EP2849893A1 - Mess- und schutzvorrichtung für beschichtungsprozesse - Google Patents

Mess- und schutzvorrichtung für beschichtungsprozesse

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Publication number
EP2849893A1
EP2849893A1 EP13707306.0A EP13707306A EP2849893A1 EP 2849893 A1 EP2849893 A1 EP 2849893A1 EP 13707306 A EP13707306 A EP 13707306A EP 2849893 A1 EP2849893 A1 EP 2849893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
component
shielding plate
blade
protective cover
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13707306.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Brett
Sascha Martin Kyeck
Johannes Richter
Christian SÖNNICHSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2849893A1 publication Critical patent/EP2849893A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B05B12/084—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to condition of liquid or other fluent material already sprayed on the target, e.g. coating thickness, weight or pattern
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    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/0285—Stands for supporting individual articles to be sprayed, e.g. doors, vehicle body parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion

Definitions

  • the invention relates to a device of a coating plant with which both certain areas of the component are protected by the coating and weight measurements can be performed.
  • thermal spraying processes for the coating of gas turbine blades, ceramic and / or metallic powder in a hot gas jet is wholly or partly
  • the measurement of the coating weight during the process is significantly hampered by the design of the usual clamping and holding devices.
  • the protective wall of the clamping system is in physical contact with the blade and is subject to so-called overspray itself a weight change during the process.
  • a weighing module can not be accommodated in the devices since precise measurements are disturbed by severe temperature changes and powder dust in the interior.
  • the object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 8.
  • a physical decoupling of protective cover and blade is realized by the principle of shading.
  • the interior is preferably protected from dust by overpressure and the inflowing
  • the protective cover may consist of several layers, on the outer layer of e.g. Tungsten material does not adhere the coating material.
  • the device is designed adaptive, so that different types of blades can be clamped.
  • a process control can be carried out specifically, so that the coating of the blade can be carried out at significantly narrower manufacturing tolerances.
  • the quality of the layer application is improved.
  • Another feature of the invention is a flexible, machine-integrated sensor-actuator system, with which effectively applied material can be measured and a
  • Plant regulation a specification-compliant layering can take place.
  • the inventive step lies in a series of constructive measures, the measurement among the rough
  • the blade surface is typically divided into several zones in operational practice, each one characterized by different types of errors.
  • the footplate print page The burner carries out up to ten crossings in one zone, carrying around 2mg each. If the amount of material applied effectively per zone and crossing can be measured, then direct conclusions can be drawn on classic faults in this zone and directly compensated by control technology. If, for example, there is a reduced layer weight in one zone and an increased layer weight in a second zone, this can be detected and immediately compensated for each zone. This procedure would be particularly recommended if an automatic paddle position correction has already been carried out and the firing beam parameters have been checked automatically.
  • Plant control thus identify all the required factors that are suitable for a specification
  • Coating Thickness Measurement A sufficiently accurate calculation of the porosity. As a result, a metallographic evaluation of tabs during conversion processes completely eliminated.
  • An essential requirement of the system is the protection of the sensitive weighing sensor from the harsh ambient conditions as well as the mechanical separation of the bucket from the bucket
  • Shielding plate which allows coating with a specification-specific bevel instead of material accumulation. By not having a protective sheath in contact with the blade, the weight change of the blade can be measured without the weight change of the protective sheath.
  • Protective cover is subject to a weight change, as in
  • FIG. 1 shows a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention which has a modular design with respect to the measurement 22 and protection options 10, 16, 28, preferably also with the clamping 37.
  • the device 1 is part of a coating system, which is not shown here.
  • a clamping device 37 and a weighing module 22 and a protective cover 28 which are mechanically or physically separated from each other.
  • the tensioning device 37 is mechanically connected to the weighing module 22 and is designed such that it can be flexibly adapted to various components 7, 120, 130.
  • the clamping device 37 engages on corresponding surfaces of the component 7, 120, 130.
  • the weighing module 22 can measure the changed weight during the coating or during a coating break and forward the result to a computer in order, if necessary, to continue to change or end the coating.
  • the component 7, 120, 130 should not be completely coated.
  • the uppermost shielding plate 10 lies opposite a coating nozzle 34 and shields an entire lower region 8 of the component 7, 120, 130.
  • the shielding plate 10 (plate with opening for component 7, 120, 130 or two parts) abuts against the component 7, 120, 130.
  • the shielding plate 10 can be replaced quickly and is adapted to different types of components 7, 120, 130.
  • the shielding plate 10 can be varied in the plane and in height or of the component 4, 120, 130 in order, for example, to produce a phase of the coating on one edge, in this case the edge of the platform 403 of a turbine blade 120, 130.
  • the shielding plate 10 is followed by a flexible flexible casing 16, which protects against temperature and dust, wherein the flexible sheath 16 is then connected to the shielding plate 10 and the component 9.
  • the shield plate 10 is supported on the floor 19, but not mechanically connected to the weighing module 22.
  • the shielding plate 10 is arranged at the level of the blade platform 403 and may be adjusted in height by means of actuators 13 ', 13 ".
  • a component 7, 120, 130 is coated in layers and after each zone, per layer or multiple layers, the blade weight can be measured to determine deviations from the target process in order to intervene during the process, so that after applying all coating layers of all forms the desired layer thickness or layer weight is achieved.
  • Protective gas are blown out to prevent a coating in the gap.
  • the weighing module 22 can be deactivated during the coating, in particular fixed, so that a rigid connection of the base plate 19, weighing module 22, clamping device 37 is given.
  • the coating pauses during the weight measurement.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a rotor blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for electricity generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as fir tree or Schissebwschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • conventional blades 120, 130 for example, solid metallic materials, in particular superalloys, are used in all regions 400, 403, 406 of the blade 120, 130.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • the blade 120, 130 can in this case by a casting process, also by means of directional solidification, by a Schmiedever- drive, be made by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • a columnar grain structure columnar, i.e., grains that run the full length of the workpiece and here, in common usage, are referred to as directionally solidified
  • a monocrystalline structure i. the whole workpiece consists of a single crystal.
  • Structures are also called directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. B. (MCrAlX, M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • the density is preferably 95% of the theoretical
  • the layer composition comprises Co-30Ni-28Cr-8A1-0, 6Y-0, 7Si or Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y.
  • nickel-based protective layers such as Ni-IOCr-12A1-0.6Y-3Re or Ni-12Co-21Cr-IIAl-O, 4Y-2Re or Ni-25Co-17Cr-10A1-0,4Y-1 are also preferably used , 5Re.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of Zr0 2 , Y 2 0 3 -Zr0 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the heat-insulating layer may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the
  • 120, 130 may have to be freed from protective layers after use (eg by sandblasting). Thereafter, a removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, even cracks in the component 120, 130 are repaired. This is followed by a re-coating of the component 120, 130 and a renewed use of the component 120, 130.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.

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Abstract

Durch die mechanische Entkopplung von Schutzvorrichtung und Wiegevorrichtung ist es erstmals möglich das Schaufelgewicht während des Beschichtungsprozesses zu messen.

Description

MESS- UND SCHUTZVORRICHTUNG FÜR BESCHICHTUNGSPROZESSE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung einer Beschichtungs- anlage mit der sowohl gewisse Bereiche des Bauteils von der Beschichtung geschützt werden als auch Gewichtsmessungen durchgeführt werden können. Bei thermischen Spritzverfahren für die Beschichtung von Gasturbinenschaufeln wird keramisches und/oder metallisches Pulver in einem heißen Gasstrahl ganz oder teilweise
aufgeschmolzen und mit hoher kinetischer Energie auf die Schaufel aufgebracht. Die technische Herausforderung des Prozesses besteht in der Erzielung von Anbindung zwischen Schicht und Grundwerkstoff sowie reproduzierbarer
Schichtdicken und Schichtporosität. Direkte Prozesskenngrößen sind das Schichtgewicht, die Schichtdicke sowie Porosität und Rauhigkeit. Keine dieser Kenngrößen wird derzeit während dem Prozess überwacht. Stattdessen werden die Parameter
nachträglich gemessen oder anhand von indirekten Messungen, etwa durch Vermessen des Brennstrahls, antizipiert.
Die Messung des Schichtgewichts während dem Prozess wird maß- geblich durch die Konstruktionsweise der gängigen Spann- und Haltevorrichtungen behindert. Die Schutzwand des Spannsystems steht mit der Schaufel in physischem Kontakt und unterliegt durch sogenanntes Overspray selbst einer Gewichtsänderung während des Prozesses. Ein Wiegemodul kann in den Vorrichtun- gen zudem nicht untergebracht werden, da präzise Messungen durch starke Temperaturänderungen sowie Pulverstaub im Innenraum gestört werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen oder weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine physische Entkopplung von Schutzhülle und Schaufel durch das Prinzip der Abschattung realisiert. Der Innenraum wird vorzugsweise durch Überdruck vor Staub geschützt und die nachströmende
Überdruckluft hält den Innenraum auf konstanter Temperatur. Im Innenraum kann somit ein Wiegemodul zur Präzisionsmessung einer Schaufel untergebracht werden. Die Schutzhülle kann aus mehreren Schichten bestehen, an der Außenschicht aus z.B. Wolfram-Material haftet das Beschichtungsmaterial nicht an. Um die Wirtschaftlichkeit dieses Konstruktionskonzepts zu gewährleisten wird die Vorrichtung adaptiv ausgestaltet, so dass verschiedene Laufschaufeltypen eingespannt werden können .
Durch die Messung Schichtgewichtsänderungen an beliebigen Zonen der Schaufel kann auf die Schichtdicke geschlossen werden. Eine Prozessregelung kann spezifisch durchgeführt werden, so dass die Beschichtung der Schaufel bei deutlich engeren Fertigungstoleranzen erfolgen kann. Die Qualität des Schichtauftrags wird verbessert. Als Nebeneffekt des
vorgenannten Abschattungsprinzips kann Overspray am
Schaufelrand verhindert werden. Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist ein flexibles, maschinenintegriertes Sensor-Aktor-System, mit dem effektiv aufgetragenes Material gemessen werden kann und eine
Anlagenregelung eine spezifikationsgerechte Schichtbildung erfolgen kann.
Der erfinderische Schritt liegt in einer Reihe konstruktiver Maßnahme, die die Messung unter den rauen
Umgebungsbedingungen in der APS/HVOF-Kabine ermöglichen und dabei auch die Ausbildung einer spezifikationsgerechten Fase an den Fußkanten begünstigt.
Die Schaufeloberfläche wird in der betrieblichen Praxis typischerweise in mehreren Zonen eingeteilt, die sich jeweils durch unterschiedliche Fehlertypen kennzeichnen. Beispielsweise die Fußplatten-Druckseite. Der Brenner führt in einer Zone bis zu zehn Überfahrten durch und trägt dabei jeweils etwa 2mg Schicht auf. Wenn die Menge von effektiv aufgetrage- nem Material pro Zone und Überfahrt gemessen werden kann, so können direkt Rückschlüsse auf klassische Fehlerfälle in dieser Zone geführt werden und direkt regelungstechnisch kompensiert werden. Kommt es beispielsweise in einer Zone zu einem verringerten Schichtgewicht und in einer zweiten Zone zu einem erhöhten Schichtgewicht, so kann dies erfasst und für jede Zone umgehend kompensiert werden. Dieses Vorgehen wäre insbesondere dann zu empfehlen, wenn bereits eine automatische Schaufelpositionskorrektur durchgeführt wurde und die Brennstrahlparameter automatisch geprüft wurden.
Während eines Beschichtungsvorganges kann die
Anlagensteuerung somit alle erforderlichen Einflussgrößen identifizieren, die für eine spezifikationsgerechte
Beschichtung erforderlich sind und ggf. selbstständig den Prozess justieren bzw. regeln. Die vorgenommenen
Einstellungen der Anlage können ggf. nachträglich durch eine Lasertriangulationsmessung überprüft werden. Das lokale
Schichtgewicht erlaubt in Verbindung mit der
Schichtdickenmessung eine ausreichend genaue Berechnung der Porosität. Hierdurch kann eine metallographische Auswertung von Tabs bei Umrüstvorgängen vollständig entfallen.
Eine wesentliche Anforderung an das System ist der Schutz der empfindlichen Wiegesensorik vor den rauen Umgebungsbedingun- gen sowie die mechanische Trennung der Schaufel von der
Schutzumhausung . Da das System aufwändiger gestaltet ist als konventionelle Vorrichtungen, ist es erforderlich, dass das System variantenflexibel für viele Schaufeltypen ist, im vorliegenden Fall für alle Laufschaufeln geeignet ist. Die Schaufelkanten werden nicht durch kontaktierende Bleche geschützt, sondern durch eine berührungslose adaptive
Abschirmplatte, die das Beschichten mit einer spezifikationsgerechten Fase anstatt von Materialanhäufung ermöglicht. Indem eine Schutzhülle nicht in Kontakt mit der Schaufel steht, kann die Gewichtsänderung der Schaufel ohne die Gewichtsänderung der Schutzhülle gemessen werden. Die
Schutzhülle unterliegt einer Gewichtsänderung, da im
praktischen Betrieb unbeabsichtigtes Beschichten der Schutz- umhausung nicht verhindert werden kann.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön- nen, um weitere oben genannte Vorteile zu erzielen.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Figur 2 eine Turbinenschaufel.
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Vorrichtung :
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, die bezüglich der Messung 22 und Schutzmöglichkeiten 10, 16, 28, vor- zugsweise auch bei der Einspannung 37 modular ausgebildet ist .
Die Vorrichtung 1 ist Teil einer Beschichtungsanlage , die hier nicht näher dargestellt ist.
Es können also eine äußere Umhausung für eine Beschichtung im Vakuum, Roboter zur Bewegung einer Beschichtungsdüse 34 sowie weitere Teile vorgesehen sein.
Ein Bauteil 7, hier vorzugsweise eine Turbinenschaufel 120, 130 (Fig 2), die beschichtet werden soll, wird gleichzeitig während des Beschichtens oder am Ende des Beschichtungsvor- gangs gemessen. Dazu gibt es zum einen eine Spannvorrichtung 37 und ein Wiegemodul 22 sowie eine Schutzhülle 28, die mechanisch oder physikalisch voneinander getrennt sind. Die Spannvorrichtung 37 ist mit dem Wiegemodul 22 mechanisch verbunden und ist so ausgestaltet, dass sie flexibel an verschiedene Bauteile 7, 120, 130 angepasst werden kann.
Die Spannvorrichtung 37 greift an entsprechenden Flächen des Bauteils 7, 120, 130 an.
Das Wiegemodul 22 kann das veränderte Gewicht während der Be- schichtung oder während einer Beschichtungspause messen und das Ergebnis an einen Rechner weiterleiten, um ggf. die Be- Schichtung fortzuführen zu verändern oder beenden zu lassen.
Das Bauteil 7, 120, 130 soll nicht vollständig beschichtet werden . Die zuoberst angeordnete Abschirmplatte 10 liegt einer Be- schichtungsdüse 34 gegenüber und schirmt einen gesamten unteren Bereich 8 des Bauteils 7, 120, 130 ab. Die Abschirmplatte 10 (Platte mit Öffnung für Bauteil 7, 120, 130 oder zweiteilig) liegt an dem Bauteil 7, 120, 130 an. Die Abschirmplatte 10 kann schnell ausgetauscht werden und ist verschiedenen Typen von Bauteilen 7, 120, 130 angepasst. Die Abschirmplatte 10 kann in der Ebene und in der Höhe bzw. des Bauteils 4, 120, 130 variiert werden um beispielsweise an einer Kante, hier der Kante der Plattform 403 einer Turbinenschaufel 120, 130 eine Phase der Beschichtung zu erzeugen.
Nur der obere Teil 9 des Bauteils 7, 120, 130 soll beschichtet werden. Oberer 9 und Unterteil 8 (bei Turbinenschaufeln 120, 130, Schaufelfuß 183, 400) stellen das gesamte Bauteil 7, 120, 130 dar.
An die Abschirmplatte 10 schließt sich eine biegeschlaffe flexible Hülle 16 an, die vor Temperatur und Staub schützt, wobei die flexible Hülle 16 dann mit der Abschirmplatte 10 und dem Bauteil 9 verbunden ist.
Die Abschirmplatte 10 ist auf dem Boden 19 abgestützt, aber nicht mechanisch verbunden mit dem Wiegemodul 22.
Im Fall einer Turbineschaufel 120, 130 soll der Schaufelfuß 183, 400 nicht beschichtet werden, so dass die Abschirmplatte 10 auf der Höhe der Schaufelplattform 403 angeordnet ist und ggf- durch Aktoren 13', 13'' in der Höhe eingestellt werden kann .
Verfahren : Wenn das Bauteil 7, 120, 130 eingespannt ist, wird das Anfangsgewicht gemessen und die Beschichtung hier mittels einer Beschichtungsdüse 34 gestartet.
Ein Bauteil 7, 120, 130 wird lagenweise beschichtet und nach jeder Zone, pro Lage oder mehrerer Lagen kann das Schaufelgewicht gemessen werden, um Abweichungen vom Sollprozess festzustellen, um schon während des Prozesses eingreifen zu können, damit am Ende nach Auftragen aller Beschichtungslagen aller Formen die gewünschte Schichtdicke oder Schichtgewicht erreicht wird.
Während des Beschichtens kann unterhalb der Abschirmplatte 10 durch den notwendigerweise immer vorhandenen Spalt zwischen Abschirmplatte 10 und Bauteil 7, 120, 130 Kühlluft oder
Schutzgas ausgeblasen werden, um eine Beschichtung in dem Spalt zu verhindern.
Ebenso kann das Wiegemodul 22 während der Beschichtung deaktiviert werden, insbesondere fixiert werden, so dass eine starre Verbindung von Grundplatte 19, Wiegemodul 22, Spannvorrichtung 37 gegeben ist. Vorzugsweise pausiert die Beschichtung während der Gewichtsmessung .
Die Figur 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau- fei 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) . Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf. Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen
Dichte .
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Vorzugsweise weist die Schichtzusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0 , 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni - lOCr- 12A1 - 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0 , 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10A1-0,4Y-1, 5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y203-Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt .
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS) , LPPS, VPS oder CVD . Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die
MCrAlX-Schicht . Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile
120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Einsatz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1)
zum Wiegen und Schützen beim Beschichten von Bauteilen (7, 120, 130),
bei der ein Wiegemodul (22) zur Messung des Bauteils (7, 120, 130) mechanisch entkoppelt ist von einer Schutzhülle (10, 28) zum Schützen des Bauteils (7, 120, 130) .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der zumindest eine Abschirmplatte (10) als Teil der Schutzhülle (28) vorhanden ist,
wobei die Abschirmplatte (10) ab einer gewissen Höhe des zu beschichtenden Bauteils (7, 120, 130) ein Unterteil (8) des Bauteils (7, 120, 130) vor Beschichtungen abschirmt.
3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,
bei der eine flexible Hülle (16) als Teil der Schutzhülle (28) zwischen Abschirmplatte (10) und einer Grundplatte (19) angeordnet ist,
und unter einem von 0° verschiedenen Winkel,
insbesondere 90° zur Abschirmplatte (10) verläuft,
wobei die Hülle (16) dem Beschichtungsmaterial ausgesetzt ist, um eine Staub-, Druck- und Temperaturbarriere zu erreichen .
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei der zumindest ein Aktor (13', 13'') eine Abschirmplatte (10) in ihrer Höhe bezüglich des zu beschichtenden Bauteils
(7, 120, 130) anpassen kann.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4 ,
bei der eine Spannvorrichtung (37) für das Bauteil (7, 120, 130) vorhanden ist,
wobei die Spannvorrichtung (37) von einer Schutzhülle (28) mechanisch entkoppelt ist,
und insbesondere modular ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5,
bei der eine Spannvorrichtung (37) auf dem Wiegemodul (22) angeordnet oder aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei der eine Spannvorrichtung (37) verschiedenen Bauteilen (120, 130) anpassbar ist.
Verfahren zum Beschichten eines Bauteils (7) ,
insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem das Schichtgewicht gemessen wird,
ohne dass das Bauteil (7, 120, 130) aus der Spannvorrichtung (37) zu entnehmen,
insbesondere während der Beschichtung .
Verfahren nach Anspruch 8
bei dem während des Beschichtens Luft aus dem Spalt zwischen einer Abschirmplatte (10) einer Schutzhülle (28) und dem zu beschichtenden Bauteil (7, 120, 130) in Richtung eines Beschichtungsmaterials ausgeblasen wird.
10. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 8 oder 9, bei dem nach jeder Beschichtungslage oder nach einer bestimmten Anzahl von Beschichtungslagen ein Schichtgewicht gemessen wird und
mit einer Sollvorgabe verglichen wird und
optional die Beschichtungsparameter einer Beschichtungsdüse (4) angepasst werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8, 9 oder 10,
bei dem ein Wiegemodul (22) während der Beschichtung deaktiviert ist,
insbesondere arretiert ist.
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