WO2026017396A1 - Kombidüse zum bestrahlen eines bauteils - Google Patents

Kombidüse zum bestrahlen eines bauteils

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WO2026017396A1
WO2026017396A1 PCT/EP2025/068575 EP2025068575W WO2026017396A1 WO 2026017396 A1 WO2026017396 A1 WO 2026017396A1 EP 2025068575 W EP2025068575 W EP 2025068575W WO 2026017396 A1 WO2026017396 A1 WO 2026017396A1
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Anian Goegelein
Günter Zenzinger
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MTU Aero Engines AG
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Definitions

  • the present invention relates to a combination nozzle for irradiating a component.
  • Machine components are frequently subjected to high mechanical and/or thermal stresses during their manufacture and operation. As a result of these stresses, the components can wear out, corrode, or develop cracks. Therefore, particularly in the field of turbomachinery, such as turbofan engines for aircraft, their components are subjected to non-destructive testing at prescribed intervals.
  • a common method for non-destructive testing is the so-called "penetrant testing.”
  • the component is first cleaned to remove contaminants that may have accumulated during operation, particularly from lubricating oils and greases (so-called “surface cleaning”).
  • a penetrant is then applied to the component's surface to make surface defects visible, such as cracks or cavities.
  • the penetrant adheres to these defects, for example, due to capillary action, making them clearly visible during subsequent visual inspection.
  • the surface can be cleaned to remove excess penetrant; at any defects, the penetrant will ooze out ("bleed”), making the defects clearly visible.
  • the penetrant test may also include a so-called "re-development.” where, after wiping, a developer is applied again, e.g. a non-aqueous wet developer or a developer powder.
  • the present invention is based on the technical problem of providing an advantageous device for irradiating a component.
  • an additive e.g., a solvent
  • a volumetric flow of dry ice particles is added to a volumetric flow of dry ice particles.
  • This can, for example, improve the abrasive cleaning effect, particularly on oily or greasy component surfaces.
  • the combination nozzle allows process parameters, such as the pressure of the volumetric flow and the contact time on the component surface, to be controlled or adjusted, which can be advantageous, for example, with regard to reproducibility.
  • the metering of the additive, especially the solvent, within the combination nozzle can also enable good process control and, for example, a robust design.
  • the combination nozzle can be particularly useful in the context of the penetrant test described above. For example, if the dry ice/solvent stream is used instead of a brush for "wiping" (see above), excessive removal of the previously applied penetrant—i.e., washing it out of defects, especially small cracks—can be prevented.
  • the increased reproducibility and objectivity can also be advantageous for automation, allowing component testing with reduced intervention or even entirely without human intervention.
  • the additive added to the dry ice or CO2 flow in the combination nozzle is preferably a solvent.
  • This solvent is particularly suitable for dissolving oils, especially for penetrant testing.
  • Suitable solvents include, for example, alcohols such as ethanol, n-butanol, isopropanol, and/or methanol (improving the cleaning effect of the CO2 particles, which then remove the compounds dissolved by the solvent).
  • the dispensing unit has an injection needle with a dispensing opening, which is arranged in the volumetric flow for dispensing the additive, in particular solvent, in a liquid state.
  • the injection needle has, for example, an outer diameter of at most 5 mm, preferably at most 3 mm, in the region of the dispensing opening, with possible lower limits (independent of this) of at least 0.5 mm or 1 mm.
  • the dispensing opening of the injection needle is positioned in the flow of liquid in such a way that, for example, the liquid solvent is dispensed into it, i.e., the area at the The dispensing opening is encapsulated by a flow of CO2 particles that absorbs the escaping liquid and transports it to the component surface.
  • the quantities dispensed, for example of the liquid solvent, into the flow can be in the microliter range.
  • the dispensing opening of the injection needle lies on a connecting line between the inlet and outlet openings of the mixing nozzle; it is thus arranged in the flow path.
  • This connecting line in particular the connecting straight line, passes through both the inlet and outlet openings of the mixing nozzle, preferably at their centers.
  • the inlet and outlet openings of the mixing nozzle can preferably be approximately the same size.
  • the injection needle is arranged at an acute angle with respect to a downstream direction of the volume flow relative to the line connecting the inlet and outlet openings of the mixing nozzle.
  • downstream here refers to the volume flow during the operating state of the combination nozzle.
  • the downstream direction thus means the direction of the volume flow that flows from the inlet opening through the internal volume of the mixing nozzle and towards its outlet opening; i.e., the outlet opening is located further downstream than the inlet opening of the mixing nozzle.
  • the combination nozzle further comprises an additional dispensing unit that also opens into the internal volume of the mixing nozzle.
  • an additional dispensing unit that also opens into the internal volume of the mixing nozzle.
  • the volume flow nozzle is configured in a further operating state to generate a volume flow of compressed air
  • the further output unit is configured in the further operating state to add a developer to the volume flow before it exits the outlet opening of the mixing nozzle.
  • the further dispensing unit comprises a spray device arranged in the volumetric flow for dispensing the developer in a liquid or solid state.
  • a spray device is understood here to be a nozzle that dispenses the solvent over a certain cross-section of the volumetric flow, preferably spraying it into the flow.
  • the further dispensing unit is thus arranged in the volumetric flow to spray the liquid or solid developer into the flow; thereby, the volumetric flow of CO2 particles passing the spray device absorbs the sprayed developer and transports it to the surface of component 1.
  • the invention also relates to a method for treating the surface of a component with a combination nozzle, in which the dry ice particles and the additive are dispensed as a combined jet from the combination nozzle onto the surface of the component.
  • the invention also relates to a method for testing a component using a penetrant test, in which i) a penetrant is applied to a surface of the component; and ii) the surface is optically detected; wherein the surface of the component is acted upon at least locally before and/or after step i).
  • the inventive action on the component surface can take place before the application of the penetrant in step i) and/or after the first optical detection in step ii); before step i) this is referred to as "surface cleaning" and after step ii) as "intermediate cleaning" (as an alternative to "wiping"). Surface cleaning removes any contaminants that may have accumulated during the manufacturing and/or operation of the component.
  • the intermediate cleaning takes place after the application of the penetrant and after the initial optical inspection of the component surface (i.e., after step ii) and is aimed at removing any excess penetrant from step i) from the surface without washing it out of small cracks or defects.
  • This intermediate cleaning is preferably carried out locally in areas where penetrant was still detected in step ii).
  • fluorescent penetrant testing is preferred, meaning a fluorescent penetrant is used.
  • this can then be made visible, for example, by UV irradiation, resulting in good luminance contrasts. Consequently, even relatively small defects where the penetrant has accumulated can be detected.
  • the penetrant can, for example, become deeply embedded in a defect or create increased contrast with the surrounding surface area.
  • the penetrant can be irradiated with UV radiation before intermediate cleaning, allowing the identification of those areas on the surface where penetrant is still present.
  • the subsequent intermediate cleaning then helps to differentiate between actual defects from which the penetrant is not removed by irradiation and residues that were not removed during the initial irradiation.
  • the compressed air volume flow and the penetrant can be dispensed with it in the continued operating state, allowing for (preferably local) re-development of specific component areas, e.g., particularly critical or difficult-to-detect areas. This enables further improved component testing and is also advantageous with regard to potential automation.
  • the surface is optically scanned again after re-development, i.e., a further optical inspection is carried out to assess the condition of the component.
  • the blasting process is robot-guided.
  • the combination nozzle from which the blasting media is dispensed can be guided along the surface by means of a robot arm. In this way, for example in combination with prior automated image acquisition and processing, those areas that need to be cleaned again or intermediately in order to differentiate between defects/penetrant residues can be specifically targeted.
  • the component tested or examined is, in a preferred embodiment, a component of a turbomachine; reference is also made to the remarks within the framework of the prior art assessment.
  • the components intended for arrangement in the gas duct such as impeller blades and duct plates, etc., can be subjected to special stresses, which is why the reliable detection of defects is of particular importance.
  • the component is additively manufactured. This means it can be built up layer by layer from a previously amorphous or shape-neutral material, for example, using a powder bed fusion process, based on a data model.
  • the surface can be complex, which, conversely, can promote penetrant residues during penetrant testing or necessitate a particularly high level of test accuracy. Therefore, the aforementioned advantages and the associated objectivity are particularly beneficial.
  • the invention also relates to a use of the combination nozzle described above in the method described above.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a turbofan engine, to illustrate an advantageous application environment
  • Figure 2 shows a combination nozzle in an operating state
  • Figure 3 shows a combination nozzle in another operating state
  • Figure 4 shows the process of an intrusion test in a flowchart
  • FIG. 5a-c shows selected steps in the penetrant testing according to Figure 4 in detail.
  • Fig. 1 shows a turbomachine 1, specifically a turbofan engine, in axial section.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into compressor 1a, combustion chamber 1b, and turbine 1c.
  • Both compressor 1a and turbine 1c are each constructed from several stages, each consisting of a guide vane and a subsequent rotor blade assembly.
  • compressor 1a the intake air is compressed and then combusted with added kerosene in the downstream combustion chamber 1b.
  • the component discussed below can be used in such a turbomachine 1; it could, for example, be a blade arranged in the compressor or hot gas channel (guide vane 5 or rotor blade 6), but it could also be a component installed elsewhere in the machine.
  • Fig. 2 shows a combination nozzle 50, which comprises a mixing nozzle 54, a volumetric flow nozzle 55, and a dispensing unit 56.
  • the mixing nozzle 54 defines an internal volume 54.3 located between an inlet opening 54.1 and an outlet opening 54.2.
  • the volumetric flow nozzle 55 opens through the inlet opening 54.1 into the internal volume 54.3 of the mixing nozzle 54 and is configured in an operating state ZI to generate a volumetric flow VS of dry ice particles A, which flows through the internal volume 54.3 of the mixing nozzle 54 in the downstream direction indicated by an arrow.
  • the volumetric flow VS is generated in the volumetric flow nozzle 55 from liquid CO2 40 and compressed air C.
  • a solvent B is added to the volume flow VS in the operating state ZI of the combination nozzle 50 via the dispensing unit 56, which also opens into the internal volume 54.3 of the mixing nozzle 54, before it exits the outlet opening 54.2.
  • the dispensing unit 56 has an injection needle 56.1 with an outlet opening 56.2 arranged in the volume flow VS. After exiting the outlet opening 54.2, the volume flow VS encounters a surface 30.1 of a component 30 to be tested (see Fig. 5a-c).
  • Fig. 3 shows a combination nozzle 50 in a further operating state Z2. In this state, the combination nozzle, compared to Fig. 2, also includes a further dispensing unit 57, which is configured to dispense a developer D.
  • the volumetric flow nozzle in the further operating state Z2, the volumetric flow nozzle generates a volumetric flow VS', which consists solely of compressed air C.
  • the further dispensing unit 57 is equipped with a spray device 57.1 and is arranged on the volumetric flow VS' such that the developer D is mixed with the volumetric flow VS' before it exits the dispensing opening 54.2.
  • Figure 4 illustrates a penetrant test 10 in a schematic flow diagram.
  • a penetrant 31 is applied to its surface 30.1 12.
  • the applied penetrant 31 is developed 13.
  • the surface 30.1 is optically scanned for the first time 14, whereby any detected defects are then treated by intermediate cleaning 15 with the volume flow VS.
  • the penetrant is then developed a second time 16 before the surface is optically scanned again 17. Steps 11 to 17 are referred to as the operating state ZI of the combination nozzle 50.
  • Steps 18 and 19 are thus referred to as the further operating state Z2 of the combination nozzle 50. As detailed in the introductory description, some of the steps are optional.
  • Fig. 5a illustrates the first irradiation 11 in a detailed view.
  • Fig. 5b shows the component 30 after the application 12 of the penetrant 31. As can be seen, the penetrant 31 was drawn into the two defects 32.1, 32.2 due to the capillary forces described above. In a cleaning step (e.g., spraying with solvent), the penetrant can be removed from the surface, then the first optical detection 14 takes place.
  • a cleaning step e.g., spraying with solvent
  • a subsequent intermediate cleaning step 15 is illustrated in Fig. 5c.
  • the surface 30.1 is blasted with the volume flow rate VS, thereby removing any remaining traces of the penetrant 31, as exemplified to the left of the defect 32.1, from the component surface 30.1.
  • the penetrant 31 located in the two defects 32.1, 32.2 is not washed out; thus, the defects 32.1, 32.2 can still be detected.
  • the combination nozzle 50 from which the volume flow VS, VS' is discharged, can be moved along the surface 30.1 guided by a robot arm 46.
  • the volume flow VS, VS' is discharged from the combination nozzle 50 in each instance.
  • Output unit 56 further output unit 57
  • Spray device (of the further dispensing unit) 57.1

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombidüse (50) zum Bestrahlen eines Bauteils mit einem Volumenstrom (VS) aus Trockeneispartikeln (A) und einem Zusatz, insbesondere Lösungsmittel (B), wobei die Kombidüse (50) eine Mischdüse (54), eine Volumenstromdüse (55) und eine Ausgabeeinheit (56) umfasst. Die Volumenstromdüse (55) und die Ausgabeeinheit (56) münden jeweils in ein Innenvolumen (54.3) der Mischdüse (54) und erzeugen den Volumenstrom (VS).

Description

KOMBIDÜSE ZUM BESTRAHLEN EINES BAUTEILS
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombidüse zum Bestrahlen eines Bauteils.
Stand der Technik
Maschinenbauteile bzw. -komponenten sind bei ihrer Herstellung und im Betrieb häufig hohen mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt. Infolge der Belastungen können die Bauteile verschleißen, korrodieren oder Risse entwickeln. Insbesondere im Bereich von Strömungsmaschinen, wie bspw. Mantelstromtriebwerken für Flugzeuge, werden deshalb deren Bauteile in vorgeschriebenen Intervallen einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen.
Ein gängiges Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung ist die sog. „Eindringprüfung“. Hierbei wird das Bauteil zunächst gereinigt, um bspw. während des Betriebs entstandene Verschmutzungen, insbesondere durch Schmieröle und -fette, zu entfernen (sog. „Oberflächenreinigung“). Anschließend wird ein Eindringmittel auf eine Bauteiloberfläche aufgebracht, um Fehlstellen in der Oberfläche sichtbar zu machen, z. B. Risse oder Lunker. Das Eindringmittel legt sich bspw. aufgrund der Kapillarkräfte in den Fehlstellen an, sodass diese bei einer anschließenden optischen Kontrolle gut sichtbar sind. Vor der optischen Prüfung kann die Oberfläche gereinigt werden, um überflüssiges Eindringmittel zu entfernen; an etwaigen Fehlstellen läuft das Eindringmittel aus diesen nach („ausbluten“), sodass die Fehlstellen gut sichtbar werden.
Zur Verbesserung der Erkennungsquote kann bspw. nach der ersten optischen Prüfung ein sog. „Nachwischen“ mit einem Pinsel an Stellen erfolgen, die bei der ersten optischen Prüfung auffällig waren. Eine echte Fehlstelle blutet dann nach. In einigen Fällen kann die Eindringprüfung zudem auch ein sog. „Nachentwickeln“ umfassen, bei dem nach dem Nachwischen nochmal ein Entwickler aufgebracht wird, bspw. ein nichtwässriger Nassentwickler oder ein Entwicklerpulver.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Bestrahlen eines Bauteils anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Kombidüse gemäß Anspruch 1 gelöst. In dieser wird einem Volumenstrom aus Trockeneispartikeln ein Zusatz zugesetzt, bspw. ein Lösungsmittel. Dies kann bspw. eine abrasive Reinigungswirkung, insbesondere öliger oder fettiger, Bauteiloberflächen verbessern. Die Kombidüse kann erlauben, Prozessparameter, wie bspw. einen Druck des Volumenstroms und eine Einwirkdauer auf der Bauteiloberfläche, zu kontrollieren bzw. einzustellen, was z. B. hinsichtlich der Reproduzierbarkeit von Vorteil sein kann. Das Zudosieren des Zusatzes, insbesondere Lösungsmittels, innerhalb der Kombidüse kann ebenfalls eine gute Prozesskontrolle und bspw. einen robusten Aufbau ermöglichen.
Bevorzugt kann eine Anwendung der Kombidüse im Rahmen einer eingangs geschilderten Eindringprüfung sein. Hierbei lässt sich, etwa wenn der Trockenei s/Lösungs- mittelstrom anstelle eines Pinsel zum „Nachwischen“ (siehe vorne) verwendet wird, bspw. einem übermäßigen Entfernen des zuvor aufgebrachten Eindringmittels, also einem Auswaschen aus den Fehlstellen vorbeugen, insbesondere aus kleinen Rissen. Die mit der erhöhten Reproduzierbarkeit einhergehende Objektivierung kann z. B. auch hinsichtlich einer Automatisierung von Vorteil sein, also eine Bauteilprüfung mit verringerten Eingriffen oder auch ganz ohne menschliche Eingriffe erlauben.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in der gesamten Offenbarung und insbesondere in den Ansprüchen, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird. Wird bspw. eine Eindringprüfung mit der Kombidüse beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines entsprechenden Verfahrens und einer entsprechenden Verwendung zu verstehen, und umgekehrt. Die Bestrahlung mit dem Volumenstrom aus Trockeneispartikeln, d.h. d Kohlenstoffdioxid (CO2)-Partikeln, kann eine schonende Reinigung der Oberfläche ohne CO2-Rückstände ermöglichen, da die CO2-Partikel innerhalb kurzer Zeit nach einem Auftreffen auf die Bauteiloberfläche sublimieren, d.h. direkt von einem festen in einen gasförmigen Aggregatzustand wechseln. Würde im Vergleich Sand oder Kunststoff als abrasives Medium verwendet, könnte die Oberfläche beschädigt werden oder könnten Verschmutzungen verbleiben, bspw. in Form von Sand- oder Kunststoffstaub.
Bezogen auf die Eindringprüfung haben die Erfinder insbesondere beim Nachwischen ein unerwünschtes Auswaschen beobachtet, wenn das Eindringmittel z. B. mit einem in Lösungsmittel getränkten Pinsel mechanisch abgetragen wird. Dieser händische Prozess lässt sich auch kaum automatisieren, und die Prozessparameter (z. B. Geschwindigkeit und Lösungsmittelmenge) hängen dann stark vom jeweiligen Prüfbeauftragten ab. Dabei kann ein partielles Auswaschen jedenfalls hinsichtlich der Vergleichbarkeit nachteilig sein.
Bei dem Zusatz, der dem Trockeneis- bzw. CO2- Volumenstrom in der Kombidüse zugegeben wird, handelt es sich bevorzugt um ein Lösungsmittel. Dieses „Lösungsmittel“ ist mit Blick auf Eindringprüfung vorzugsweise zum Lösen von Ölen geeignet. Als Lösungsmittel können z. B. Alkohole, wie Ethanol, n-Butanol, Isopropanol und/oder Methanol, in Frage kommen (verbesserte Reinigungswirkung der CO2- Partikel, diese tragen die vom Lösungsmittel angelösten Verbindungen dann ab).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ausgabeeinheit eine Injektionsnadel mit einer Ausgabeöffnung auf, die zur Ausgabe des Zusatzes, insbesondere Lösungsmittels, in einem flüssigen Aggregatzustand in dem Volumenstrom angeordnet ist. Die Injektionsnadel weist im Bereich der Ausgabeöffnung bspw. einen Au- ßendurdurchmesser von höchstens 5 mm, bevorzugt höchstens 3 mm auf, mit möglichen Untergrenzen (hiervon unabhängig) bei mindestens 0,5 mm oder 1 mm.
Die Ausgabeöffnung der Injektionsnadel ist derart in dem Volumenstrom angeordnet, dass z. B. das flüssige Lösungsmittel in diesen abgegeben wird, d.h. der an der Ausgabeöffnung vorbeiströmende Volumenstrom aus CO2- Partikeln die austretende Flüssigkeit in sich aufnimmt und zur Bauteiloberfläche transportiert. Hierbei können Abgabemengen, bspw. des flüssigen Lösungsmittels in den Volumenstrom, im Mikroliterbereich liegen.
In bevorzugter Ausgestaltung liegt die Ausgabeöffnung der Injektionsnadel der auf einer Verbindungslinie zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung der Mischdüse; sie ist also im Volumenstrom angeordnet. Diese Verbindungslinie, insbesondere Verbindungsgerade, durchsetzt sowohl die Eintritts- als auch die Austrittsöffnung der Mischdüse, bevorzugt jeweils mittig. Generell können die Eintritts- und Austrittsöffnungen der Mischdüse bevorzugt etwa gleich groß sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Injektionsnadel in einem spitzen Winkel bezogen auf eine stromabwärtige Richtung des Volumenstroms relativ der Verbindungslinie zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung der Mischdüse angeordnet. Der Begriff „ stromab wärtig“ bezieht sich hierbei auf den Volumenstrom im Betriebszustand der Kombidüse. Die stromabwärtige Richtung meint also die Richtung des Volumenstroms, der ausgehend von der Eintrittsöffnung durch das Innenvolumen der Mischdüse und zur deren Austrittsöffnung hin strömt; d.h. die Austrittsöffnung liegt weiter stromabwärts als die Eintrittsöffnung der Mischdüse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kombidüse ferner eine weitere Ausgabeeinheit, die ebenfalls in das Innenvolumen der Mischdüse mündet. Es sind also zwei Ausgabeeinheiten vorgesehen, die jeweils einen Zusatz in den Volumenstrom abgeben können.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Volumenstrom düse in einem weiteren Betriebszustand zur Erzeugung eines Volumenstroms aus Druckluft eingerichtet, wobei die weitere Ausgabeeinheit in dem weiteren Betriebszustand zur Zugabe eines Entwicklers zu dem Volumenstrom vor dessen Austritt aus der Austrittsöffnung der Mischdüse eingerichtet ist. In bevorzugter Ausgestaltung weist die weitere Ausgabeeinheit eine Sprühvorrichtung auf, die zur Ausgabe des Entwicklers in einem flüssigen oder festen Aggregatzustand in dem Volumenstrom angeordnet ist. Unter einer Sprühvorrichtung wird hierbei ein Düse verstanden, die das Lösungsmittel über einen gewissen Querschnitt des Volumenstroms abgibt, dieses bevorzugt in den Volumenstrom einsprüht. Vereinfacht gesagt ist die weitere Ausgabeeinheit also an dem Volumenstrom angeordnet, um den flüssigen oder festen Entwickler in den Volumenstrom einzusprühen; hierdurch nimmt der an der Sprühvorrichtung vorbeiströmende Volumenstrom aus CO2- Partikeln den eingesprühten Entwickler in sich auf und transportiert diesen zur B autei 1 ob erfl äche .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einwirken auf eine Oberfläche eines Bauteils mit einer Kombidüse, bei welchem die Trockeneispartikel und der Zusatz als gemeinsamer Strahl aus der Kombidüse auf die Oberfläche des Bauteils ausgeben werden. Insgesamt sind hierdurch weniger Werkzeuge bzw. Sprühdüsen erforderlich, und es können mehrere Arbeits schritte ohne Werkzeugwechsel oder etwaige Umbauten angepasst werden, was insbesondere hinsichtlich der Automatisierung vorteilhaft ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Prüfen eines Bauteils mit einer Eindringprüfung, bei welchem i) ein Eindringmittel auf eine Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird; und ii) die Oberfläche optisch erfasst wird; wobei auf die Oberfläche des Bauteils vor und/oder nach Schritt i) mit dem vorgenannten Verfahren zumindest lokal eingewirkt wird. Das erfindungsgemäße Einwirken auf die Bauteiloberfläche kann vor dem Aufbringen des Eindringmittels in Schritt i) und/oder nach dem ersten optischen Erfassen in Schritt ii) erfolgen; vor Schritt i) wird dies als „Oberflächenreinigung“ und nach Schritt ii) als „Zwischenreinigung“ (als Alternative zum „Wischen“) bezeichnet. Bei der Oberflächenreinigung werden etwaige durch Herstellung und/oder Betrieb des Bauteils entstandene Verschmutzungen von dessen Oberfläche entfernt. Hierfür werden diese Verschmutzungen zunächst durch das im Volumenstrom vorhandene Lösungsmittel (an-)gelöst und anschließend durch einen mechanischen Reinigungseffekt der auftreffenden CO2-Partikel von der Bauteiloberfläche entfernt. Die Oberflächenreinigung dient einer ersten Reinigung, d.h. einer Entfernung von auf der Bauteiloberfläche vorhandenen Verschmutzungen, was hinsichtlich der nachfolgenden optischen Erfassung der Oberfläche zu besseren Ergebnissen führen kann.
Die Zwischenreinigung hingegen erfolgt nach dem Aufbringen des Eindringmittels sowie nach der ersten optischen Erfassung der Bauteiloberfläche (d.h. nach Schritt ii) und ist darauf gerichtet, etwaiges überschüssiges Eindringmittel aus Schritt i) von der Oberfläche abzutragen, ohne dieses aus kleineren Rissen oder Fehlstellen auszuwaschen. Bevorzugt erfolgt diese Zwischenreinigung lokal in Bereichen, in denen in Schritt ii) noch Eindringmittel erkannt wurde.
Generell ist die Eindringprüfung bevorzugt eine fluoreszierende Eindringprüfung (FPI), ist also ein fluoreszierendes Eindringmittel vorgesehen. Bei der optischen Erfassung kann dieses dann z. B. durch eine UV-Bestrahlung sichtbar gemacht werden, womit sich gute Leuchtdichtekontraste erreichen lassen. Im Ergebnis können damit auch relativ kleine Fehlstellen, in denen sich das Eindringmittel angelagert hat, sichtbar gemacht werden.
Generell gibt es bevorzugt mindestens einen Entwicklungsschritt, in dem das Eindringmittel entwickelt wird. Im Zuge dessen kann sich das Eindringmittel bspw. vertieft in einer Fehlstelle anlagern bzw. kann ein erhöhter Kontrast zum umgebenden Oberflächenbereich geschaffen werden. Im Falle eines fluoreszierenden Eindringmittels kann dieses vor der Zwischenreinigung bspw. mit UV-Strahlung bestrahlt werden und es können so jene Stellen der Oberfläche identifiziert werden, an denen noch Eindringmittel vorhanden ist. Die anschließende Zwischenreinigung hilft dann zu differenzieren, ob es sich um tatsächliche Fehlstellen, aus denen das Eindringmittel beim Strahlen nicht abgetragen wird, oder um beim ersten Bestrahlen nicht entfernte Rückstände handelt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gibt es jedenfalls einen weiteren Betriebszustand, bei welchem iii) die Oberfläche nach dem optischen Erfassen durch Strahlen der Oberfläche mit einem Volumenstrom aus Druckluft und einem Entwickler nachentwickelt wird.
Es kann also ohne etwaige Umbauten an der Kombidüse in dem weiteren Betriebszustand der Druckluft- Volumenstrom und das Eindringmittel mit diesem ausgegeben werden, sodass ein (bevorzugt lokales) Nachentwickeln bestimmter, bspw. besonders kritischer oder schwer zu erkennender, Bauteilbereiche erfolgen kann. Dies ermöglicht eine zusätzlich verbesserte Bauteilprüfung und ist zudem auch hinsichtlich einer etwaigen Automatisierung vorteilhaft.
In bevorzugter Ausgestaltung wird iv) die Oberfläche nach dem Nachentwickeln erneut optisch erfasst, d.h. es erfolgt eine weitere optische Prüfung zur Beurteilung eines Bauteilzustands.
Wie eingangs erwähnt, richtet sich der vorliegende Gegenstand insbesondere auf eine Automatisierung, weswegen das Strahlen in bevorzugter Ausgestaltung robotergeführt erfolgt. So kann bspw. die Kombidüse, aus der das Strahlgut ausgegeben wird, mit Hilfe eines Roboterarms entlang der Oberfläche geführt werden. Dabei können, bspw. kombiniert mit einer vorhergehenden automatisierten Bilderfassung und -Verarbeitung, gezielt jene Stellen angefahren werden, die zur Unterscheidung von Fehl- stellen/Eindringmittel-Rückständen erneut gereinigt bzw. zwischengereinigt werden sollen.
Bei dem geprüften bzw. untersuchten Bauteil handelt es sich in bevorzugter Ausgestaltung um ein Bauteil einer Strömungsmaschine, es wird auch auf die Anmerkungen im Rahmen der Stand-der-Technik-Würdigung verwiesen. Insbesondere die zum Anordnen im Gaskanal vorgesehenen Bauteile, wie z. B. Schaufelblätter und Kanalplatten etc., können besonderen Belastungen ausgesetzt sein, weswegen der zuverlässigen Detektion von Fehlstellen eine besondere Bedeutung beikommt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Bauteil um ein generativ hergestelltes Bauteil. Dieses kann also bspw. anhand eines Datenmodells Schicht für Schicht aus einem zuvor formlosen oder formneutralen Stoff aufgebaut sein, etwa in einem Pulverbettverfahren. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus kann die Oberfläche komplex sein, was umgekehrt bei der Eindringprüfung Rückstände von Eindringmittel begünstigen bzw. eine besondere Güte des Prüfungsergebnisses erfordern kann. Deshalb kommen die eingangs erwähnten Vorteile und die damit einhergehende Objektivierung vorteilhaft zum Tragen.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der eingangs erläuterten Kombidüse in dem vorstehend geschilderten Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 in schematischer Darstellung ein Mantelstromtriebwerk, zur Illustration eines vorteilhaften Anwendungsumfelds;
Figur 2 eine Kombidüse in einem Betriebszustand;
Figur 3 eine Kombidüse in einem weiteren Betriebszustand;
Figur 4 den Ablauf einer Eindringprüfung in einem Ablaufdiagramm;
Figur 5a-c ausgewählte Schritte bei der Eindringprüfung gemäß Figur 4 in einer Detaildarstellung. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem Axialschnitt. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter la, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Sowohl der Verdichter la als auch die Turbine 1c sind jeweils aus mehreren Stufen aufgeb aut, jede der Stufen setzt sich aus einem Leit- und einem darauf folgenden Laufschaufelkranz zusammen. Im Verdichter la wird die angesaugte Luft komprimiert, sie wird dann in der nachgelagerten Brennkammer 1b mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das nachstehend diskutierte Bauteil kann insbesondere zur Anwendung in einer solchen Strömungsmaschine 1 vorgesehen sein, es kann sich bspw. um eine dann im Verdichter- oder Heißgaskanal angeordnete Schaufel handeln (Leitschaufel 5 oder Laufschaufel 6), aber auch um ein anderweitig in der Maschine verbautes Bauteil.
Fig. 2 zeigt eine Kombidüse 50, diese umfasst eine Mischdüse 54, eine Volumenstromdüse 55 und eine Ausgabeeinheit 56. Die Mischdüse 54 begrenzt ein zwischen einer Eintrittsöffnung 54.1 und einer Austrittsöffnung 54.2 gelegenes Innenvolumen 54.3. Die Volumenstrom düse 55 mündet durch die Eintrittsöffnung 54.1 in das Innenvolumen 54.3 der Mischdüse 54 und ist in einem Betriebszustand ZI zur Erzeugung eines Volumenstroms VS aus Trockeneispartikeln A eingerichtet, welcher in der durch einen Pfeil angedeuteten stromabwärtigen Richtung durch das Innenvolumen 54.3 der Mischdüse 54 strömt. Der Volumenstrom VS entsteht in der Volumenstromdüse 55 aus flüssigem CO2 40 und Druckluft C.
Über die Ausgabeeinheit 56, welche ebenfalls in das Innenvolumen 54.3 der Mischdüse 54 mündet, wird dem Volumenstrom VS in dem Betriebszustand ZI der Kombidüse 50 vor dessen Austritt aus der Austrittsöffnung 54.2 ein Lösungsmittel B zugegeben. Hierfür hat die Ausgabeeinheit 56 eine Injektionsnadel 56.1 mit einer in dem Volumenstrom VS angeordneten Ausgabeöffnung 56.2. Der Volumenstrom VS trifft nach seinem Austritt aus der Austrittsöffnung 54.2 auf eine Oberfläche 30.1 eines zu prüfenden Bauteils 30 (siehe Fig. 5a-c). Fig. 3 zeigt eine Kombidüse 50 in einem weiteren Betriebszustand Z2. Hierfür umfasst die Kombidüse gegenüber Fig. 2 ferner eine weitere Ausgabeeinheit 57, welche zur Ausgabe eines Entwicklers D eingerichtet ist. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, erzeugt die Volumenstrom düse in dem weiteren Betriebszustand Z2 einen Volumenstrom VS‘, welcher lediglich aus Druckluft C besteht. In der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung ist die weitere Ausgabeeinheit 57 mit einer Sprühvorrichtung 57.1 ausgestattet und derart an dem Volumenstrom VS‘ angeordnet, dass der Entwickler D vor dem Austritt des Volumenstroms VS‘ aus der Ausgabeöffnung 54.2 mit diesem vermischt wird.
Fig- 4 illustriert eine Eindringprüfung 10 in einem schematischen Ablaufdiagramm. Nach einem optionalen ersten Bestrahlen 11 der Oberfläche 30.1 des Bauteils 30 mit dem Volumenstrom VS aus Trockeneispartikeln A und dem Lösungsmittel B wird ein Eindringmittel 31 auf dessen Oberfläche 30.1 aufgebracht 12. Das aufgebrachte Eindringmittel 31 wird entwickelt 13. Anschließend wird die Oberfläche 30.1 ein erstes Mal optisch erfasst 14, wobei detektierte Fehlstellen anschließend durch die Zwischenreinigung 15 mit dem Volumenstrom VS nachbehandelt werden. Danach wird das Eindringmittel ein weiteres Mal entwickelt 16, bevor die Oberfläche erneut optisch erfasst wird 17. Schritte 11 bis 17 werden als der Betriebszustand ZI der Kombidüse 50 bezeichnet.
Anschließend wird die Oberfläche 30.1 durch Strahlen der Oberfläche 30.1 mit einem Volumenstrom VS‘ aus Druckluft C und einem Entwickler D nachentwickelt 18 und erneut optisch geprüft 19. Schritte 18 und 19 werden also als der weitere Betriebszustand Z2 der Kombidüse 50 bezeichnet. Wie sich aus der Beschreibungseinleitung im Einzelnen ergibt, sind einige der Schritte optional.
Fig. 5a illustriert das erste Bestrahlen 11 in einer Detailansicht. Der Volumenstrom VS beinhaltend die CO2-Partikel A und das Lösungsmittel B, in diesem Beispiel Ethanol, trifft auf etwaige auf der zu untersuchenden Oberfläche 30.1 des Bauteils 30 vorhandene Verschmutzungen 35 und löst diese. Fig. 5b zeigt das Bauteil 30 nach dem Aufbringen 12 des Eindringmittels 31. Wie zu erkennen ist, wurde das Eindringmittel 31 aufgrund der zuvor beschriebenen Kapillarkräfte in die beiden Fehlstellen 32.1, 32.2 gezogen. In einem Reinigungsschritt (z. B. Besprühen mit Lösungsmittel) kann das Eindringmittel von der Oberfläche ent- fernt werden, dann erfolgt die erste optische Erfassung 14.
Eine nachfolgende Zwischenreinigung 15 ist in Fig. 5c illustriert. Die Oberfläche 30.1 wird hierbei mit dem Volumenstrom VS gestrahlt, wodurch verbleibende Reste des Eindringmittels 31, wie links der Fehlstelle 32.1 exemplarisch dargestellt, von der Bauteiloberfläche 30.1 gelöst werden. Umgekehrt wird aufgrund der gewählten Partikelgröße das in den beiden Fehlstellen 32.1, 32.2 angeordnete Eindringmittel 31 jedoch nicht ausgewaschen; es können die Fehlstellen 32.1, 32.2 also weiterhin de- tektiert werden.
Beim Bestrahlen 11 und der Zwischenreinigung 15 des Betriebszustands ZI und/oder dem Bestrahlen 17 des weiteren Betriebszustands Z2 kann die Kombidüse 50, an welcher der Volumenstrom VS, VS‘ ausgegeben wird, von einem Roboterarm 46 geführt entlang der Oberfläche 30.1 bewegt werden. Dabei wird der Volumenstrom VS, VS‘ jeweils aus der Kombidüse 50 ausgegeben.
BEZUGSZEICHENLISTE
Strömungsmaschine 1
Verdichter la
Brennkammer lb
Turbine 1c
Leitschaufel 5
Lauf schaufel 6
Eindringprüfung 10
Bestrahlen (erstes, flächig) 11
Aufbringen des Eindringmittels 12
Erstmalige Entwicklung des Eindringmittels 13
Optische Erfassung der Oberfläche (erste) 14
Zwi schenreinigung 15
Weitere Entwicklung des Eindringmittels 16
Optische Erfassung der Oberfläche (zweite) 17
Bestrahlen (erneutes, lokal) 18
Optische Erfassung der Oberfläche (dritte) 19
Bauteil 30
Zu untersuchende Ob erfl äche 30.1
Eindringmittel 31
Fehlstellen 32.1, 32.2
V erschmutzung 35 flüssiges C02 40
Volumenstrom VS, VS‘
Kombidüse 50
Mischdüse 54
Eintrittsöffnung (der Mischdüse) 54.1
Austrittsöffnung (der Mischdüse) 54.2
Innenvolumen (der Mischdüse) 54.3
Volumenstrom düse 55
Ausgabeeinheit 56 weitere Ausgabeeinheit 57
Sprühvorrichtung (der weiteren Ausgabeeinheit) 57.1
Injektionsnadel (der weiteren Ausgabeeinheit) 57.2
Ausgabeöffnung (der Injektionsnadel der weiteren Ausgabeeinheit) 57.3 Trockeneispartikel A
Lösungsmittel B
Druckluft C
Entwickler D

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kombidüse (50), die zumindest in einem Betriebszustand (ZI) zum Bestrahlen eines Bauteils mit einem Volumenstrom (VS) aus Trockeneispartikeln (A) und einem Zusatz, insbesondere Lösungsmittel (B), eingerichtet ist, umfassend: eine Mischdüse (54), die ein zwischen einer Eintrittsöffnung (54.1) und einer Austrittsöffnung (54.2) gelegenes Innenvolumen (54.3) begrenzt; eine Volumenstrom düse (55), die durch die Eintrittsöffnung (54.1) in das Innenvolumen (54.3) der Mischdüse (54) mündet und in dem Betriebszustand (ZI) zur Erzeugung des Volumenstroms (VS) aus den Trockeneispartikeln (A) eingerichtet ist; und eine Ausgabeeinheit (56), die ebenfalls in das Innenvolumen (54.3) der Mischdüse (54) mündet und in dem Betriebszustand (ZI) zur Zugabe des Zusatzes zu dem Volumenstrom (VS) vor dessen Austritt aus der Austrittsöffnung (54.2) der Mischdüse (54) eingerichtet ist.
2. Kombidüse (50) nach Anspruch 1, bei welcher die Ausgabeeinheit (56) eine Injektionsnadel (56.1) mit einer Ausgabeöffnung (56.2) aufweist, die zur Ausgabe des Zusatzes in einem flüssigen Aggregatzustand in dem Volumenstrom (VS) angeordnet ist.
3. Kombidüse (50) nach Anspruch 2, bei welcher die Ausgabeöffnung (56.2) der Injektionsnadel (56.1) auf einer Verbindungslinie zwischen der Eintrittsöffnung (54.1) und der Austrittsöffnung (54.2) der Mischdüse (54) liegt.
4. Kombidüse (50) nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die Injektionsnadel (56.1) in einem spitzen Winkel bezogen auf eine stromabwärtige Richtung des Volumenstroms (VS) relativ zu einer/der Verbindungslinie zwischen der Eintrittsöffnung (54.1) der Mischdüse (54) und der Austrittsöffnung (54.2) der Mischdüse (54) angeordnet ist.
5. Kombidüse (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine weitere Ausgabeeinheit (57), die ebenfalls in das Innenvolumen (54.3) der Mischdüse (54) mündet.
6. Kombidüse (50) nach Anspruch 5, bei welcher die Volumenstrom düse (55) in einem weiteren Betriebszustand (Z2) zur Erzeugung eines Volumenstroms (VS‘) aus Druckluft (C) eingerichtet ist, wobei die weitere Ausgabeeinheit (57) in dem weiteren Betriebszustand (Z2) zur Zugabe eines Entwicklers (D) zu dem Volumenstrom (VS‘) vor dessen Austritt aus der Austrittsöffnung (54.2) der Mischdüse (54) eingerichtet ist.
7. Kombidüse (50) nach Anspruch 6, bei welcher die weitere Ausgabeeinheit (57) eine Sprühvorrichtung (57.1) aufweist, die zur Ausgabe des Entwicklers (D) in einem flüssigen oder festen Aggregatzustand in dem Volumenstrom (VS‘) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Einwirken auf eine Oberfläche (30.1) eines Bauteils (30) mit einer Kombidüse (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem in dem Betriebszustand (ZI) die Trockeneispartikel (A) und der Zusatz, insbesondere das Lösungsmittel (B), als gemeinsamer Strahl aus der Kombidüse (50) auf die Oberfläche (30.1) des Bauteils (39) ausgeben werden.
9. Verfahren zum Prüfen eines Bauteils (30) mit einer Eindringprüfung (10), bei welchem: i) ein Eindringmittel (31) auf eine Oberfläche (30.1) des Bauteils (30) aufgebracht wird (12); und ii) die Oberfläche (30.1) optisch erfasst wird (17); wobei auf die Oberfläche (30.1) des Bauteils (30) vor und/oder nach Schritt i) mit einem Verfahren nach Anspruch 11 zumindest lokal eingewirkt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem in einem weiteren Betriebszustand (Z2): iii) die Oberfläche (30.1) nach dem optischen Erfassen (17) durch Strahlen der Oberfläche (30.1) mit einem aus der Kombidüse (50) ausgege- benen Volumenstrom (VS‘) aus Druckluft (C) und einem Entwickler (D) nachentwickelt (17) wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem: iv) die Oberfläche (30.1) nach dem Nachentwickeln (17) erneut optisch erfasst wird (18).
12. Verwendung einer Kombidüse (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Bestrahlen eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
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