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Partielles Entfernen von keramischen Wärmedämmschichten mittels Ultraschallbearbeitung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018469D
Original Publication Date: 2002-Sep-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 160K

Publishing Venue

Siemens

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Karsten Klein: AUTHOR [+2]

Abstract

Turbinenleit- und -laufschaufeln werden aufgrund der hohen thermischen Belastung in den ersten Stu- fen einer Gasturbine mit keramischen Schichten versehen. Diese werden z.B. mittels Electron Beam- Physical Vapor Deposition (EBPVD)- oder atmo- sphärischen Plasmaspritzen (APS)-Verfahren aufge- bracht. Besagte Turbinenschaufeln besitzen Kühlluftbohrun- gen, deren geometrische Abmessungen nicht durch den Beschichtungsprozess beeinflusst werden dürfen. Bei EBPVD-Beschichtungen ist dies meist ohne zusätzliche Maßnahmen möglich.

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Partielles Entfernen von kerami-schen Wärmedämmschichten mit-tels Ultraschallbearbeitung

Idee: Karsten Klein, Berlin;

Jens Birkner, Mülheim

Energie

Turbinenleit-� und� -laufschaufeln� werden aufgrundder hohen thermischen Belastung in den ersten Stu-fen� einer� Gasturbine� mit keramischen Schichtenversehen. Diese werden z.B. mittels� Electron Beam-Physical� Vapor Deposition� � (EBPVD)-� oder� atmo-sphärischen Plasmaspritzen� (APS)-Verfahren aufge-bracht.

Besagte Turbinenschaufeln besitzen Kühlluftbohrun-gen, deren geometrische Abmessungen nicht durchden Beschichtungsprozess beeinflusst werden dürfen.Bei� EBPVD-Beschichtungen� ist� dies meist ohnezusätzliche Maßnahmen möglich.

Bei den kostengünstigeren APS-Beschichtungenmüssen hingegen� schon� bei� der� Neufertigung� ent-sprechende Maßnahmen gegen ein sogenanntes ,,coatdown“ in den Kühlluftbohrungen getroffen werden.

Hierfür stehen zwei Alternativen zur Verfügung:

a)� Maskierung:Kühlluftbohrungen� oder� Bereiche,� die� nicht be-schichtet werden sollen, werden vor der Beschich-tung� abgedeckt� bzw.� mit� einem hierfür geeignetenWerkstoff� gefüllt.� Letztgenannter� Arbeitsschritt istmit mehreren Prozessschritten verbunden - Maskie-rung, Reinigung der zu beschichtenden Oberflächen,Beschichtung, Entfernen der Maskierung (thermischeoder chemische Verfahren), Reinigung.

b)� Reopening:Die Bohrungen werden mittels Laser- oder funkenerosiver� Bearbeitung� wiedergeöffnet.� Letzteres� istjedoch nur für die metallischen Haftvermittler-schichten anwendbar. Denkbar� wären� aber� auchandere� bekannte� Fertigungsverfahren für� die� Kera-mikbearbeitung.

Das Maskieren mit Polymeren vor einer APS-Beschichtung ist bereits Stand der Technik. Hierbeikann es jedoch in Ausnahmefällen zu einer hohenlokalen thermischen Belastung und damit zu einemcoat-down der hiervon betroffenen Bohrungen füh-ren. Dies macht momentan ein komplettes Entfernender� Keramikbeschichtung� mit� anschließender Wie-derholung der Prozessfolge Maskierung/APS-Beschichtung notwendig.

Das� Öffnen� von� Bohrungen,� die mit einer APS-Keramikbeschichtung bedeckt sind, kann mittelsLaserbohren� erreicht� werden. Dieses Bearbeitungs-verfahren arbeitet jedoch nicht selektiv, d.h. die unterder Keramikschicht liegende MCrAlY-Schicht sowiedas metallische Substrat können beschädigt werden.

Um dies zu vermeiden, muss eine genaue Ansteue-rung der einzelnen Bohrungen erfolgen, was in derPraxis kostenintensive Prozesse verursacht.

Aus dem Bereich der Zahnheilkunde ist die Ultra-schallbearbeitung zum Entfernen von Zahnsteinbereits� bekannt.� Hierbei� wird eine Sonotrode inKontakt mit den zu entfernenden Zahnstein gebracht,der� sich� durch� die� Bearbeitung� vom� Zahn ablöst.Dies� geschieht� ohne� erkennbare� Schädigung� desZahnes.

Die Werkzeuge arbeiten mit Frequenzen von 18.000bis 50.000 Schwingungen pro Sekunde, wobeihochfrequenter elektrischer Strom entweder elektro-magnetisch oder piezoelektrisch in mechanischeSchwingungen umgew...