DE102018202857A1

DE102018202857A1 - Beschichtungsvorrichtung für Turbinen- oder Verdichterscheiben mit integral ausgebildeten Schaufeln

Info

Publication number: DE102018202857A1
Application number: DE102018202857.5A
Authority: DE
Inventors: Steven Piorun; Johannes Obermüller; Stefan Seiler; Telmo Camilo Prioli Ovcar
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2019-08-29
Also published as: DE112018007156A5; WO2019161817A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung (10), die dazu eingerichtet ist, Turbinen- oder Verdichterscheiben (38) mit integral ausgebildeten Schaufeln (40), insbesondere automatisiert mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Titandioxidbeschichtung, zu versehen, umfassend: wenigstens eine Dispersionseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, eine Dispersion, insbesondere Suspension, aus metallischem Pulver und einem Fluid, insbesondere reinem Wasser, herzustellen und zu speichern, wenigstens eine mit der Dispersionseinrichtung (12) fluidisch verbundene Pumpeinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, die Dispersion aus der Dispersionseinrichtung (12) zu fördern, wenigstens eine Sprühvorrichtung (26), die fluidisch mit der Pumpeinrichtung (24) verbunden ist, wobei die Sprüheinrichtung (26) dazu eingerichtet ist, die von der Pumpeinrichtung (24) geförderte Dispersion abzugeben, wenigstens eine Druckluftquelle (30), die fluidisch mit der Sprühvorrichtung (26) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, Druckluft an der Sprüheinrichtung (26) bereitzustellen, so dass die abzugebende Dispersion versprüht wird, wenigstens eine Robotervorrichtung (36), insbesondere einen 6-Achs- oder 7-Achs-Knickarmroboter, an der die Sprühvorrichtung (26) angebracht ist, wenigstens eine Dreheinheit (42), auf der eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) lagerbar oder gelagert ist, wenigstens eine Steuervorrichtung (44), die dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Robotervorrichtung (36) und die Bewegung der Dreheinheit (42) derart zu steuern bzw. regeln, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) die Robotervorrichtung (36) und die Dreheinheit (42) relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Titandioxidbeschichtung.
Ein Beispiel einer Beschichtungsvorrichtung kann in der EP 2 329 886 A2 gefunden werden.
Im Bereich der Herstellung von Gasturbinen, insbesondere Fluggasturbinen, und einer dabei durchzuführenden optischen Maßprüfung von integral ausgebildeten Verdichterbauteilen oder Turbinenbauteilen, insbesondere Verdichterscheiben, Turbinenscheiben oder/und zugehörigen Turbinenschaufeln, hat sich gezeigt, dass es für die optische Maßprüfung von Vorteil ist, wenn die zu überprüfenden Bauteile temporär mit einer Beschichtung versehen werden, die günstige Eigenschaften aufweist für optische Überprüfungen. Dabei ist es erforderlich, dass die Beschichtung gleichmäßig und sehr dünn, insbesondere im Bereich von weniger als 10µm aufgetragen wird. Ferner muss die temporäre Beschichtung rückstandsfrei wieder entfernbar sein.
Die optische Maßprüfung dient insbesondere dazu, die korrekte Formgebung und Maßhaltigkeit des Turbinenbauteils bzw. des Verdichterbauteils oder allgemein von Triebwerksbauteilen zu überprüfen. Wird die temporäre Beschichtung unregelmäßig aufgetragen, ergeben sich hieraus Verfälschungen in den Messergebnissen, so dass hieraus ggf. abgeleitet wird, dass die Maßhaltigkeit und Formgebung eines überprüften Bauteils nicht gegeben ist. Bei der Beschichtung ergeben sich daher besondere Herausforderungen bei komplexen Oberflächenstrukturen, innenliegenden Bereichen, Vertiefungen und schmalen Endbereichen bzw. Schmalen Endflächen, wie etwa Schaufelspitzen von Verdichtern oder Turbinen.
Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass eine für die optische Maßprüfung geeignete Beschichtung manuell mit ausreichend dünner Schichtstärke aufgetragen werden kann, so dass Verdichterbauteile bzw. Turbinenbauteile optisch überprüft werden können. Hierzu ist aber sehr erfahrenes Personal erforderlich und das Beschichten von komplexen Verdichterbauteilen bzw. Turbinenbauteilen ist eine sich wiederholende mühselige Arbeit, bei der geringste Abweichungen im Arbeitsablauf zu den bereit erwähnten fehlerhaften Schichtaufträgen führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtungsvorrichtung bereitzustellen, welche die obigen Nachteile vermeidet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Beschichtungsvorrichtung vorgeschlagen, die dazu eingerichtet ist, Turbinen- oder Verdichterscheiben mit integral ausgebildeten Schaufeln automatisiert mit einer Beschichtung, insbesondere einer Titandioxidbeschichtung, zu versehen umfassend:

wenigstens eine Dispersionseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Dispersion, insbesondere Suspension, aus Pulver und einem Fluid, insbesondere reinem bzw. vollentsalztem Wasser, herzustellen und zu speichern, wenigstens eine mit der Dispersionseinrichtung fluidisch verbundene Pumpeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Dispersion aus der Dispersionseinrichtung zu fördern, wenigstens eine Sprühvorrichtung, die fluidisch mit der Pumpeinrichtung verbunden ist, wobei die Sprüheinrichtung dazu eingerichtet ist, die von der Pumpeinrichtung geförderte Dispersion abzugeben, wenigstens eine Druckluftquelle, die fluidisch mit der Sprühvorrichtung verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, Druckluft an der Sprüheinrichtung bereitzustellen, so dass die abzugebende Dispersion versprüht wird, wenigstens eine Robotervorrichtung, insbesondere einen 6-Achs- oder 7-Achs-Knickarmroboter, an der die Sprühvorrichtung angebracht ist, wenigstens eine Dreheinheit, auf der eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe lagerbar oder gelagert ist, und wenigstens eine Steuervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Robotervorrichtung und die Bewegung der Dreheinheit derart zu steuern bzw. regeln, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe die Robotervorrichtung und die Dreheinheit relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind.

Durch eine derartige Beschichtungseinrichtung, die speziell auf die Bedürfnisse des Beschichtens von Verdichter- bzw. Turbinenscheiben von Gasturbinen, insbesondere Fluggasturbinen ausgerichtet ist, kann ein temporäre Beschichtung der Turbinen- oder Verdichterscheiben wiederholt mit hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit erreicht werden. Insbesondere wird dadurch, dass die Bewegung der Robotervorrichtung und die Bewegung der Dreheinheit so gesteuert bzw. geregelt ist, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe die Robotervorrichtung und die Dreheinheit relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind, das Bilden von unerwünschten Beschichtungsmaterialansammlungen bzw. Tropfenbildung von aufgesprühter Dispersion vermieden. Die kontinuierliche Relativbewegung der Robotervorrichtung und der Dreheinheit umfasst auch Zustände, in denen sich nur die Robotervorrichtung oder die Dreheinheit bewegt und die jeweils andere bewegliche Komponente still steht. Ebenso können die Dreheinheit und die Robotervorrichtung gleichzeitig bewegt werden. Wichtig ist, dass beim Beschichten der von der Sprüheinrichtung abgegebene Beschichtungsstrahl fortlaufend auf andere Bereiche der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe trifft, um die unerwünschte Beschichtungsmaterialansammlungen bzw. Tropfenbildung von aufgesprühter Dispersion zu vermeiden. Ferner können die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe mit den integrierten Schaufeln und die Sprüheinheit jederzeit in einer optimalen Ausrichtung zueinander positioniert werden, so dass auch schwer zugängliche Bereiche der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe effizient und zuverlässig beschichtet werden können. Besonders günstig ist es, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Sprühvorgang nur dann zu beginnen, wenn die Sprüheinheit nicht auf das die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe gerichtet ist, um hierdurch unerwünschte Spritzer auf der Oberfläche zu vermeiden.
Die Dreheinheit kann derart ausgeführt sein, dass eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe konzentrisch zu einer Drehachse der Dreheinrichtung lagerbar oder gelagert ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Drehgeschwindigkeit der Dreheinheit mittels der Steuereinheit einstellbar ist. Durch die konzentrische Anordnung wird gewährleistet, dass die Rotorscheibe bzw. die Verdichterscheibe eine genau definierte Relativposition im Raum und bezogen auf die Robotereinrichtung einnimmt, wobei einer irrtümlichen exzentrischen Lagerung vorgebeugt wird.
Die Beschichtungsvorrichtung kann ferner einen der Dispersionseinrichtung zugeordneten Prozessbehälter umfassen, in dem die Dispersion herstellbar und speicherbar ist. Hierzu wird weiter vorgeschlagen, dass dem Prozessbehälter eine Füllstandüberwachungseinheit zugeordnet ist. Eine mögliche Option für eine Füllstandsüberwachungseinheit kann eine Gewichtsmessvorrichtung sein, auf der der Prozessbehälter gelagert ist. Ferner kann in diesem Zusammenhang die Dispersionseinrichtung wenigstens ein motorisiert angetriebenes Rührwerk umfassen, das mit einem im Prozessbehälter angeordneten Dispergierwerkzeug koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das Rührwerk vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mit einer Drehzahl von bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute betrieben zu werden. Die Drehzahl ist dabei frei wählbar und ist insbesondere auch abhängig von der Baugröße des Prozessbehälters und der Menge an zu bewegender Dispersion (Füllstand). Dabei ist es bevorzugt, wenn das Rührwerk mit einer maximalen Drehzahl betrieben wird während eines Dispergierprozesses, bei dem das Pulver der Beschichtung, insbesondere das Titandioxidpulver, im reinen Wasser dispergiert wird. Ist die Dispersion mit gewünschten Konsistenz hergestellt kann die Drehzahl reduziert werden, insbesondere auf einen Wert von etwa 1000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute, wobei hierdurch eine Aggregation von Partikeln in der Dispersion verhindert wird.
Die Steuereinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Pumpeinrichtung derart anzusteuern, dass eine im Wesentlichen kontinuierliche Zirkulation der Dispersion in einem geschlossenen Kreislauf von der Dispersionseinrichtung zur Sprüheinrichtung und zurück ermöglicht ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Dispersion dauerhaft in Bewegung ist, so dass die Aggregation von Partikeln innerhalb von Leitungen der Beschichtungsvorrichtung verringert bzw. verhindert ist.
Die Beschichtungsvorrichtung kann ferner eine mit der Steuereinheit verbundene Dosieranlage umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine Dispersiondurchflussmenge und eine Druckluftdurchflussmenge während des Versprühens der Dispersion zu erfassen und zu regeln. Dabei kann die Dosieranlage eine Coriolis-Massendurchflussmessvorrichtung und ein Pumpensystem, insbesondere eine Membranpumpe oder eine Kolbendosierpumpe oder eine Schlauchquetschpumpe, umfassen, die dazu eingerichtet sind, die Dispersionsdurchflussmenge zu erfassen und zu regeln. Ferner kann die Dosieranlage wenigstens einen Druckluftdurchflusssensor und wenigstens einen Druckluftabsolutdrucksensor umfassen, wobei deren Messwerte dazu dienen die Druckluft mit einem im Wesentlichen konstanten Betriebsdruck in der Beschichtungsvorrichtung bereitzustellen, insbesondere einem Betriebsdruck von etwa 4-8 bar, vorzugsweise etwa 6 bar. Hierzu wird weiter vorgeschlagen, dass die Beschichtungsvorrichtung einen Druckluftpuffer umfasst, der im Druckluftweg nach der Druckluftquelle angeordnet ist, um Druckschwankungen in der Druckluftquelle auszugleichen.
Um das Beschichten von unterschiedlich ausgestalteten Bereichen der Tubinenscheibe bzw Verdichterscheibe zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Sprüheinrichtung eine automatisiert einstellbare Strahlregulierung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Sprühstrahl als Flachstrahl oder als Rundstrahl auszubilden. Dabei kann die Strahlregulierung ferner dazu eingerichtet sein, während des Beschichtens die Art des Sprühstrahls in Abhängigkeit eines zu beschichtenden Abschnitts der Turbinen- oder Verdichterscheibe zu verändern, insbesondere von einem Flachstrahl zu einem Rundstrahl und umgekehrt. Hierdurch kann beispielsweise bei flächigen Abschnitten der Turbinenscheibe bzw. Verdichterscheibe ein Flachstrahl eingesetzt werden, wobei zwischen den Schaufeln ein Rundstrahl eingesetzt wird.
Die Beschichtungsvorrichtung kann ferner wenigstens eine Viskosimetereinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Viskosität der Dispersion zu messen, wobei die Viskosimetereinrichtung bevorzugt an einem Leitungsabschnitt vorgesehen ist, der zwischen dem Prozessbehälter und der Sprüheinrichtung liegt. Die Viskosimetereinrichtung dient insbesondere der kontinuierlichen Viskositätsmessung. Durch Messung der Viskosität der Dispersion kann die Kontrolle der Prozesssicherheit insbesondere dadurch verbessert werden, dass während des Betriebs aufgrund der dauernd zirkulierenden Dispersion Änderungen in der Zusammensetzung der Dispersion erkannt werden können oder Störungen im System erkannt werden können, die einen Einfluss auf die Viskosität der Dispersion haben, beispielsweise vermehrte Aggregatsbildung oder dergleichen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.

1 zeigt ein vereinfachtes und schematisches Prinzipbild einer Beschichtungsvorrichtung.
2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung eine Verdichterscheibe und verschiedene Positionen einer Sprüheinrichtung während des Besprühens.

1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Prinzipbild einer Beschichtungsvorrichtung 10. Die Beschichtungsvorrichtung 10 umfasst eine Dispersionseinrichtung 12, die dazu eingerichtet ist, eine Dispersion, insbesondere Suspension, aus Pulver und einem Fluid herzustellen und zu speichern. Das Pulver kann beispielsweise in einer Pulverquelle 14 bereitgestellt sein. Die Pulverquelle 14 ist mittels einer Pulverleitung 16 mit der Dispersionseinreichtung 12 verbunden. Das Fluid kann beispielsweise in einer Fluidquelle 18 bereitgestellt sein. Die Fluidquelle 18 ist mittels einer Fluidleitung 20 mit der Dispersioneinrichtung 12 verbunden.
Mit der Dispersionseinrichtung 12 ist über eine Leitung 22 eine Pumpeinrichtung 24 verbunden, die dazu eingerichtet ist, die Dispersion aus der Dispersionseinrichtung 12 zu fördern. Die Beschichtungsvorrichtung umfasst ferner eine Sprühvorrichtung 26, die mittels einer Leitung 28 fluidisch mit der Pumpeinrichtung 24 verbunden ist. Die Sprüheinrichtung 26 ist dazu eingerichtet ist, die von der Pumpeinrichtung 24 geförderte Dispersion abzugeben. Um die Dispersion mittels der Sprüheinrichtung 26 zu versprühen, ist eine Druckluftquelle 30 vorgesehen, die mittels einer Druckluftleitung 32 fluidisch mit der Sprühvorrichtung 26 verbunden ist. Die Druckluftquelle 30 dient dazu, Druckluft an der Sprüheinrichtung 26 bereitzustellen, so dass die abzugebende Dispersion versprüht wird, was durch die gestrichelten Linien 34 angedeutet ist. Die Beschichtungsvorrichtung 10 umfasst weiter eine Robotervorrichtung 36, insbesondere einen 6-Achs- oder 7-Achs-Knickarmroboter, an der die Sprühvorrichtung 26 angebracht ist.
Die Beschichtungsvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, eine Turbinenscheibe 38 oder Verdichterscheibe 38 mit integral ausgebildeten Schaufeln 40 mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Titandioxidbeschichtung, zu versehen. Die Verdichter- bzw. Turbinenscheibe 38 ist hierzu auf einer wenigstens eine Dreheinheit 42 lagerbar bzw. gelagert. Die Dreheinrichtung 42 ist um eine Drehachse DA drehbar, wobei die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 konzentrisch zu dieser Drehachse DA angeordnet ist. Rein beispielhaft ist die Drehrichtung der Dreheinheit 42 und der Verdichter- bzw. Turbinenscheibe 38 durch den Pfeil DR angedeutet, wobei die Drehrichtung auch entgegengesetzt sein kann.
Schließlich umfasst die Beschichtungsvorrichtung 10 wenigstens eine Steuervorrichtung 44, die dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Robotervorrichtung 36 und die Bewegung der Dreheinheit 42 derart zu steuern bzw. regeln, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe 38 die Robotervorrichtung 36 und die Dreheinheit 42 relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind. Das heißt, dass zumindest die Robotervorrichtung 36 oder die Dreheinheit 42 einzeln bewegt werden oder dass sich beide gleichzeitig bewegen. Die Steuereinheit 44 ist mittels elektrischer Leitungen bzw. Signalleitungen mit anzusteuernden Komponenten der Beschichtungsvorrichtung 10 verbunden, wobei derartige elektrische Leitungen bzw. Signalleitungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
Die Dispersionseinrichtung 12 umfasst einen Prozessbehälter 46, in dem die Dispersion herstellbar und speicherbar ist. Für die Herstellung einer Dispersion wird aus der Pulverquelle 14 mittels der Pulverleitung 16 eine gewünschte Menge Pulver in den Prozessbehälter gefördert. Ferner wird aus der Fluidquelle 18 über die Fluidleitung 20 und die Fluidleitung 48 Fluid in den Prozessbehälter 46 geleitet. Das Fluid ist bevorzugt voll entsalztes Wasser bzw. reines Wasser. Das Pulver ist bevorzugt Titandioxid TiO₂.oder ein Pulver aus ähnlich weiß pigmentierten Stoffen. Es können aber auch andere Inhaltsstoffe für die Dispersion vorgesehen werden, insbesondere andere Pulver oder auch Kunststoff bzw. Keramik enthaltende Pulver oder dergleichen. Ferner ist es auch denkbar ein anderes Fluid als voll entsalztes bzw. reines Wasser zu verwenden, wie etwa eine Mischung aus voll entsalztem bzw. reinem Wasser und wenigstens einer weiteren Flüssigkeit. Die Dispersion wird mittels eines Entnahmerohrs 23, das insbesondere als Teil des Leitungsabschnitts 22 ausgebildet sein kann, aus dem Prozessbehälter 46 entnommen.
Die Dispersionseinrichtung 12 umfasst ferner ein Rührwerk 50, das mit einem im Prozessbehälter angeordneten Dispergierwerkzeug 52 koppelbar oder gekoppelt ist. Das Rührwerk 50 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mit einer Drehzahl von bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute betrieben zu werden, wobei das Dispergierwerkzeug 52 mit einer entsprechenden Drehzahl im Prozessbehälter 46 rotiert. Die frei zu wählende Drehzahl hängt insbesondere von der Größe des Prozessbehälters und dem Füllstand bzw. der Menge von Dispersion im Prozessbehälter ab.
Die Beschichtungsvorrichtung 10 weist ferner eine Dreheinheit 42 auf. Auf der Dreheinheit 42 ist eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe 38 insbesondere lagerbar oder gelagert. Die Dreheinheit 42 umfasst einen hier nur angedeuteten Antrieb 55, der dazu eingerichtet ist, die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 um die Drehachse DA zu drehen. Die Dreheinheit 42, insbesondere deren Antrieb 55, kann mittels der Steuervorrichtung 44 angesteuert bzw. geregelt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung 44 die Bewegung der Robotervorrichtung 36 und die Bewegung der Dreheinheit 42 derart steuert bzw. regelt, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe 38 die Robotervorrichtung 36 und die Dreheinheit 42 relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung 44 dazu eingerichtet, dass die Drehbewegung oder ein Stillstand der Dreheinheit 42 um die Drehachse DA und somit die Drehung oder der Stillstand der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 in Koordination mit der Bewegung oder dem Stillstand der Robotervorrichtung 36, insbesondere der Sprühvorrichtung 26 erfolgt.
Aus der Prinzipdarstellung der 1 ist ersichtlich, dass mittels der Pumpeinrichtung 24 Dispersion aus dem Prozessbehälter gefördert werden kann. Das Leitungssystem zwischen dem Prozessbehälter 46 und der Sprüheinrichtung 26 ist so ausgebildet, dass ein geschlossener Kreislauf ermöglicht ist. Dabei wird Dispersion über die Leitungsabschnitte 22, 28, 48 und 58 zwischen dem Prozessbehälter 46 und der Sprüheinrichtung 26 gefördert. Sofern die Sprüheinrichtung 26 nicht in Betrieb ist, also die Dispersion nicht versprüht wird, erfolgt kein Verbrauch der Dispersion durch die Sprüheinrichtung 26. Damit in sich in diesem Fall keine Ablagerungen in den Leitungen bilden, wird die Dispersion in den Leitungsabschnitten en 22, 28, 48 und 58 zirkuliert. Sobald Dispersion mittels der Sprüheinrichtung 26 versprüht wird, ist die Zirkulation unterbrochen und Dispersion tritt aus der Sprüheinrichtung 26 aus, wobei beim Versprühen natürlich die weitere Förderung von Dispersion mittels der Pumpeinrichtung 24 gewährleistet ist.
Damit das Fördern bzw. Zirkulieren von Dispersion bzw. das Reinigen der Leitungen 22, 28, 48 und 58, der Sprüheinrichtung 26 und des Prozessbehälters 46 möglich ist, sind an verschiedenen Stellen des Leitungssystems Ventile 60 vorgesehen. Diese Ventile 60 sind insbesondere als Rückschlagventile ausgeführt. Bevorzugt können 3-Wege bzw. 2-Wege-Ventile eingesetzt werden. Auch die Ventile 60 sind mittels der Steuervorrichtung 40 ansteuerbar, so dass deren jeweilige Ventilstellung einstellbar ist.
An der Fluidleitung 20 kann ein Durchflussmesser 62 vorgesehen sein. Ferner kann an der Druckluftleitung 32 ein weiterer Durchflussmesser 64 vorgesehen sein. Ebenso kann an dem Dispersion fördern Leitungssystem, insbesondere am Leitungsabschnitt 28 ein Durchflussmesser 66 vorgesehen sein. Ferner kann an diesem Leitungsabschnitt 28 oder auch an einem anderen Dispersion fördernden Leitungsabschnitt 22, 48, 58 eine Viskosimetereinrichtung 68 vorgesehen sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Convimeter handeln, das beim Durchfluss von Dispersion ein auf eine Welle übertragenes Drehmoment misst, wobei das Drehmoment sich in Abhängigkeit der Viskosität des Fluids (der Dispersion) ändert. An den verschiedenen Durchflussmessern 62, 64, 66 bzw. an der Viskosimetereinrichtung 68 erfasste Messwerte werden an die Steuervorrichtung 44 übertragen, so dass dort entsprechend die Dosierung von Dispersion, Druckluft gesteuert bzw. geregelt werden kann. Sofern sich bei den Messwerten größere Abweichungen von Sollwerten ergeben, kann ein Beschichtungsvorgang bei Bedarf auch unterbrochen werden. Um Druckschwankungen bei der Druckluft von der Druckluftquelle vorzubeugen, kann ein Druckluftpuffer 65 vorgesehen sein, der im Druckluftweg 32 nach der Druckluftquelle 30 angeordnet ist.
Die Beschichtungsvorrichtung 10 ist an eine Entsorgungseinrichtung 70 angeschlossen. Wird die Beschichtungsanlage 10 gereinigt, kann mittels der Pumpeinrichtung 24 Fluid, insbesondere reines Wasser, aus der Fluidquelle 18 in das Leitungssystem gefördert werden. Beim Reinigen können die verschiedenen Ventile 60 so eingestellt werden, dass das reine Wasser zum einen die Sprüheinrichtung 26 erreicht und zum anderen durch den Prozessbehälter 46 geht. Aus der Sprüheinrichtung 26 austretendes verunreinigtes Spülwasser wird der Entsorgungseinrichtung zugeführt. Ebenso wird verunreinigtes Spülwasser, das durch die verschiedenen Leitungsabschnitte 22, 28, 48, 58 bzw. durch den Prozessbehälter geflossen ist, mittels einer Entsorgungsleitung 72 der Entsorgungseinrichtung 70 zugeführt. Die Reinigung der Beschichtungseinrichtung erfolgt in der Regel jedes Mal, wenn der Prozessbehälter neu mit Dispersion befüllt werden muss.
Dem Prozessbehälter 46 kann eine Füllstandüberwachungseinheit 74 zugeordnet sein, insbesondere eine Gewichtsmessvorrichtung, auf der der Prozessbehälter gelagert ist. Hierdurch kann beim Befüllen des Prozessbehälters 46 in einfacher Weise erfasst werden, wieviel Fluid, insbesondere reines Wasser, und wieviel Metallpulver, insbesondere Titandioxidpulver, für die Herstellung der Suspension beigemengt worden sind. Ferner erlaubt die Füllstandsüberwachungseinheit 74 auch das kontinuierliche Überwachen der Menge an verbleibender Dispersion im Prozessbehälter 46 während den Beschichtungsvorgängen.
Zum Aufbau der Beschichtungsvorrichtung 10 und den verschiedenen Komponenten wird ergänzend noch auf folgende optionalen Möglichkeiten hingewiesen:
Der Prozessbehälter 46 hat die Aufgabe, die Dispersion (Suspension) von äußeren Einflüssen zu schützen. Es ist möglich, dass das Medium im Prozessbehälter 46 unter Druck gehalten wird, was aber nicht zwingend ist. Verschleiß- und bedarfsweise druckfeste Materialen wie hochlegierte Stähle können als Behältermaterial verwendet werden. Es ist vorteilhaft, wenn ein Behälterboden 76 kegelförmig ausgebildet ist. Der Kegelwinkel bewegt sich dabei im Bereich zwischen 60° und 120 °. Der obere Teil des Prozessbehälters 46 ist zylinderförmig.
Das Verhältnis zwischen zylindrischer und kegelförmiger Behälterwand kann etwa 2:1 betragen. Das Dispergierwerkzeug 52 ist bevorzugt im kegelförmigen Bereich des Prozessbehälters46 angeordnet, insbesondere außerhalb der Mitte (exzentrisch zu einer Längsachse des Prozessbehälters 46) und möglichst nahe am Grund (insbesondere wenige cm, bevorzugt etwa 2 cm), um optimale Mischungsergebnisse zu erzielen.
Am untersten Bereich des kegelförmigen Behälterbodens 76, also im Bereich der Kegelspitze, ist die Entsorgungsleitung 72 zur Spülung des Prozessbehälters 46 angeschlossen. Hierdurch können Sedimente im Prozessbehälter 46 einfach entfernt werden. Ein Vorteil des kegelförmigen Behälterbodens ist, dass durch das oberhalb liegende Entnahmerohr 23 keine Sedimente in das Leitungssystem gezogen werden. Hierdurch kann nahezu der gesamte Inhalt des Prozessbehälters 46, also beinahe die gesamte hergestellte Menge an Dispersion, für den Sprühvorgang genutzt werden.
Aufgrund des sehr schnellen Absetzens der Partikel in der Dispersion, was üblicherweise innerhalb weniger Minuten der Fall ist, muss nicht nur die Dispersion im Prozessbehälter 46, sondern auch die Dispersion im kompletten Leitungssystem 22, 28, 48, 58 inklusive der Sprüheinrichtung 26 (Düse) in ständiger Bewegung gehalten werden. Wie bereits ausgeführt, bilden die erwähnten Leitungsabschnitte 22, 28, 48, 58 eine Ringleitung die einen ständigen Bewegungsfluss der Dispersion im kompletten Leitungssystem ermöglicht. Die Pumpeinrichtung 24 ist insbesondere so ausgebildet bzw. ausgewählt, dass sie stabil gegen abrasive Medien ist, eine pulsationsarme Beförderung der Dispersion durch die Leitungen und die Sprüheinrichtung 26 ermöglicht und für einen niedrigen Druckbereich geeignet ist (max. 6Bar). Ferner soll die Pumpeinrichtung 24 schnell wechselbar sein, etwa bei Ausfall bzw. Wartung. Schließlich kann die Pumpeinrichtung 24 so ausgebildet sein, dass es keinen direkten Kontakt der Dispersion zu mechanischen Bauteilen, wie etwa einem Lager und einer Welle, der Pumpeinrichtung 24 gibt. Als Pumpeinrichtung 24 kommt insbesondere eine Doppelmembranpumpe in Betracht. Diese Pumpenbauart erreicht insbesondere einen höheren Wirkungsgrad bei niedrigen Viskositäten des zu fördernden Mediums (Dispersion).
Ein besonderes Augenmerk bei der hier vorgestellten Beschichtungsvorrichtung 10 liegt auch auf einer automatisierten Mikrodosierung der Dispersion. Diese Mikrodosierung muss mit dem zu beschichtenden Teil bzw. Abschnitt der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 und der Verfahrensgeschwindigkeit der Dreheinheit 42 bzw. der Robotervorrichtung 36 koordiniert werden.
Als Robotervorrichtung 36 kann insbesondere ein Knickarmroboter eingesetzt werden. Dieser kann den menschlichen Arm optimal nachbilden und erreicht höchste Reproduzierbarkeiten. Die Anforderungen komplexe Freiformflächen, die Bewegungen aller 6 Achsen voraussetzen, und zusätzlich große Flächen exakt zu beschichten, erfüllt ein Knickarmroboter am besten. Die geforderte Positioniergenauigkeit der Sprüheinrichtung 26 von ±0,2mm kann der Knickarmroboter mit einer üblichen Wiederholgenauigkeit von ca. ±0,1mm ohne große Schwierigkeiten einhalten. Für die Robotervorrichtung 36 kann ein Schutzüberzug mit Innenbelüftung bereitgestellt werden, was eine lange Lebensdauer der Robotervorrichutng 36 unterstützt.
2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Prinzipdarstellung einer zu beschichtende Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38. Die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 weist entlang ihres Umfangs mehrere Schaufeln 40 auf. Beim Beschichten, wird die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 mittels der Dreheinheit 42 (1) um die Drehachse DA gedreht. Während dieser Drehbewegung wird die Sprüheinrichtung 26 mittels der Robotervorrichtung 36 (1) an gewünschten Positionen um die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 positioniert, um die Dispersion auf die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 zu sprühen. In 2 ist die Sprüheinrichtung 26 an unterschiedlichen Positionen dargestellt.
Die Sprüheinrichtung 26 weist insbesondere eine automatisiert einstellbare Strahlregulierung 81 auf. In der 2 ist die Strahlregulierung 81 rein schematisch als kleines Rechteck dargestellt. Die Strahlregulierung ist dazu eingerichtet, einen Sprühstrahl als Flachstrahl 82a oder als Rundstrahl 82b auszubilden. Die Strahlregulierung 81 ist ferner dazu eingerichtet, während des Beschichtens die Art des Sprühstrahls in Abhängigkeit eines zu beschichtenden Abschnitts der Turbinen- oder Verdichterscheibe 38 zu verändern, insbesondere von einem Flachstrahl 82a zu einem Rundstrahl 82b und umgekehrt. Mit anderen Worten lässt sich für jeden zu beschichtenden Abschnitt bzw. Bereich der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 eine gewünschte Einstellung des Sprühstrahls 82a, 82b einstellen. Im Bereich der nebeneinander angeordneten Schaufeln 40 kommt bevorzugt ein Rundstrahl 82b zum Einsatz. In einem eher flächigen Bereich 84 der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 kommt bevorzugt ein Flachstrahl 82a zum Einsatz. Der hier als flächiger Bereich 84 bezeichnete Teil kann insbesondere ein Bereich sein, der sich zwischen einer Nabe 86 und radial äußeren Bereichen der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38 erstreckt.
Die hier vorgestellte Beschichtungseinrichtung 10 kann verfahrensmäßig insbesondere wie folgt eingesetzt werden.
Zunächst wird die Dispersion im Prozessbehälter 46 vorbereitet. Hierbei wird eine definierte Menge an TiO₂ manuell zugeführt, insbesondere aus der Pulverquelle 14. Die definierte Menge an reinem Wasser aus der Fluidquelle 18 wird automatisch zugegeben und über Durchflusskontrolle (Durchflussmesser 62) überwacht. Das Dispergierwerkzeug 52 erzeugt die Dispersion bei hoher Drehzahl (beispielsweise etwa 6000U/min mit einem sogenannten Y-Stral Dispermix) während etwa 15 min. Anschließend wird die Drehzahl zur Beibehaltung einer gut durchmischten Dispersion auf eine Dauerdrehzahl von etwa 2000U/min reduziert.
Beim Aufsprühen von Dispersion auf die Turbinen- bzw. Verdichterscheibe werden die Ventile 60 in eine sogenannte Sprühstellung gebracht. Während dem Sprühprozess ist die Zirkulation nicht aktiv. Eine Präzisionsdosierung der Dispersion wird so geregelt bzw. gesteuert, dass sie mit der Bewegung der Sprüheinrichtung 26 im Raum korreliert (fest eingestellte Werte für jeweiligen zu beschichtenden Bereich der Turbinen- bzw. Verdichterscheibe 38). Sobald die Robotorvorrichtung 36 und die Dreheinheit 42 in einer gewünschten Bewegung zueinander sind kann das Aufsprühen von Dispersion erfolgen. Sobald der Sprühprozess stoppt, zirkuliert die Dispersion wieder zwischen Srpüheinrichtung 26 und Prozessbehälter 46. Dabei fördert die Pumpeinrichtung 24 die Dispersion kontinuierlich durch das Leitungssystem 22, 28, 48, 58, um Sedimentationen zu vermeiden.
Bei niedrigem Dispersionsstand im Prozessbehälter 46 werden die Ventileinrichtung in eine sogenannte Reinigungsstellung gebracht. Die Pumpeinrichtung 24 pumpt vollentsalztes (VE- )Wasser durch die Sprüheinrichtung 26 und die Leitungen, wobei das verunreinigte Wasser der Entsorgungseinrichtung 70 zugeführt wird. In einem weiteren Schritte werden die Ventileinrichtungen 60 in eine sogenannte Behälterstellung gebracht, so dass dann der Prozessbehälter 46 gespült und von Sedimentation gereinigt wird. Das Spülwasser fließt in die Entsorgungseinrichtung 70.
Nach der Reinigung wird neue Dispersion im Prozessbehälter 46 erzeugt. Der Prozess beginnt also wieder am Anfang.
Bezugszeichenliste

10: Beschichtungsvorrichtung
12: Dispersionseinrichtung
14: Pulverquelle
16: Pulverleitung
18: Fluidquelle
20: Fluidleitung
22: Leitung
23: Entnahmerohr
24: Pumpeinrichtung
26: Sprüheinrichtung
28: Leitung
30: Druckluftquelle
32: Druckluftleitung
34: versprühte Dispersion
36: Robotervorrichtung
38: Turbinenscheibe oder Verdichterscheibe
40: Schaufeln
42: Dreheinheit
44: Steuervorrichtung
46: Prozessbehälter
50: Rührwerk
52: Dispergierwerkzeug
58: Leitung
60: Ventil
62: Durchflussmesser
64: Durchflussmesser
66: Durchflussmesser
68: Viskosimetereinrichtung
70: Entsorgungseinrichtung
72: Entsorgungsleitung
74: Füllstandsüberwachungseinheit
76: Behälterboden
81: Strahlregulierung
82a: Flachstrahl
82b: Rundstrahl
84: flächiger Bereich
86: Nabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2329886 A2 [0002]

Claims

Beschichtungsvorrichtung (10), die dazu eingerichtet ist, Turbinen- oder Verdichterscheiben (38) mit integral ausgebildeten Schaufeln (40), insbesondere automatisiert mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Titandioxidbeschichtung, zu versehen, umfassend: wenigstens eine Dispersionseinrichtung (12), die dazu eingerichtet ist, eine Dispersion, insbesondere Suspension, aus metallischem Pulver und einem Fluid, insbesondere reinem Wasser, herzustellen und zu speichern, wenigstens eine mit der Dispersionseinrichtung (12) fluidisch verbundene Pumpeinrichtung (24), die dazu eingerichtet ist, die Dispersion aus der Dispersionseinrichtung (12) zu fördern, wenigstens eine Sprühvorrichtung (26), die fluidisch mit der Pumpeinrichtung (24) verbunden ist, wobei die Sprüheinrichtung (26) dazu eingerichtet ist, die von der Pumpeinrichtung (24) geförderte Dispersion abzugeben, wenigstens eine Druckluftquelle (30), die fluidisch mit der Sprühvorrichtung (26) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, Druckluft an der Sprüheinrichtung (26) bereitzustellen, so dass die abzugebende Dispersion versprüht wird, wenigstens eine Robotervorrichtung (36), insbesondere einen 6-Achs- oder 7-Achs-Knickarmroboter, an der die Sprühvorrichtung (26) angebracht ist, wenigstens eine Dreheinheit (42), auf der eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) lagerbar oder gelagert ist, wenigstens eine Steuervorrichtung (44), die dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Robotervorrichtung (36) und die Bewegung der Dreheinheit (42) derart zu steuern bzw. regeln, dass während des Beschichtens einer Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) die Robotervorrichtung (36) und die Dreheinheit (42) relativ zueinander kontinuierlich in Bewegung sind.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Dreheinheit (42) derart ausgeführt ist, dass eine zu beschichtende Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) konzentrisch zu einer Drehachse (DA) der Dreheinheit (42) lagerbar oder gelagert ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sie ferner einen der Dispersionseinrichtung (12) zugeordneten Prozessbehälter (46) umfasst, in dem die Dispersion herstellbar und speicherbar ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei dem Prozessbehälter (46) eine Füllstandüberwachungseinheit (74) zugeordnet ist, insbesondere eine Gewichtsmessvorrichtung, auf der der Prozessbehälter (46) gelagert ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Dispersionseinrichtung (12) wenigstens ein motorisiert angetriebenes Rührwerk (50) umfasst, das mit einem im Prozessbehälter (46) angeordneten Dispergierwerkzeug (52) koppelbar oder gekoppelt ist, wobei das Rührwerk (50) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, mit einer Drehzahl von bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute betrieben zu werden.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (44) dazu eingerichtet ist, die Pumpeinrichtung (24) derart anzusteuern, dass eine im Wesentlichen kontinuierliche Zirkulation der Dispersion in einem geschlossenen Kreislauf von der Dispersionseinrichtung (12) zur Sprüheinrichtung (26) und zurück ermöglicht ist.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine mit der Steuereinheit (44) verbundene Dosieranlage (61, 64, 66, 68), die dazu eingerichtet ist, eine Dispersiondurchflussmenge und eine Druckluftdurchflussmenge während des Versprühens der Dispersion zu erfassen und zu regeln.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Dosieranlage (61) eine Coriolis-Massendurchflussmessvorrichtung und ein Pumpensystem, insbesondere eine Membranpumpe oder eine Kolbendosierpumpe oder eine Schlauchquetschpumpe, umfasst, die dazu eingerichtet sind, die Dispersionsdurchflussmenge zu erfassen und zu regeln.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Dosieranlage wenigstens einen Druckluftdurchflusssensor (64) und wenigstens einen Druckluftabsolutdrucksensor umfasst, wobei deren Messwerte dazu dienen, die Druckluft mit einem im Wesentlichen konstanten Betriebsdruck in der Beschichtungsvorrichtung (10) bereitzustellen, insbesondere einem Betriebsdruck von etwa 4-8 bar, vorzugsweise etwa 6 bar.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend einen Druckluftpuffer (65), der im Druckluftweg nach der Druckluftquelle (30) angeordnet ist, um Druckschwankungen in der Druckluftquelle (30) auszugleichen.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sprüheinrichtung (26) eine automatisiert einstellbare Strahlregulierung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Sprühstrahl als Flachstrahl (82a) oder als Rundstrahl (82b) auszubilden.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Strahlregulierung ferner dazu eingerichtet ist, während des Beschichtens die Art des Sprühstrahls in Abhängigkeit eines zu beschichtenden Abschnitts (40, 84) der Turbinen- oder Verdichterscheibe (38) zu verändern, insbesondere von einem Flachstrahl (82a) zu einem Rundstrahl (82b) und umgekehrt.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sie ferner wenigstens eine Viskosimetereinrichtung (68) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Viskosität der Dispersion zu messen, wobei die Viskosimetereinrichtung (68) bevorzugt an einem Leitungsabschnitt (28) vorgesehen ist, der zwischen dem Prozessbehälter (46) und der Sprüheinrichtung (26) liegt.