DE3644115A1 - Einrichtung zur beschichtung von turbomaschinen-bauteilen, insbesondere schaufeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, Turbomaschinenbauteile, z. B. Turbinenschaufeln, mit Schutzschichten, insbesondere Heißgaskorrosionsschichten, zu versehen. Bei den Einrichtungen dieser Art werden die betreffenden Bauteile in Beschichtungskästen angeordnet, in die ein für den jeweiligen Anwen­ dungszweck geeignetes Beschichtungspulver eingebracht wird, aus dem die Beschichtung unter Beiziehung eines geeigneten Gases und unter vorgege­ bener Temperatureinwirkung im Diffusionsverfahren gewonnen wird.

Dabei bereitet es Schwierigkeiten, Bauteilabschnitte, die keiner Be­ schichtung unterworfen werden sollen, einwandfrei gegenüber dem behäl­ terinternen Beschichtungsprozeß abzuschirmen bzw. abzudecken. Ein örtliches Abdeckerfordernis ergibt sich dadurch, daß die betreffenden Bauteile oftmals örtlich extrem unterschiedlichen mechanischen und thermischen Belastungen im Betrieb ausgesetzt sind, d. h., eine bestimm­ te Bauteilsektion darf hinsichtlich der betrieblich vorgegebenen Ge­ staltung und Werkstoffstruktur nicht vom Beschichtungsprozeß beein­ trächtigt werden, der wiederum entlang einer übrigen Bauteilstruktur verlangt wird.

Am Beispiel einer Turbinenschaufel bedeutet dies, daß der Schaufelfuß als der hinsichtlich betrieblicher Zug- und Schwingungsbelastungen besonders gefährdete Teil der Schaufel keiner Versprödungsgefahr aus dem Beschichtungsprozeß ausgesetzt werden darf.

Zusätzlich zu den genannten Kriterien soll eine örtliche Bauteilabdec­ kung den Beschichtungsaufwand auf das absolut notwendige Maß zu beschränken helfen.

Ein weiteres Problem hinsichtlich der örtlichen Bauteilabdeckung ergibt sich aus der häufig anzutreffenden geometrisch komplexen Bauteilgestal­ tung.

Im Rahmen schon untersuchter Einrichtungen der besprochenen Art berei­ tet auch die Bauteilhalterung Schwierigkeiten, um gleichzeitig bezüg­ lich örtlicher Beschichtung und Abdeckung auf der sicheren Seite liegen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine betrieblich zuverlässige einfachst handhabbare örtliche Bauteilabdeckung und -beschichtung ge­ schaffen wird.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.

Erfindungsgemäß kann das Bauteil einfachst derart über eine Öffnung in die Abdeckkammer eingeschoben werden, daß die nicht zu beschichtende Bauteilsektion einwandfrei abgedeckt und somit keinen Einflüssen aus dem örtlichen Beschichtungsprozeß ausgesetzt ist. Der Hohlraum der Ab­ deckkammer, in dem die nicht zu beschichtende Sektion, z. B. ein Schau­ felfuß, angeordnet ist, ist mit einem sogenannten "Abdeckpulver", ins­ besondere aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), gefüllt; das Abdeckpulver stellt eine den Schaufelfuß vor Beschichtungsgasen schützende Dichtungspackung dar. Eine Einfüllöffnung für das Abdeckpulver muß vor Beginn des Be­ schichtungsprozesses verschlossen sein.

Eine möglichst glattwandige, dicht sitzende Konturierung gegenseitiger Flächen des Bauteils und einer zugehörigen Kammerwand begünstigt die örtliche Bauteilabdeckung. Bauteil und Abdeckkammer können aufeinander abgestimmt gestaltet werden, um die örtlichen Beschichtungs- und Ab­ deckkriterien optimal zu erfüllen. Die Erfindung ist ferner besonders gut geeignet, um eine verhältnismäßig große Anzahl gleichgeformter Bauteile, z. B. einen kompletten Satz an Turbinenlaufschaufeln einer Turbinenstufe, zu beschichten und gleichzeitig fußseitig abzudecken.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patent­ ansprüchen 2 bis 14.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu­ tert, es zeigt

Fig. 1 - einen Teilschnitt eines Beschichtungsbehälters oder -kastens der Einrichtung einschließlich einer fußseitig abgedeckt in einer Abdeckkammer sitzenden Turbinenlauf­ schaufel und

Fig. 2 - einen Komplettschnitt einer weiteren Behälterausführung der Einrichtung mit einer beidendseitig in bzw. an Kam­ mern abgedeckt gehalterten Turbinenschaufel.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen Beschichtungsbehälter 1 (Fig. 1) auf, in welchen das Bauteil, hier z. B. eine Turbinenlaufschau­ fel 2, eingesetzt ist. Der nicht zu beschichtende Bauteilabschnitt ist im vorliegenden Beispiel der Schaufelfuß 4, der durch fußseitiges Ein­ setzen in eine Abdeckkammer 3 gegenüber dem Behälterinnenraum 5 (Be­ schichtungszone) abgedeckt bzw. abgeschirmt ist. Nach erfolgtem Einsetzen wird die Abdeckkammer 3 mit einem geeigneten Abdeckpulver, z. B. Al₂ 0₃-Pulver, möglichst kleiner Teilchengröße, gefüllt und darauf die be­ treffende obere Einfüllöffnung der Kammer 3 mit einem Abdeckblech 6 verschlossen.

Ausgehend davon, daß die Turbinenlaufschaufel 2 gleichzeitig infolge Einsetzens und Abdeckens auch in einer für die Beschichtung geeigneten Position im Behälter 1 angeordnet worden ist, kann der Behälter mit einem Deckel 7 verschlossen werden.

Der Behälterinnenraum 5 enthält ein geeignetes Beschichtungspulver zur Erzeugung einer Heißgaskorrosionsschicht am Schaufelblatt sowie an der zugehörigen Fußplatte 7′ der Laufschaufel 2. Die Zusammensetzung des Beschichtungspulvers ist von der Art der zu erzeugenden Schicht abhän­ gig; sei es, ob eine sogenannte "Alitierung" oder z. B. "Inchromierung" beabsichtigt ist.

Grundsätzlich besteht das Beschichtungspulver aus einem sogenannten "Donator", der die nachstehend genannten Elemente, z. B. Al, AlSi oder AlTi beinhaltet und beim Prozeß Al abson­ dert sowie ferner aus einem Füllstoff (Al₂O₃) und einem Aktivator (z. B. NH₄F oder NH₄Cl). Der Diffusionsprozeß läuft z. B. unter Argon oder H₂ oder einem geeigneten Mischgas ab.

Wie ferner aus Fig. 1 erkennbar, weist ein die Kammer 3 aus­ bildender Wandabschnitt 8′ eine Bauteileinschuböffnung 8 auf, die hier von den auf dem Wandabschnitt 8 aufsitzenden Gegen­ flächen der Fußplatte 7′ verschlossen ist. Es weist also der Wandabschnitt 8′ eine der Fußplatte 7′ gemäß geometrisch ange­ paßte Aussparung 9 auf, wodurch neben einer einwandfreien örtlichen Abdeckung des Schaufelfußes 4 zugleich günstige Voraussetzungen für eine geeignete Halterung der Schaufel 2 an der Kammerwand 8′ geschaffen werden.

Die Erfindung wäre u. a. für alle möglichen Abwandlungen von Stator- und Laufschaufeln praktikabel; so z. B. auch für Turbinenleitschaufeln, die mit äußeren und/oder inneren Deckbandsegmenten ausgestattet sind, die auch hier wiederum z. B. die geeigneten Bauteilgegenflächen gegenüber der angrenzenden Kammerwand bereitstellen könnten.

Die Erfindung könnte auch zur örtlichen Abdeckung fußseitiger Drehzap­ fenpartien von verstellbaren Leit- oder Laufschaufeln verwendet werden, dabei könnte der betreffende Schaufeldrehteller in einer kreisförmig angepaßten Aussparung der Kammerwand sitzen und der fußseitige Dreh­ zapfen über die Abdeckkammer abgedeckt sein.

Im Rahmen der Bauweise nach Fig. 1 könnten auch z. B. beidendseitige Abschnitte eines Bauteils, bzw. einer Verdichter- oder Turbinen­ schaufel, durch je eine Abdeckkammer abgedeckt werden, ähnlich wie dies beispielsweise in Fig. 2 näher verdeutlicht ist.

Gemäß Fig. 1 ist die mindestens eine Abdeckkammer 3 aus gegenüber dem Beschichtungsbehälter 1 gesonderten Wandabschnitten 8′, 10, 11 gefer­ tigt; die Abdeckkammer 3 könnte aber auch im Wege der teils vorhandenen Behälterwandstruktur in Kombination mit einem gesondert gefertigten und in den Behälter 1 eingearbeiteten Wandabschnitt 8′ erstellt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zwei Abdeckkammern 12, 13 sich einander gegenüberliegend im Beschichtungsbehälter 14 angeordnet; im Gegensatz zu Fig. 1 werden die zur Bauteilhalterung und -aufnahme ausgebildeten Wandabschnitte der beiden Kammern 12, 13 in Fig. 2 von innen Dichtleisten 15, 16 und äußeren Dichtleisten 17, 18 gebildet; zwischen den genannten Dichtleisten 15, 16 bzw. 17, 18 ist eine Turbi­ nenlaufschaufel 19 einerseits mit der Fußplatte 20 und andererseits mit einem kopfseitigen Deckbandsegment 21 abdichtend verankert. Der in der Abdeckkammer 13 angeordnete Schaufelfuß ist mit 4′ bezeichnet.

Am oberen Behälterende bilden die äußeren Dichtleisten 17, 18 eine Um­ wandung des mit dem Beschichtungspulver gefüllten Beschichtungsraums aus, der sich zwischen den beiden Abdeckkammern 12, 13 erstreckt. Die über die äußeren Dichtleisten 17, 18 dargestellte äußere Umwandung weist ferner eine Einfüllöffnung 22 für das Beschichtungspulver auf.

Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, werden die zunächst oben offenen Abdeckkammern 12, 13 und die genannte Einfüllöffnung 22 durch einen gemeinsamen Behälterdeckel 23 gleichzeitig verschlossen, sobald die entsprechenden Pulverfüllungen (Abdeckpulver A₂O₃/Beschichtungspulver) vorgenommen worden sind.

Die Abdeckkammern 3 (Fig. 1) bzw. 12, 13 (Fig. 2) werden immer erst dann mit dem Abdeckpulver (Al₂O₃) gefüllt, nachdem die Bauteile in der genannten abdeckenden Art und Weise verankert worden sind.

Zur gleichzeitigen Beschichtung und Abdeckung mehrerer Bauteile, z. B. Turbinenschaufeln, kann anstelle einzelner Einschuböffnungen 8 (Fig. 1) auch eine durchgehende schlitzförmige Einschuböffnung vorgesehen sein, um mehrere unmittelbar aneinandergereihte Schaufelfußstrukturen aufneh­ men und örtlich abdecken zu können; sinngemäß können dabei auch die betreffenden Aussparungen 9 oder Taschen parallel zur schlitzförmigen Einschuböffnung verlaufend ausgebildet sein, um die Bauteilerweiterun­ gen, z. B. die Fußplatten 7′, unmittelbar aufeinander folgend aufzuneh­ men. Sofern der Beschichtungsprozeß einen größeren Bauteil- bzw. Schau­ felabstand notwendig werden läßt, können zwischen den Fußplatten 7′ entsprechend angepaßte Distanzstücke angeordnet werden, welche in die langlochartige Einschuböffnung hineinragen.

Die Erfindung kann auch vorteilhaft dann eingesetzt werden, wenn es darum geht, Bauteile zwecks Überholung neu beschichten zu wollen. In jedem Fall ist aber davon auszugehen, daß alle zu beschichtenden Bau­ teilflächen auf Maß fertigbearbeitet sind.

Durch die Erfindung kann eine verhältnismäßig große Anzahl gleich oder ähnlich gestalteter Bauteile, z. B. Turbinenschaufeln, gleichzeitig beschichtet werden; es wird auf diese Weise eine kostensparende Serien­ beschichtung der Bauteile erzielt, verknüpft mit dem Vorteil einer op­ timalen örtlichen Bauteilabdeckung.

Claims (14)

1. Einrichtung zur Beschichtung eines Bauteils, insbesondere einer Verdichter- oder Turbinenschaufel eines Gasturbinentriebwerkes, wobei das gesamte Bauteil in einem Beschichtungsbehälter angeordnet und mindestens ein nicht zu beschichtender Bauteilabschnitt abge­ deckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Beschichtungs­ behälters (1) mindestens eine Abdeckkammer (3) angeordnet ist, in die der nicht zu beschichtende Bauteilabschnitt über eine kammer­ wandseitige Öffnung (8) eingesetzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Abdeckkammerwand (8′) angeordnete Öffnung (8) von einer örtlichen Bauteilerweiterung abgesperrt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilerweiterung in einer geometrisch angepreßten Tasche (9) der die Öffnung (8) enthaltenen Abdeckkammerwand (8′) sitzt.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilerweiterung von einer Schaufelfuß­ platte (7′) oder einem Schaufeldeckbandsegment (21) oder einem Schaufeldrehteller gebildet ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckkammer (3) eine mit einem eigenen Deckel (6) verschließbare Einfüllöffnung zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckkammer (3, 12, 13) aus gegenüber dem Beschichtungsbehälter (1, 14) gesonderten oder teilweise behälter­ eigenen Wandabschnitten gefertigt ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Abdeckkammern (12, 13), vor­ zugsweise seitlich einander gegenüberliegend, im Behälter (14) an­ geordnet sind, wobei behälterinnenseitig angeordnete Kammerwand­ abschnitte zur Aufnahme und/oder Festlegung beidendseitiger Bau­ teilerweiterungen, z. B. einer Schaufelfußplatte (20) auf der einen und eines Deckbandsegments (21) auf der anderen Seite, ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die behäl­ terinnenseitig angeordneten Wandabschnitte der Kammern (12, 13) von inneren und äußeren Dichtleisten (15, 16 bzw. 17, 18) gebildet sind, zwischen deren ins Behälterinnere auskragenden Flächen die Bauteilerweiterungen (Fußplatte 20, Deckbandsegment 21) abdichtend verankert sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äuße­ ren Dichtleisten (17, 18) Bestandteile einer äußeren Umwandung des zwischen den Abdeckkammern (12, 13) ausgebildeten Beschichtungs­ raums sind, wobei die äußere Umwandung mindestens eine Prozeßpul­ ver-Einfüllöffnung (22) aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben offenen Abdeckkammern (12, 13) bzw. deren Einfüllöffnungen sowie die Einfüllöffnung (22) für das Prozeßpulver durch einen gemeinsamen Behälterdeckel (23) absperrbar sind.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Abdeckkammer (3, 12, 13) - nach dem Einsetzen des nicht zu beschichtenden Bauteilabschnittes - mit einem Abdeckpulver, insbesondere A₂O₃, gefüllt wird.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß behälterinnenseitige Wandabschnitte (8′) - anstelle separater Öffnungen (8) - mit einer schlitzförmigen Durchgangsöffnung zur Halterung und abdeckenden Aufnahme mehrerer in einer Ebene aneinandergereihter Bauteile ausgestattet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Bauteilerweiterungen angepaßte Distanz­ stücke angeordnet und in die Durchgangsöffnung eingesetzt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ta­ schen schlitzförmig oder nutartig ausgebildet sind.