur partiellen Beschichtung von Bauteilen zur Verfügung zu stellen. Außerdem soll durch die Erfindung ferner eine einfache Herstellung der Vorrichtungen zum Abdecken einer Bauteilzone erreicht werden, wodurch die geometrischen Schwankungen der zu schützenden Bauteile nicht mehr berücksichtigt werden müssen. Gleichzeitig soll die Beschädigungsgefahr der Bauteiloberflächen drastisch reduziert werden. Weiterhin soll die Erfindung eine Einstellung des Übergangsbereichs zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bauteilen ermöglichen. Schließlich soll die Vorrichtung für eine Vielzahl von Beschichtungsverfahren geeignet sein, wie zum Beispiel für das thermische Spritzen, die PVD-Beschichtung oder die CVD-

Beschichtung (Physical Vapor Deposition oder Chemical Vapor Deposition) und gleichzeitig für eine Vielzahl von Bauteilen, beispielsweise für das partielle Beschichten von einzelnen Schaufeln einer Turbine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum partiellen Abdecken einer Bauteilzone eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe bei einem Beschichtungsprozess ist durch eine steife, flächige Abdeckplatte und Dichtelemente ausgebildet, wobei die Vorrichtung auf dem Bauteil oder der Bauteilgruppe seitlich angeordneten Flächen aufliegt und wobei die Vorrichtung zwischen zumindest zwei voneinander beabstandeten zu beschichtenden Bauteilen angeordnet ist und flexible Dichtelemente an den gegenüberliegenden Seiten der Abdeckplatte aufweist, oder wobei die Abdeckplatte eine Aussparung aufweist, derer gegenüberliegenden Seiten flexible Dichtelemente aufweisen und wobei die Vorrichtung an zumindest einem Bauteil angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Abdeckplatte zum partiellen Abdecken einer Bauteilzone eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe bei einem Beschichtungsprozess wird nicht an einen oder an mehrere Bauteile exakt angepasst, sondern wird in einem Untermaß in einer Form passend zu den zu schützenden Bereichen zwischen zumindest zwei Bauteilen oder mit einer Aussparung passend zu der Form des zu schützenden Bauteils hergestellt. Die Herstellung der Vorrichtung ist dadurch vereinfacht, dass die geometrischen Toleranzen der entsprechenden Bauteilen nicht berücksichtigt werden müssen. Flexible Dichtelemente werden an den gegenüberliegenden Seiten der Abdeckplatte oder einer Aussparung angeordnet, so dass die Abmessungen der Vorrichtung, welche aus den Dichtelementen und der Abdeckplatte besteht, geringfügig größer sind als die Abmessungen des zu schützenden Bauteils oder den zu schützenden Bereichen zwischen zumindest zwei Bauteilen sind. Die Steifigkeit der Abdeckplatte, welche durch die Geometrie und den verwendeten Werkstoff bestimmt ist, ermöglicht eine zumindest teilweise elastische Verformung der Vorrichtung bei Raumtemperatur.

Aufgrund des Untermaßes und/oder der zumindest teilweise mögliche Verformung der Abdeckplatte einerseits, und aufgrund der an der Abdeckplatte angeordneten, flexiblen Dichtelementen anderseits, ist eine einfache, materialschonende Anbringung der Vorrichtung zwischen den Bauteilen oder an einem Bauteil gewährleistet. Aufgrund der Übergröße der Vorrichtung, welche aus den Dichtelementen und der Abdeckplatte besteht, und der gegebenen Elastizität der flexiblen Elementen, liegen die

Dichtelemente an der Bauteilwand und werden zusätzlich auf seitlich von dem Bauteil oder der Bauteilgruppe angeordneten Flächen getragen. Diese seitlichen Flächen können die seitlichen Wände einer Schaufelgrundaufhahme sein. Somit sind die Teile, die unterhalb der Vorrichtung sind, und die seitlich von Wänden umgeben sind, vor ungewollter Beschichtung geschützt. Somit sind auch keine Befestigungseinrichtungen notwendig, weder an dem Bauteil oder an den Bauteilen, noch an der Vorrichtung selber. Die Elastizität der flexiblen Dichtelemente verhindert die Gefahr einer Beschädigung der Oberflächen des Bauteils oder den Bauteilen beim Anbringen der Vorrichtung. Nach dem Beschichtungsprozess ist die Vorrichtung ebenfalls sicher und rückstandsfrei von dem Bauteil oder von den Bauteilen abnehmbar.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Vorrichtung nach mindestens einem Beschichtungsprozess von dem Bauteil oder von den Bauteilen unzerstört abgebaut und in einem weiteren Beschichtungsprozess wiederverwendet. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Beschichtung an der Vorrichtung haften bleibt, was sowohl von dem Material der Vorrichtung als auch von dem Beschichtungsmaterial abhängig ist, so dass kein Abblättern des aufgetragenen Materials stattfindet. Es ist weiterhin möglich die Vorrichtung gelegentlich von den aufgetragenen Schichten zu reinigen. Dabei kann ein Abbau der Dichtelementen von der Abdeckplatte vorgesehen sein, wobei die Dichtelemente entweder ausgewechselt werden oder auch gereinigt und wiederholt an der Abdeckplatte angeordnet werden können. Ein möglicher Reinigungsprozess ist beispielsweise ein mechanischer Abtrag der aufgetragenen Schichten oder eine entsprechende ätzende chemische Reinigung der Abdeckplatte und des Dichtelements. In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Dichtelemente der Vorrichtung zum partiellen Abdecken einer Bauteilzone eines Bauteils oder einer Bauteilgruppe für das Beschichtungsmaterial teilweise durchlässig. Somit ist eine Einstellung des Übergangsbereichs zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen gewährleistet. Ein sanfter Übergang zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen ist aufgrund der Aerodynamik bestimmter Teile, oder wegen besserem Anhaften der aufgetragenen Schichten besonders erwünscht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Dichtelemente als Bürstendichtungen oder Filze ausgebildet. Dadurch wird die Einstellung des Übergangsbereichs zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen genau kontrollierbar. Bürstendichtungen oder Filze bestehend aus im Querschnitt unterschiedlicher Fasergröße und/oder Faserform sind besonders vorteilhaft. Ferner kann die Anzahl der Fasern einer Bürstendichtung für eine bestimmte, vorgegebene Länge variiert werden und damit die Durchlässigkeit des Dichtelements gezielt verändert werden. Ähnlich wird mit einer Änderung der Materialdichte die Durchlässigkeit eines aus Filz bestehenden Dichtelements gezielt verändert.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zumindest teilweise die Bürstendichtungen oder Filze aus Keramik-, Metall-, Glas-, Aramid- oder Kunststofffasern ausgebildet. Durch eine geeignete Wahl des Materials des Dichtelements wird die Elastizität des Dichtelements variiert und mit den entsprechenden Oberflächenmaterialen des Bauteils oder den Bauteilen abgestimmt. Somit kann einerseits das Anbringen und/oder das Abbauen der Vorrichtung optimiert werden, und anderseits die Materialien so aufeinander abgestimmt werden, dass das Risiko einer Beschädigung der Bauteiloberfläche beim An- oder Abbauen der Vorrichtung verringert bis verhindert wird. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Dichtelemente vorab mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Schutzschicht, zu versehen, welche beispielsweise mit einem Lösungsmittel oder mit Wasser lösbar ist, zum Beispiel PMMA. Dadurch ist eine chemische Reinigung der Dichtelementen vereinfacht. Durch die Verwendung beispielsweise, nach einem Beschichtungsprozess, von einem Aceton- Bad, eventuell mit Ultra-Schall unterstützt, wird dann die entsprechende Schutzschicht gelöst, so dass das darauf liegende Beschichtungsmaterial ebenso weggespült wird. Andere, in Lösungsmitteln oder Wasser nicht lösbare Schutzschichten sind ebenso denkbar, wie zum Beispiel Kapton. In diesem Fall kann die Schutzschicht dazu verwendet werden, metallische Fasern zu ummanteln, so dass das Risiko von

Kratzerentstehung in der Oberfläche der zu beschichtenden Bauteilen verringert wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Dichtelemente aus Materialien, welche für das Vakuum, das Hochvakuum beziehungsweise für das Ultrahochvakuum geeignet sind. Unter Vakuum stattfindende Beschichtungsprozesse sind sehr verbreitet, erfordern aber die Benutzung von Materialien, welche eine geringe (Vakuum) bis sehr niedrige (Ultrahochvakuum) Ausgasraten aufweisen. Viele Metalle und Metalllegierungen erfüllen beispielsweise diese Anforderung, sowie Keramiken und einige Kunststoffe, beispielsweise bestimmte Epoxy-Harze. Ein Vorteil von vakuumgeeigneten flexiblen Dichtelementen besteht darin, dass die Vorrichtung dadurch in einer Vielzahl von Beschichtungsverfahren verwendet werden kann. Es kommen beispielsweise das thermische Spritzen, die PVD- Beschichtung (Physical Vapor Deposition), die CVD-B eschichtung (Chemical Vapor Deposition) oder sonstige Sublimierungsverfahren in Frage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die Abdeckplatte aus Metall, aus Keramik, aus einer Metalllegierung oder aus einem Kunststoff. Durch die Wahl des Materials der Abdeckplatte kann Einfluss auf die Steifigkeit der Abdeckplatte genommen werden, so dass beispielsweise ein Anbringen der gesamten Vorrichtung, abhängig auch von ihrer Geometrie, an einem Bauteil oder an mehreren Bauteilen vereinfacht beziehungsweise ermöglicht wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die Abdeckplatte aus einem Hochtemperatur beständigen Kunststoff, beispielsweise aus einem Epoxyharz, einem Silikonharz, einem Elastomere, einer Duroplaste oder dergleichen. Mit Hochtemperatur sind Temperaturen über Raumtemperatur gemeint, besonders über 80°C und besonders zwischen 80°C und 250°C. Aus Temperatur beständigem Kunststoff bestehende Abdeckplatten sind somit in Hochtemperaturbeschichtungverfahren anwendbar, wie beispielsweise beim thermischen Spritzen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die Abdeckplatte aus einem Material, welches für das Vakuum, das Hochvakuum bzw. für das Ultrahochvakuum geeignet ist. Unter Vakuum stattfindende Beschichtungsprozesse sind sehr verbreitet, erfordern die Benutzung von Materialien, welche eine geringe (Vakuum) bis sehr niedrige (Ultrahochvakuum) Ausgasrate aufweisen. Viele Metalle und Metalllegierungen erfüllen diese Anforderung, sowie Keramiken und einige Kunststoffe, beispielsweise bestimmte Epoxy-Harze. Der Vorteil von einer vakuumgeeigneten Abdeckplatte besteht darin, dass die Vorrichtung dadurch in einer Vielzahl an Beschichtungsverfahren verwendet werden kann. Es kommen beispielsweise das thermische Spritzen, die PVD-Beschichtung (Physical Vapor Deposition), die CVD-Beschichtung (Chemical Vapor Deposition) oder sonstige Sublimierungsverfahren in Frage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Abdeckplatte und die Dichtelemente zumindest punktuell miteinander geheftet, gelötet, geschweißt, geklemmt, geklebt und/oder gebördelt. Dadurch wird erreicht, dass die verschiedenen Elemente, die Abdeckplatte und die Dichtelemente, zu einer Vorrichtung vereinigt werden, die sich in einem Stück an einem Bauteil oder an mehreren Bauteilen anbringen lässt. Durch die punktuelle Verbindung wird eine mögliche spätere Trennung der verschiedenen Elementen vereinfacht und die Bearbeitungsarbeit der Vorrichtung verringert. Eine separate Herstellung der verschiedenen Komponenten in einem automatisierten Verfahren ist dadurch ebenso ermöglicht. Verbindungsverfahren wie das Heften oder das Klemmen, ermöglichen insbesondere eine schnelle Vorrichtungsanfertigung, und gleichzeitig einen sehr flexiblen Einsatz.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Abdeckplatte und die Dichtelemente mit einem Verfahren miteinander verbunden, welches für das Vakuum, das Hochvakuum beziehungsweise für das Ultrahochvakuum geeignet ist. Der Vorteil von einer vakuumgeeigneten Vorrichtung besteht darin, dass die Vorrichtung dadurch in einer Vielzahl von Beschichtungsverfahren verwendet werden kann. Es kommen beispielsweise das thermische Spritzen, die PVD-

Beschichtung (Physical Vapor Deposition), die CVD-Beschichtung (Chemical Vapor Deposition) oder sonstige Sublimierungsverfahren in Frage. Hier sind Verbindungsverfahren wie das Heften, das Klemmen, das Schweißen oder das Bördeln besonders geeignet, falls sowohl Abdeckplatte als auch Dichtelemente bereits aus Materialien bestehen, die für das Vakuum, das Hochvakuum beziehungsweise für das Ultrahochvakuum geeignet sind. Auch andere Verbindungsverfahren, wie das Löten oder das Kleben können verwendet werden. Dabei muss allerdings darauf geachtet werden, dass das Lot beziehungsweise der Klebstoff ebenfalls eine notwendige kleine bis sehr geringe Ausgasrate besitzen. Ein für das Hochvakuum geeignetes Lot ist beispielsweise eine Legierung basierend aus Zinn und Silber oder das Lot Mcote der

Firma Allectra, das eine Ausgasrate von weniger als 10^"1 ' mBar.l/s bei einer Temperatur von 250°C. Ein für das Hochvakuum geeigneter Klebstoff ist beispielsweise ein Zwei- Komponenten Klebstoff, der aus der Mischung eines Epoxyharzes und eines Härters entsteht wie zum Beispiel Varian Torr Seal oder der UHV-Klebstoff der Firma Allectra, der eine Ausgasrate von weniger als 5* 10 ¹³ mBar.l/s bei Raumtemperatur aufweist. Klebstoffe basierend auf Keramik können ebenso verwendet werden. Ein weiterer Vorteil von diesen Vakuumfesten Verbindungsverfahren liegt darin, dass die Vorrichtung, die dadurch entseht, ebenso vakuumgeeignet ist und hohe Temperaturen ausgesetzt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die zu beschichtenden Bauteile in gleichmäßigem Abstand angeordnet und mit Hilfe einer rechenförmigen Einrichtung gehalten. Ferner ist eine ähnliche Einrichtung zum Halten von Bauteilen möglich, die radial angeordnete Forken aufweist und an den zu beschichtenden Bauteilen angeordnet ist. Die an der Einrichtung angeordneten Bauteile werden anschließend mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Abdecken einer Bauteilzone ausgerüstet, mit seitlichen Abdeckungen versehen und schließlich bei einem Beschichtungsverfahren eingesetzt.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausfϊihrungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche zwischen zwei Schaufeln angeordnet ist;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines zweiten bevorzugten

Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche an einer Schaufel angeordnet ist;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, welche zwischen zwei beabstandeten Schaufeln angeordnet ist;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche zwischen zwei beabstandet angeordneten Schaufeln angeordnet ist;

Fig. 5 eine schematische vordere Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welche eine Aussparungnahme aufweist und an einer Schaufel angeordnet ist; Fig. 6 eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Rotors.

Bei den abgebildeten Figuren sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die flächige, steife Abdeckplatte 1 ist dabei an zwei ihrer seitlichen nach Außen gerichteten Flächen mit flexiblen Dichtelementen 2 ausgerüstet und ist in dem Zwischenraum zweier beabstandeter Schaufeln 3 angeordnet. Die Abdeckplatte 1 entspricht dabei der Form des durch zwei benachbarte Schaufeln entstandenen Raumes, wobei ihre Abmessungen einem Untermaß bezüglich den Abmessungen des genannten Raumes aufweisen. Durch dieses Untermaß und durch die flexiblen Dichtelemente wird die Vorrichtung zum Abdecken einer Bauteilzone auf einfache Weise zwischen zwei benachbarten Schaufel angeordnet. Die Abdeckplatte besteht aus einem geformten

Stahl-Blech und die Dichtelemente 2 aus im Querschnitt zylindrischen Aramid-Fasern, die mit Hilfe eines Stahlblechs und mit Hilfe eines ebenfalls aus Stahl bestehenden länglichen Kernzylinder gebördelt worden sind und als Bürstendichtung ausgebildet sind. Die so ausgebildete Bürstendichtung 2 ist an mehreren Punkten mit der aus Stahl bestehenden Abdeckplatte 1 geschweißt und ist für ein Beschichtungsverfahren im Hochvakuum-Bereich geeignet. Die mit der Vorrichtung ausgestatteten Schaufeln werden mit seitlichen Abdeckungen 6 versehen, auf denen die Vorrichtung zum Abdecken anliegt, und in eine Aufdampfanlage eingebracht, die evakuiert wird. Dort werden sie mit einer auf Titan basierenden Legierung versehen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die flächige steife Abdeckplatte 1 weist dabei eine Aussparung auf, an derer gegenüberliegenden Flächen, Dichtelemente 2 angebracht sind. Die Abdeckplatte ist zudem an einer einzigen Schaufel 3 angeordnet und liegt auf zwei darunter liegenden Abdeckplatte 6 oder auf den seitlichen Wänden einer Schaufelfußgrundaufnahme 6 auf. Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Abdeckplatte 1 samt Dichtelementen 2 zwischen zwei beabstandeten Schaufeln 3 angeordnet ist. Die hier aus Edelstahl bestehende Abdeckplatte 1 ist mit einer Bürstendichtung 2 aus zylindrischen und mit Kapton ummantelten Edelstahlfasern flächenweise zusammen geklebt und ist zwischen den zwei Schaufeln 3 durch die elastischen Eigenschaften der Bürstendichtung, welche sich an ihrer gegenüberliegenden Seiten befinden, gedichtet. Die Schaufeln werden mit seitlichen Abdeckungen 6 versehen oder in eine Schaufelfußgrundaufnahme mit seitlichen Wänden 6 angeordnet. Die Vorrichtung liegt auf den seitlichen Abdeckungen 6 auf und wird in eine Aufdampfanlage eingebracht, die evakuiert wird. Dort werden sie mit einer auf Titan basierenden Legierung versehen.

Fig. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Abdeckplatte 1 diesmal zwischen zwei sich radial erstreckenden und voneinander beabstandeten Schaufeln 3 angeordnet ist. Die hier aus Silikongummi bestehende Abdeckplatte 1 ist mit einem Filz 2 aus Glasfasern flächenweise zusammen geklebt und ist zwischen den zwei Schaufeln 3 durch die elastischen Eigenschaften des Filzes, welcher sich an gegenüberliegenden Seiten befindet, und durch das Aufliegen auf den seitlichen Wänden 6, gehalten.

Fig. 5 zeigt eine schematische vordere Ansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei die Abdeckplatte 1 eine Aussparung aufweist, welche an ihrer gegenüberliegenden Fläche Dichtelemente 2 aufweist, und die an einer Schaufel 3 angeordnet ist. Die hier aus Edelstahl bestehende Abdeckplatte 1 ist mit einer Bürstendichtung 2 aus elastischen Kunststofffasern punktweise zusammen gelötet und wird vor allem durch die Steifigkeit der Edelstahlabdeckplatte an der Schaufel 3, durch die elastischen Eigenschaften der Bürstendichtung, welche sich an den gegenüberliegenden Seiten der Aussparung der Abdeckplatte befinden, und durch das Aufliegen auf den seitlichen Wänden 6 gehalten. Die so mit der Vorrichtung ausgestatteten Schaufeln werden einem thermischen Spritzverfahren unterzogen. Fig. 6 zeigt eine schematische Vorderansicht und Draufsicht eines Rotors 5, an dem radial gleich beabstandete Schaufeln 3 angeordnet sind.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum partiellen Abdecken einer Bauteilzone eines Bauteils (3) oder einer Bauteilgruppe (3) bei einem Beschichtungsprozess, wobei die Vorrichtung eine steife, flächige Abdeckplatte (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (1) auf dem Bauteil oder der Bauteilgruppe seitlich angeordneten Flächen (6) angeordnet ist, und dass an gegenüberliegenden Seiten der Abdeckplatte (1) flexible Dichtelemente (2) angeordnet sind, wobei die

Abdeckplatte (1) zwischen zumindest zwei voneinander beabstandeten zu beschichtenden Bauteilen (3) angeordnet ist, oder wobei die Abdeckplatte (1) eine Aussparung aufweist und zumindest an einem Bauteil (3) angeordnet ist und die Dichtelemente (2) an gegenüberliegenden Seiten der Aussparung der Abdeckplatte ( 1 ) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (1) von den flexiblen Dichtelementen (2) oder von dem flexiblen Dichtelement (2) gehalten wird.

3. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2) für das Beschichtungsmaterial teilweise durchlässig ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder zumindest eine ihrer Komponenten (2) wiederverwendbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2) als Bürstendichtung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (2) als Filz ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente zumindest teilweise aus Keramik-,

Metall-, Glas-, Aramid- oder Kunststofffasern bestehen.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen zylindrischen Querschnitt aufweisen.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern zumindest teilweise mit einer Schutzschicht beschichtet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckvorrichtung (1) und das Dichtelement (2) aus einem Material besteht, welches für das Vakuum bzw. für das Hoch- oder Ultrahochvakuum geeignet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (1) aus Metall, aus einer Metalllegierung, oder aus Kunststoff besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Hochtemperatur beständig ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckvorrichtung (1) mit dem Dichtelement (2) zumindest punktuell zusammen geheftet, gelötet, geschweißt, geklemmt, geklebt und/oder gebördelt sind.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (1) und das Dichtelement (2) mit einem Lot gelötet sind, welches für das Vakuum beziehungsweise für das Hoch- (HV) oder Ultrahochvakuum (UHV) geeignet ist.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Abdeckplatte (1) und das Dichtelement (2) mit einem Klebstoff geklebt sind, welcher für das Vakuum beziehungsweise für das Hoch- (HV) oder Ultrahochvakuum (UHV) geeignet ist.

16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur PVD- oder CVD-Beschichtung (Physical Vapor Deposition oder Chemical Vapor Deposition) oder zum thermischen Spritzen eines Bauteiles einer Strömungsmaschine.

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilgruppe durch eine Gruppe von äquidistanten Schaufeln einer Gasturbine ausgebildet ist.

18. Verwendung einer Vorrichtung nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilgruppe durch eine Gruppe von Schaufeln ausgebildet ist, die sich radial von einem Zentrum erstrecken und äquidistant zueinander angeordnet sind.