EP1129224B1 - Verfharen und behandlungseinrichtung zum abkühlen von hocherwärmten metallbauteilen - Google Patents

Verfharen und behandlungseinrichtung zum abkühlen von hocherwärmten metallbauteilen Download PDF

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EP1129224B1
EP1129224B1 EP99959191A EP99959191A EP1129224B1 EP 1129224 B1 EP1129224 B1 EP 1129224B1 EP 99959191 A EP99959191 A EP 99959191A EP 99959191 A EP99959191 A EP 99959191A EP 1129224 B1 EP1129224 B1 EP 1129224B1
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    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof

Definitions

  • Pre-process heating is often required to the metal components then provided with a coating, for example to be able to.
  • the heating of the metal components and their coating usually take place in a completed Chamber, often in a vacuum chamber.
  • After treating the Metal components must be cooled, which is why offers to open the chamber easily and the metal components thereby exposing to the ambient temperature. This will, however an uncontrolled thermal shock applied to the metal components, which is why it seems advisable to place the components in the chamber with an inert cooling gas, often called quench gas is referred to cool by the chamber with the inert Cooling gas is flooded.
  • EP-A-0 119 186 and FR-A-5 766 95 describe a method for cooling highly heated ones targeted metal components in the areas of the metal components according to the size of their mass are acted upon with an inert cooling gas to such an extent that a uniform Cooling of the entire metal component occurs.
  • a treatment device for cooling metal components is further out DE-A-1 274 151 and DE-C-3 405 244 are known.
  • the invention has for its object a method for Cooling of metal components heated up in a chamber to propose, regardless of the design of the metal components even cooling of the whole Metal component can be reached.
  • the invention is based on a method for cooling metal components that have been heated up in a chamber from in the chamber with the highly heated
  • An inert cooling gas is introduced into metal components, and Areas of metal components specifically so different according to the size of their mass are heavily charged with the inert cooling gas, that even cooling of the entire metal component entry provides according to the invention that the areas of metal components with relatively large Mass to be provided with enclosures and the enclosures of areas of different sizes for be individually charged with the inert cooling gas.
  • metal components are not just that pure metal components but also coated metal components, how to understand ceramic metal components.
  • the different levels of exposure to the individual areas of the metal components to be treated with the inert Cooling gas can be carried out in different ways; for example it is possible through a targeted attachment of more or less gas supply nozzles for the inert cooling gas near the individual areas of the metal components a different amount of exposure to the cooling gas to reach.
  • the housings can be compared with Realize little effort, especially if you at the same time to hold the metal components in the chamber be used.
  • metal components can be very different design and different Cool mass distribution.
  • Metal components are advantageously foot and Provide the top plate of the gas turbine blades with housings, because these parts compared to what lies between them Blade of the turbine blade has a relatively large mass exhibit.
  • the method according to the invention also offers the advantageous one Possibility of customizing the metal components on the inside to act with the inert cooling gas, whereby a uniform Cooling of the component is also promoted.
  • the invention is also based on the object of a treatment device for cooling metal components with a to propose the chamber containing metal components with which constructively and technically proportionate even cooling of the metal components with little effort can be achieved.
  • the solution to this problem is in a treatment facility for cooling metal components with the metal components receiving chamber seen with a reservoir for an inert cooling gas, wherein the metal component has at least two areas, in the invention the chamber has at least two housings, the chamber for areas of the Metal component, which is a relative to other areas of the metal component have a large mass, each has a separate housing, every enclosure is provided with an inlet opening, and the inlet openings are individually connected to the reservoir.
  • a major advantage of the treatment device according to the invention is that this is relatively simple can be produced because - usually existing facilities with chamber - only additionally with housings for the metal components with connections of their inlet openings are to be provided.
  • the treatment device 1 shown has a chamber 2, preferably a vacuum chamber, in which, with additional devices, for the sake of clarity in the FIG. Not shown, a metal component 3 is highly heated, for example, has been heated to 1100 ° C to carry out a coating.
  • the housing 4 is an inlet opening 9 with a inert cooling gas filled in the direction of arrow 10 a gas supply control device 11 and a tube 12 in the housing 4 streams.
  • a pipe 16 and an inlet opening 17 in the housing 6 this also filled with the intertening cooling gas that is not over shown column on the edge of the further housing 6 - as in the case of 4 - in the interior of the chamber 2 can flow out.
  • each enclosure 4 or 6 via a gas supply control device 11 or 15 can be supplied individually with the cooling gas, it is possible to make each enclosure 4 or 6 as strong by itself with inert cooling gas, as is the case with regard to the masses of the areas surrounded by housings 4 and 6 5 or 7 of the metal component 3 to achieve a uniform Cooling is required. If you also take into account caused by the inert gas in chamber 2 Cooling of the area 8 of the metal component 3, then by operating the gas supply control devices accordingly 11 and 15 achieve that the metal component 3 itself cools evenly overall.

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Description

Im Zuge der Herstellung von Metallbauteilen, insbesondere von mechanisch und thermisch hochbelasteten Metallbauteilen, ist häufig eine Vorprozeßerwärmung erforderlich, um die Metallbauteile danach beispielsweise mit einer Beschichtung versehen zu können. Das Erwärmen der Metallbauteile und ihre Beschichtung erfolgen in der Regel in einer abgeschlossenen Kammer, häufig in einer Vakuumkammer. Nach der Behandlung der Metallbauteile müssen diese abgekühlt werden, wozu es sich anbietet, die Kammer einfach zu öffnen und die Metallbauteile damit der Umgebungstemperatur auszusetzen. Dadurch wird aber ein unkontrollierter Thermoschock auf die Metallbauteile ausgeübt, weshalb es ratsam erscheint, die Bauteile in der Kammer mit einem inerten Kühlgas, das häufig auch als Quenchgas bezeichnet wird, abzukühlen, indem die Kammer mit dem inerten Kühlgas geflutet wird.
EP-A-0 119 186 und FR-A-5 766 95 verchreiben ein Verfahren zum Abkühlen von hocherwärmten metallbauteilen bei dem Bereiche der Metallbauteile entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit einem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintriff.
Eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von metallbauteilen ist weiter aus DE-A-1 274 151 und DE-C-3 405 244 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen vorzuschlagen, mit dem sich unabhängig von der Ausgestaltung der Metallbauteile eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils erreichen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen aus, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird, und Bereiche der Metallbauteile entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintritt sieht erfindungsgemäß vor, daß die Bereiche der Metallbauteile mit relativ großer Masse mit Einhäusungen versehen werden und die Einhäusungen von Bereichen mit unterschiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden. Unter Metallbauteilen sind dabei nicht nur reine Metallbauteile sondern auch beschichtete Metallbauteile, wie Keramik-Metallbauteile zu verstehen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die gezielte Zuführung von inertem Kühlgas zu den Bereichen der Metallbauteile entsprechend ihrer Massenkonzentration eine Reduktion von Thermospannungen in dem jeweiligen Metallbauteil beim Abkühlungsvorgang erreicht wird. Dadurch lassen sich auch sehr komplex mit sehr unterschiedlicher Masseverteilung gestaltete Bauteile verhältnismäßig schnell unter Vermeidung von Thermospannungen abkühlen, wodurch auch eine bessere Ausnutzung von zur Durchführung des Verfahrens benötigten Behandlungseinrichtungen erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die gezielte Abkühlung einzelner Bereiche insgesamt eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintritt, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren gut und einfach in ein umfassendes Verfahren mit beispielsweise einer weiteren Wärmebehandlung integrieren läßt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die unterschiedlich starke Beaufschlagung der einzelnen Bereiche der zu behandelnden Metallbauteile mit dem inerten Kühlgas in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden; beispielsweise ist es möglich, durch eine gezielte Anbringung von mehr oder weniger Gaszuführungsdüsen für das inerte Kühlgas in der Nähe der einzelnen Bereiche der Metallbauteile eine unterschiedlich starke Beaufschlagung mit dem Kühlgas zu erreichen. Die Einhäusungen lassen sich mit verhältnismä-ßig wenig Aufwand realisieren, insbesondere dann, wenn sie gleichzeitig zur Halterung der Metallbauteile in der Kammer verwendet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Metallbau-teile sehr unterschiedlicher Ausgestaltung und unterschiedlicher Massenverteilung kühlen. Bei Gasturbinenschaufeln darstellenden Metallbauteilen werden vorteilhafterweise Fuß und Kopfplatte der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen versehen, da diese Teile im Vergleich zu dem zwischen ihnen liegenden Blatt der Turbinenschaufel eine relativ große Masse aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner die vorteilhafte Möglichkeit, die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem inerten Kühlgas zu beaufschlagen, wodurch ein gleichmäßiges Abkühlen des Bauteils zusätzlich gefördert wird.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer vorzuschlagen, mit der sich mit konstruktiv und herstellungstechnisch verhältnismäßig geringen Aufwand eine gleichmäßige Abkühlung der Metallbauteile erreichen läßt.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in einer Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer gesehen, die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist, wobei das Metallbauteil zumindest zwei Bereiche aufweist, bei der erfindungsgemäß die Kammer zumindest zwei Einhäusungen aufweist, die Kammer für Bereiche des Metallbauteils, die im vergleich zu anderen Bereichen der Metallbauteils eine relativ große Masse aufweisen, jeweils eine separate Einhausung aufweist, jede Einhausung mit einer Einlaßöffnung versehen ist, und die Einlaßöffnungen für sich mit dem Reservoir verbunden sind.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtung besteht darin, daß diese verhältnismäßig einfach herstellbar ist, weil -in der Regel bereits vorhandene Einrichtungen mit Kammer - lediglich zusätzlich mit Einhäusungen für die Metallbauteile mit Anschlüssen ihrer Einlaßöffnungen zu versehen sind.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in den Verbindungen zwischen den Einlaßöffnungen und dem Reservoir Gaszuführungsregeleinrichtungen vorhanden sind.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen dargestellt.
Die dargestellte Behandlungseinrichtung 1 weist eine Kammer 2, vorzugsweise eine Vakuumkammer, auf, in der mit Zusatzeinrichtungen, die der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt sind, ein Metallbauteil 3 hocherwärmt, beispielsweise bis auf 1100°C erwärmt worden ist, um eine Beschichtung durchzuführen.
Zum Abkühlen des Metallbauteiles 3 wird dieses beispielsweise über nicht dargestellte Manipulatoren mit einer Einhäusung 4 an einem Bereich 5 und mit einer weiteren Einhäusung 6 an einem weiteren Bereich 7 umgeben. Handelt es sich bei dem Bauteil 3 beispielsweise um eine Gasturbinenschaufel, dann bildet der Bereich 5 den Fuß und der Bereich 7 die Kopfplatte der Turbinenschaufel; zwischen dem Fuß 5 und der Kopfplatte 7 erstreckt im Falle einer Gasturbinenschaufel das Blatt 8. Sowohl der Bereich 5 bzw. der Fuß einer Gasturbinenschaufel als auch der Bereich 7 bzw. die Kopfplatte einer Gasturbinenschaufel haben im Vergleich zu dem dazwischen liegenden Bereich 8 bzw. dem Blatt relativ große Massen und sind deshalb mit den Einhäusungen 4 und 6 versehen.
Die Einhäusung 4 wird über eine Einlaßöffnung 9 mit einem inerten Kühlgas gefüllt, das in Richtung des Pfeiles 10 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 und ein Rohr 12 in die-Einhäusung 4 strömt.
Über eine weitere Gaszuführungsregeleinrichtung 15, ein Rohr 16 und eine Einlaßöffnung 17 in der Einhäusung 6 wird diese ebenfalls mit dem interten Kühlgas gefüllt, das über nicht dargestellte Spalte am Rande der weiteren Einhausung 6 - ebenso wie bei der Einhausung 4 - in den Innenraum der Kammer 2 ausströmen kann.
Mittels einer nicht dargestellten, geregelten Gasabsaugeinrichtung kann der Durchsatz an inertem Kühlgas durch die Kammer 2 geregelt werden.
Da bei der dargestellten Behandlungseinrichtung 1 jede Einhausung 4 bzw. 6 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 bzw. 15 individuell mit dem Kühlgas beaufschlagt werden kann, ist es möglich, jede Einhausung 4 bzw. 6 für sich so stark mit inertem Kühlgas zu beaufschlagen, wie es im Hinblick auf die Massen der von den Einhäusungen 4 und 6 umgebenen Bereiche 5 bzw. 7 des Metallbauteils 3 zum Erreichen einer gleichmäßigen Abkühlung erforderlich ist. Berücksichtigt man zusätzlich das durch das inerte Gas in der Kammer 2 bewirkte Abkühlen des Bereichs 8 des Metallbauteils 3, dann läßt sich durch entsprechendes Betätigen der Gaszuführungsregeleinrichtungen 11 und 15 erreichen, daß das Metallbauteil 3 sich insgesamt gleichmäßig abkühlt.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird, und Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils (3) eintritt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) mit relativ großer Masse mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden und
    die Einhäusungen (4, 6) von Bereichen (5, 7) mit unterschiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    bei Gasturbinenschaufeln (3) darstellenden Metallbauteilen Fuß- (5) und Kopfplatte (7) der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden.
  3. Verfahren nach Ansprüche1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden.
  4. Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer,
    die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist,
    wobei das Metallbauteil zumindest zwei Bereiche aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) zumindest zwei Einhäusungen (4, 6) aufweist,
    dass die Kammer (2) für Bereiche (5, 7) des Metallbauteils (3), die im Vergleich zu anderen Bereichen des Metallbauteils (3) eine relativ große Masse aufweisen, jeweils eine separate Einhausung (4, 6) aufweist,
    dass jede Einhausung (4, 6) mit einer Einlassöffnung (9, 17) versehen ist, und
    dass die Einlassöffnungen (9, 17) für sich mit dem Reservoir verbunden sind.
  5. Behandlungseinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in den Verbindungen zwischen den Einlaßöffnungen (9, 17) und dem Reservoir Gaszuführungsregeleinrichtungen (11, 15) vorhanden sind.
EP99959191A 1998-09-30 1999-09-30 Verfharen und behandlungseinrichtung zum abkühlen von hocherwärmten metallbauteilen Expired - Lifetime EP1129224B1 (de)

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