DE102013110069A1

DE102013110069A1 - Mikrokanal Beschichtungssystem und Verfahren zur Verwendung desselben

Info

Publication number: DE102013110069A1
Application number: DE201310110069
Authority: DE
Inventors: Ronald Scott Bunker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN103817032B; CH706983A2; JP6200740B2; CN103817032A; JP2014111933A; US8974859B2; US20140220253A1

Abstract

Verfahren zur Druckbeschichtung einer Zielfläche eines Industrieartikels, der eine oder mehrere Nuten aufweist, die in einer Außenfläche eines Industrieartikels ausgebildet sind, beinhalten den Schritt, eine Druckmaskierungseinrichtung, die ein Druckmaskierungsfluid enthält, strömungsmäßig mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern an einer ersten Seite des Industrieartikels zu verbinden. Das eine oder die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher befinden sich in strömungsmäßiger Verbindung mit der einen oder den mehreren Nuten. Leiten des Druckmaskierungsfluids durch die Nut(en) von der ersten Seite zu einer zweiten Seite, die die Zielfläche aufweist, bei einem Druck, der geringer ist als der Beschichtungsdruck des Beschichtungsmaterials, und Beschichten der Zielfläche mit dem Beschichtungsmaterial, um dem Beschichtungsmaterial zu gestatten, die Nut(en) zu überbrücken und eine oder mehrere Mikrokanäle zu bilden. Das Druckmaskierungsfluid, das die Nut(en) durchquert, verhindert, dass das Beschichtungsmaterial eine Querschnittsfläche der Nut(en) über deren Länge dauerhaft verändert.

Description

HINTERGRUND
Die hier beschriebene Erfindung betrifft Systeme zum Aufbringen von Beschichtungen und spezieller Systeme zum Aufbringen von Beschichtungen auf Mikrokanälen zum Beschichten von Artikeln, die Mikrokühlkanäle aufweisen.
Gasturbinen finden sich in vielen Anwendungen und beinhalten beispielsweise industrielle Turbinen, aus der Luftfahrt abgeleitete Turbinen, Luftfahrzeugturbinen, und dergleichen. Beispielsweise wird in einer Gasturbine für den Einsatz in einem Luftfahrzeug Luft in den vorderen Abschnitt des Triebwerks gesaugt, durch einen auf einer Welle befestigten rotierenden Verdichter verdichtet, und mit Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird verbrannt, und die heißen Abgase werden durch eine Turbine geleitet, die auf einer Welle befestigt ist. Der Gasstrom treibt die Turbine drehend an, was die Welle in Drehung versetzt und den Verdichter und den Fan antreibt. Die heißen Abgase strömen aus dem hinteren Abschnitt der Turbine, wobei sie diese und das Flugzeug vorwärts treiben.
Während des Betriebs von Gasturbinen können die Temperaturen der Verbrennungsgase 3.000°F überschreiten und liegen damit deutlich über den Schmelzpunkten der Metallkomponenten des Triebwerks, die mit diesen Gasen in Berührung stehen. Der Betrieb dieser Triebwerke bei Gastemperaturen, die die Schmelzpunkte der Metallkomponenten überschreiten, ist technisch gängige Praxis und ist zum Teil auf die Zufuhr von Kühlluft zu den Außenflächen der Metallkomponenten mittels vielfältiger Verfahren angewiesen. Die Heißgaspfadkomponenten werden typischerweise durch Zapfluft aus dem Verdichter gekühlt. Die Metallkomponenten dieser Triebwerke, die besonders hohen Temperaturen ausgesetzt sind und daher besondere Beachtung hinsichtlich der Kühlung erfordern, sind die Metallkomponenten, die Brennkammeranordnungen und Teile bilden, die hinter der Brennkammeranordnung angeordnet sind. Während gegenwärtig Metallkomponenten üblich sind, sollte klar sein, dass zukünftig beispielsweise keramische Teile und Keramik-Matrixverbundstoffe vorhanden sein können, die eine ähnliche Kühlung voraussetzen werden.
Die Kühltechnik für Gasturbinen ist ausgereift, und es liegen zahlreiche Patente für verschiedene Ausführungsformen von Kühlkreisläufen und Merkmalen der verschiedenen Heißgaspfadkomponenten vor. Beispielsweise weist die Brennkammeranordnung in der Luftfahrtindustrie gewöhnlich radial äußere und innere Wände auf, die während des Betriebs gekühlt werden müssen. Industrielle Turbinen nutzen häufiger Ringbrennkammern oder Stufenquerschnittsbrennkammern. Turbinenleitapparate enthalten hohle Leitschaufeln, die zwischen einem äußeren und einem inneren Band angebracht sind, und ebenfalls Kühlung erfordern. Turbinenlaufschaufeln sind hohl und enthalten typischerweise Kühlkreisläufe, wobei die Laufschaufeln von Deckbändern umgeben sind, die ebenfalls Kühlung erfordern. Die heißen Verbrennungsgase werden durch einen Abgasauslass entlassen, der ebenfalls ausgekleidet und auf geeignete Weise gekühlt sein kann.
In sämtlichen exemplarischen Gasturbinenkomponenten werden typischerweise dünne Metallwände aus hochfesten Superlegierungsmetallen verwendet, um eine verbesserte Dauerfestigkeit bei gleichzeitig minimiertem Kühlbedarf zu erreichen. Verschiedene Kühlkreisläufe und Merkmale sind speziell auf diese einzelnen Bauteile in ihrer jeweiligen Umgebung in der Turbine zugeschnitten. Beispielsweise können in einer Heißgaspfadkomponente mehrere Kühlkanäle oder Serpentinen ausgebildet sein. Den Serpentinen kann aus einem Plenum ein Kühlfluid zugeführt werden, und das Kühlfluid kann durch die Kanäle strömen und das Substrat und die Beschichtung der Bauteile des Heißgaspfades kühlen. Allerdings ergeben sich anhand dieser Kühlungsstrategie typischerweise relativ geringe Wärmeübertragungsraten und ungleichmäßige Temperaturprofile von Bauteilen.
Mikrokanaloberflächenkühlung ist in der Lage, die Kühlanforderungen deutlich zu reduzieren, indem die Kühlung so nahe wie möglich an die Wärmezone herangebracht wird, so dass dadurch die Temperaturdifferenz zwischen der warmen und der kalten Seite für eine vorgegebene Wärmeübertragungsrate reduziert wird. Herkömmliche Techniken zum Ausbilden von Mikrokanälen erfordern gewöhnlich spezialisierte Techniken, beispielsweise die Verwendung von Opfer-Füllmaterialien, hinterschnittene Nuten, schräge Aufbringtechniken, oder dergleichen. Die Verwendung von Opfer-Füllmaterialien verhindert ein Aufbringen der Beschichtung in den Mikrokanälen, wobei die Beschichtung während des Aufbringens gestützt wird. Nach dem Aufbringen des Beschichtungssystems wird das (flüchtige) Opfer-Füllmaterial entfernt. Das Füllen der Kanäle mit einem flüchtigen Material und das spätere Entfernen jenes Materials stellt gegenwärtige Mikrokanalbearbeitungstechniken vor Probleme. Das Entfernen des Opfer-Füllmaterials beinhaltet möglicherweise schädliche Auslaugätz- oder Verdampfungsverfahren und nimmt typischerweise viel Zeit in Anspruch. Außerdem können Füllmaterialrückstände ein Problem darstellen. Andere Techniken zum Anbringen von Beschichtungen an Mikrokanälen beinhalten die Herstellung hinterschnittener Nuten, bei denen eine Nutöffnung an der Oberfläche ausreichend klein ist, so dass die Beschichtungspartikel eine Brücke bilden, wobei nur wenig oder überhaupt kein Material innerhalb der Nut, und somit in dem ausgebildeten Mikrokanal, abgeschieden wird. Zusätzlich wurden schräge Aufbringtechniken für das Anbringen der Beschichtung verwendet, um dadurch die Sichtlinie in die Kanalöffnung zu verringern. Während diese Techniken das Aufbringen der Beschichtungsschicht erreichen, lassen sie ungewollt zu, dass unerwünschte Beschichtungspartikel in die Mikrokanäle oder Kanalöffnungen hinein abgeschieden werden.
Weitere Faktoren, beispielsweise die Größe und Gestalt eines Mikrokanals an der Aufbringfläche der Beschichtung, werden die Menge von Beschichtungsmaterial beeinflussen, die in dem Mikrokanal abgeschieden wird, obwohl die Sichtlinie vorhanden ist. Zum Teil ist dies auf den größeren Aufbringwinkel für Flächen zurückzuführen, die nicht senkrecht zu der Spritzrichtung verlaufen, beispielsweise Seitenwände des Mikrokanals.
Dementsprechend würde der Fachmann alternative Systeme zum Aufbringen von Beschichtungen und Verfahren begrüßen.
KURZBESCHREIBUNG
In einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zur Druckbeschichtung einer Zielfläche eines Industrieartikels offenbart, das dazu dient, einen oder mehrere Mikrokanäle zu bilden. Zu dem Verfahren gehört der Schritt, eine Druckmaskierungseinrichtung, die ein Druckmaskierungsfluid enthält, strömungsmäßig mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern zu verbinden, die auf einer Oberfläche eines Industrieartikels ausgebildet sind und die sich in strömungsmäßiger Verbindung mit einer oder mehreren Nuten befinden, die an einer gegenüberliegenden Fläche davon ausgebildet sind. Weiter beinhaltet das Verfahren den Schritt: Leiten das Druckmaskierungsfluids bei einem ersten Druck durch das eine oder die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher und durch die Nut(en) von der ersten Seite zu einer zweiten Seite, die die Zielfläche beinhaltet. Die Zielfläche wird anschließend beschichtet, indem ein Beschichtungsmaterial in Richtung der Zielfläche geschleudert wird, wobei das Druckmaskierungsfluid, das die Nut(en) bei einem ersten Druck durchquert, verhindert, dass das Beschichtungsmaterial eine Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher wesentlich verändert. Als Nächstes wird ein Druckmaskierungsfluid bei einem zweiten Druck, der größer oder gleich dem ersten Druck ist, durch das eine oder durch die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher und durch die Nut(en) geleitet, und während mit der Beschichtung der Zielfläche fortgefahren wird, um dem Beschichtungsmaterial zu gestatten, die Nut(en) über die Länge der Nut(en) in Richtung eines Austrittsbereichs zu überbrücken und den einen oder die mehreren Mikrokanäle zu bilden. Das Druckmaskierungsfluid ist gezwungen, über die Länge der Nut(en) zu strömen, da die Nut(en) durch das Beschichtungsmaterial überbrückt sind.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Druckmaskierungssystem zum Beschichten einer Zielfläche eines Industrieartikels offenbart, der eine oder mehrere Nuten aufweist, die auf einer Außenfläche ausgebildet sind. Das Druckmaskierungssystem enthält eine Druckmaskierungseinrichtung, die auf einer ersten Seite des Industrieartikels mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern strömungsmäßig verbunden ist, die sich in strömungsmäßiger Verbindung mit einer oder mehreren Nuten befinden. Die Druckmaskierungseinrichtung leitet ein Druckmaskierungsfluid bei einem veränderbaren Druck durch die Nut(en), und zwar ausgehend von der ersten Seite über die Länge der Nut(en) in Richtung eines Austrittsbereichs an einer zweiten Seite, wobei die zweite Seite die Zielfläche aufweist. Das System enthält außerdem einen Teilebeschichter, der ein Beschichtungsmaterial in Richtung der Zielfläche schleudert. Das Druckmaskierungsfluid gestattet dem Beschichtungsmaterial, die Nut(en) über die Länge der Nut(en) in Richtung eines Austrittsbereichs zu überbrücken, um einen oder mehrere Mikrokanäle zu bilden und um zu verhindern, dass das Beschichtungsmaterial eine Querschnittsfläche der Nut(en) dauerhaft ändert.
Diese und zusätzliche Merkmale, die durch die hier erörterten Ausführungsbeispiele geschaffen sind, werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die anhand der Figuren unterbreiteten Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung und als Beispiele, und sollen die durch die Ansprüche definierten Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsbeispiele wird nach dem Lesen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind, verständlich:
1 veranschaulicht schematisch ein Gasturbinensystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
2 veranschaulicht schematisch einen Querschnitt einer beispielhaften Schaufelblattkonstruktion mit Oberflächenkühlkanälen gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
3 veranschaulicht schematisch ein Druckmaskierungssystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
4 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht ein Druckmaskierungssystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
5 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht ein Druckmaskierungssystem von 4 gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Druckmaskierungssystems gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
7 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht ein Druckmaskierungssystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen;
8 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht ein Druckmaskierungssystem gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen; und
9 zeigt in einem Blockschaltbild ein Verfahren zur Druckbeschichtung eines Artikels mittels eines Druckmaskierungssystems gemäß einem oder mehreren hier gezeigten oder beschriebenen Ausführungsbeispielen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele vorzulegen, sind in der Beschreibung möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung aufgeführt. Es sollte als Vorteil erachtet werden, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, z. B. Konformität mit systembezogenen und wirtschaftlichen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitraubend sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für den Fachmann, der über den Vorteil dieser Beschreibung verfügt, eine Routinemaßnahme der Entwicklung, Fertigung und Herstellung bedeuten würde.
Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die unbestimmten und bestimmten Artikel ”ein”, ”eine” bzw. ”der, die, das” und dergleichen das Vorhandensein von mehr als einem Element einschließen. Die Begriffe ”umfassen”, ”enthalten” und ”aufweisen” sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgelisteten Elementen unterscheiden.
Hier beschriebene Druckmaskierungssysteme enthalten allgemein eine Druckmaskierungseinrichtung und einen Teilebeschichter, um die Zielfläche eines Industrieartikels zu beschichten, der eine oder mehrere Nuten aufweist, um einen oder mehrere Mikrokanäle zu bilden, die im Vorliegenden auch als Oberflächenkühlkanäle bezeichnet sind. Während der Teilebeschichter Beschichtungsmaterial in Richtung der Zielfläche schleudert, ist ein Druckmaskierungsfluid über ein Kühlmittelzufuhrloch strömungsmäßig mit den Nuten verbunden und wird dort durch die Nuten hindurch geleitet, um dem Beschichtungsmaterial zu gestatten, die Nut zu überbrücken und einen oder mehrere Mikrokanäle bilden, die hier auch als die Oberflächenkühlkanäle bezeichnet sind, und um zu verhindern, dass das Beschichtungsmaterial eine Querschnittsfläche der Oberflächenkühlkanäle und einer Zufuhrauslassöffnung dauerhaft verändert. Im Vorliegenden werden Druckmaskierungssysteme und Verfahren zur Druckbeschichtung einer Zielfläche eines Industrieartikels, um eine oder mehrere Oberflächenkühlkanäle zu bilden, im Einzelnen erörtert.
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Gasturbinensystem 10. Das System 10 kann einen oder mehrere Verdichter 12, Brennkammeranordnungen 14, Turbinen 16 und Brennstoffdüsen 20 enthalten. Der Verdichter 12 und die Turbine 16 können durch eine oder mehrere Wellen 18 verbunden sein. Die Welle 18 kann eine einzelne Welle sein oder mehrere Wellensegmente beinhalten, die miteinander verbunden sind, um die Welle 18 zu bilden.
Das Gasturbinensystem 10 kann eine Anzahl von Heißgaspfadkomponenten enthalten. Eine Heißgaspfadkomponente ist eine beliebige Komponente des Systems 10, die zumindest teilweise einem durch das System 10 strömenden Heißgasstrom ausgesetzt ist. Beispielsweise sind (auch als Laufschaufeln oder Schaufelblattanordnungen bekannte) Schaufelanordnungen, Leitapparatanordnungen (die auch als Leitschaufeln oder Leitschaufelanordnungen bekannt sind), Mantelanordnungen, Übergangsstücke, Sicherungsringe und Verdichterauslasskomponenten ausnahmslos Heißgaspfadkomponenten. Es sollte allerdings verständlich sein, dass die Heißgaspfadkomponente der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben erwähnten Beispiele beschränkt ist, sondern vielmehr ein beliebiges Bauteil sein kann, das zumindest teilweise einem Heißgasstrom ausgesetzt ist. Weiter sollte klar sein, dass die Heißgaspfadkomponente der vorliegenden Erfindung nicht auf Bauteile in Gasturbinensystemen 10 beschränkt ist, sondern ein beliebiges Teil der Maschine oder ein Bauteil davon sein kann, das möglicherweise Hochtemperaturströmen ausgesetzt ist.
Wenn eine Heißgaspfadkomponente einem Heißgasstrom ausgesetzt ist, wird die Heißgaspfadkomponente durch den Heißgasstrom erwärmt und kann eine Temperatur erreichen, bei der die Heißgaspfadkomponente ausfällt. Um zu ermöglichen, dass das Systems 10 mit einem Hochtemperatur-Heißgasstrom betrieben werden kann, der den Wirkungsgrad und die Leistung des Systems 10 steigert, ist daher ein Kühlsystem für die Heißgaspfadkomponente erforderlich.
Allgemein weist das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung eine Reihe kleiner Kühlkanäle oder Mikrokanäle auf, die in der Oberfläche der Heißgaspfadkomponente ausgebildet sind. Die Heißgaspfadkomponente kann mit einer oder mehreren Nuten und mit einer Beschichtung ausgebildet sein, die dazu dient, dort die Nuten zu überbrücken und die Mikrokanäle zu bilden. Den Mikrokanälen kann ein Kühlfluid aus einem Plenum zugeführt werden, und das Kühlfluid kann durch die Mikrokanäle strömen, wobei die Beschichtung gekühlt wird.
Mit Bezugnahme auf 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Heißgaskomponente 30 veranschaulicht, die eine Schaufelblattgestalt aufweist. Wie dargestellt, weist die Komponente 30 ein Substrat 32 mit einer Außenfläche 34 und einer Innenfläche 36 auf. Die Innenfläche 36 des Substrats 32 definiert wenigstens einen hohlen Innenraum 38. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Heißgaskomponente 30 anstelle eines hohlen Innenraums einen Zufuhrhohlraum aufweisen. Die Außenfläche 34 des Substrats 32 definiert eine Anzahl von Oberflächenkühlkanälen 40. Jeder der Oberflächenkühlkanäle 40 verläuft zumindest zum Teil entlang der Außenfläche 34 des Substrats 32. Auf wenigstens einem Teil der Außenfläche 34 des Substrats 32 ist eine Beschichtung 42 aufgebracht. In einem Ausführungsbeispiel kann die Heißgaskomponente 30 mehrere Beschichtungen 42 aufweisen, und die Oberflächenkühlkanäle 40 können in dem Substrat 32, teilweise in dem Substrat 32 und in der einen oder in den mehreren Beschichtungen 42, oder vollständig in der einen oder in den mehreren Beschichtungen 42 ausgebildet sein.
Ein Druckmaskierungssystem und ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente 30 ist anhand 3–9 beschrieben. Wie beispielsweise in 4–9 gezeigt, beinhaltet das Verfahren den Schritt, in der Außenfläche 34 des Substrats 32 eine oder mehrere Nuten 52 auszubilden. Im Falle der veranschaulichten Beispiele sind in dem Substrat 32 mehrere Nuten 52 ausgebildet. In einem Ausführungsbeispiel, wie es beispielsweise in 5 gezeigt ist, kann jede der Nuten 52 einen Boden 54 und eine Oberseite 56 aufweisen, wobei der Boden 54 breiter ist als die Oberseite 56, so dass jede der Nuten 52 eine hinterschnittene Nut ist 58. In einem Ausführungsbeispiel, kann jede der Nuten 52, wie beispielsweise in 8 gezeigt, einen Boden 54 und eine Oberseite 56 aufweisen, wobei der Boden 54 und die Oberseite 56 im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen. Wie in 4, 6 und 7 dargestellt, bilden die Nuten 52 einen oder mehrere Oberflächenkühlkanäle 40, um Fluid zu mehreren Austrittsfilmlöchern 60 zu befördern. Obwohl die Austrittsfilmlöcher in 6 rund und, wie in 7 gezeigt, unter einem Winkel gegenüber der Oberfläche der Beschichtung 42 dargestellt sind, ist zu beachten, dass die Beispiele als nicht beschränkend zu bewerten sind. Die Filmlöcher brauchen nicht kreisförmig ausgebildet zu sein und sie können im Wesentlichen senkrecht zu der Beschichtungsfläche oder unter einem beliebigen Winkel in Bezug auf diese angeordnet sein. Darüber hinaus brauchen die Filmlöcher in einem Ausführungsbeispiel nicht unbedingt als gesonderte Merkmale ausgebildet zu sein, die genau ein Filmloch pro Oberflächenkühlkanal aufweisen. In einem solchen Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere Filmrinnen ausgebildet sein, die mehr als einen Oberflächenkühlkanalausgang zu dem Merkmal eines kontinuierlichen Ausgangs verbinden.
Wie in 3–8 dargestellt, und wie zuvor gezeigt, sind ein oder mehrere Fluideingänge oder Kühlungszufuhrlöcher 62 durch den Boden 54 einer entsprechenden Nut 52 hindurch ausgebildet, um zwischen den Nuten 52, und insbesondere zwischen den endgültigen Oberflächenkühlkanälen 40 und dem wenigstens einen oder den mehreren hohlen Innenräumen 38 eine strömungstechnische Verbindung bereitzustellen. Die Kühlungszufuhrlöcher 62 weisen gewöhnlich einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf und können beispielsweise durch eine oder mehrere der folgenden Techniken ausgebildet sein:
Laserbearbeitung (Laserbohren), abrasives Flüssigkeitsstrahlen, Funkenerodieren (EDM) und Elektronenstrahlbohren. Die Kühlungszufuhrlöcher 62 können senkrecht zu dem Boden 54 der entsprechenden Nuten 52 verlaufen, oder sie können in Winkeln von 20–90 Grad gegenüber dem Boden 54 der Nut 52 gebohrt sein.
Weiter mit Bezug auf 3–9 ist ein Druckmaskierungssystem 70 veranschaulicht, das einen Teilebeschichter 72 und eine Druckmaskierungseinrichtung 74 zum Beschichten eines Artikels 76 enthält, in dem eine oder mehreren Nuten 52 ausgebildet sind. Die Nut(en) 52 sind jeweils strömungsmäßig mit einem der Kühlmittelzufuhrlöcher 62 und einem Austrittsbereich 53 verbunden, so dass einem Kühlfluid gestattet ist, den Artikel 76 in dem sich ergebenden Oberflächenkühlkanal 40 von einer ersten Seite 44 zu einer zweiten Seite 46 zu durchqueren. Wie oben erörtert, kann der Artikel 76 eine Reihe unterschiedlicher Teile beinhalten, beispielsweise eine Brennkammerwand oder eine sonstige Komponente einer Gasturbine. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Artikel 76 eine Turbinenkomponente, beispielsweise eine Heißgaspfadkomponente oder eine Brennkammerkomponente, beinhalten.
Wie in 3–8 zu sehen, weist die zweite Seite 46 des Industrieartikels 76 eine Zielfläche 48 auf, die zu beschichten ist. Die Zielfläche 48 wird vor der ersten Nutzung, oder bei einer Routine- oder Reparaturwartung, oder in Abhängigkeit von der Lebensdauer des Industrieartikels 76 anlässlich anderer Zwänge beschichtet, um die Oberflächenkühlkanäle 40 zu bilden oder aufrecht zu erhalten. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff ”beschichtet” zumindest teilweise das Auftragen eines neuen Materials auf eine Oberfläche, beispielsweise mittels einer Heißspritzpistole oder dergleichen, wie es im Vorliegenden erläutert ist.
Wenn der Artikel 76 beispielsweise eine metallische Heißgaspfadkomponente aufweist, kann die Zielfläche 48 des Industrieartikels 76 in einigen Ausführungsbeispielen vor Inbetriebnahme mit einer Wärmedämmschicht (”TBC”) beschichtet werden. Die Wärmedämmschicht kann eine oder mehrere Schichten aus metallischem und/oder keramischem Beschichtungsmaterial aufweisen, die auf die Zielfläche 48 des Industrieartikels 76 aufgebracht sind, um die Übertragung von Wärme von heißen Verbrennungsgasen auf den Artikel 76 zu begrenzen, so dass die Komponente von dem heißen Verbrennungsgas isoliert ist. Die Anwesenheit der Wärmedämmschicht auf der Oberfläche gestattet höhere Temperaturen des Verbrennungsgases als sie andernfalls bei dem speziellen Material und Herstellungsverfahren der Komponente möglich wären. Jede beliebige geeignete Zusammensetzung einer Wärmedämmschicht kann aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Wärmedämmschicht in einigen Ausführungsbeispielen eine Bindungsschicht aus MCrAlY aufweisen, wobei M vorzugsweise Ni, Co oder eine Kombination davon ist, worauf eine Schicht aus mit Yttriumoxid stabilisierter Zirkonerde (YSZ) folgt.
Wie am besten in 3 dargestellt, kann der Artikel 76 in einigen Ausführungsbeispielen vor oder während der Druckbeschichtung, wie es weiter unten erläutert wird, auf einem Ständer 80 angeordnet sein. Der Ständer 80 kann stationär oder beweglich (z. B. drehbar) sein und den Artikel 76 während der Beschichtung der Zielfläche 48 des Industrieartikels 76 relativ zu dem Teilebeschichter 72 und zu der Druckmaskierungseinrichtung 74 positionieren.
Mit weiterem Bezug auf 3–8 enthält das Druckmaskierungssystem 70 zudem den Teilebeschichter 72. Der Teilebeschichter 72 beinhaltet eine beliebige Einrichtung, die ein Beschichtungsmaterial 50 in Richtung der Zielfläche 44 des Industrieartikels 76 schleudert, um die Beschichtung 42 zu bilden.
Der Teilebeschichter 72 kann in Bezug auf den Artikel 76 an einer beliebigen Position angeordnet sein, die die Beschichtung der Zielfläche 44 gestattet. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Artikel 76, beispielsweise wie in 3 veranschaulicht, auf dem Ständer 80 benachbart zu dem Teilebeschichter 72 angeordnet sein. Der Ständer 80 erlaubt dann ein Drehen oder ein sonstiges Verschieben des Artikel 76 relativ zu dem Teilebeschichter 72, und/oder der Teilebeschichter 72 lässt sich gelenkig relativ zu dem Artikel 76 bewegen. Der Teilebeschichter 72 kann dann genutzt werden, um das Beschichtungsmaterial 50 in Richtung der Zielfläche 44 des Industrieartikels 76 zu schleudern. Da Beschichtungsmaterial 50 in Richtung der Zielfläche 44 des Industrieartikels 76 geschleudert wird, kann allerdings ein Teil des Beschichtungsmaterials 50 bei der Herstellung der Oberflächenkühlkanäle 40 von der zweiten Seite 46 des Industrieartikels 76 in eine oder mehrere Nuten 52 gelangen. Dementsprechend kann ein Teil des Beschichtungsmaterials 50 in dem einen oder in den mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 Hindernisse 66 (4) bilden, falls nichts dagegen unternommen wird.
Der Teilebeschichter 72 kann in vielfältigen Anwendungen zur Beschichtung der Zielfläche 44 des Industrieartikels 76 genutzt werden. Beispielsweise kann der Teilebeschichter 72 in einigen Ausführungsbeispielen genutzt werden, um die Zielfläche 48, wie oben erörtert, mit einer Wärmedämmschicht zu beschichten. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Teilebeschichter 72 verwendet werden, um auf die Zielfläche 48 eine Bindeschicht für das nachfolgende Anbringen einer Wärmedämmschicht oder einer sonstigen Beschichtung aufzutragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Teilebeschichter 72 genutzt werden, um eine Farbschicht auf die Zielfläche 44 aufzutragen. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Teilebeschichter 72 genutzt werden, um andere Beschichtungen anzubringen, z. B. Diffusionsbeschichtungen, Wärmedämmschichten (TBC), dichte mit vertikalen Rissen versehene (DVC) Beschichtungen, durch Hochgeschwindigkeitsbrenngas (HVOF) gebildete Beschichtungen, oder andere Klebstoffbeschichtungen. Während im Vorliegenden spezielle Ausführungsbeispiele vorgeschlagen sind, versteht sich, dass diese lediglich als Beispiele dienen, und dass auch eine beliebige sonstige Anwendung des Teilebeschichters 72 als Komponente des Druckmaskierungssystems 70 durchgeführt werden kann.
Mit weiterem Bezug auf 4–8 enthält das Druckmaskierungssystem 70 zudem eine Druckmaskierungseinrichtung 74. Die Druckmaskierungseinrichtung 74 weist eine strömungsmäßige Verbindung 78 auf, die eine (nicht gezeigte) Quelle für Maskierungsfluid über das Kühlungszufuhrloch 62 mit wenigstens einer Nut 52 des Industrieartikels 76 strömungsmäßig verbindet. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff ”strömungsmäßige Verbindung” jede Form von Verbindung oder Anordnung, die dem Druckmaskierungsfluid 64 gestattet, mit einem vernachlässigbaren Verlust an die Außenumgebung von der Druckmaskierungseinrichtung 74 zu der wenigstens einen Nut 52 zu gelangen. Die strömungsmäßige Verbindung 78 kann beispielsweise eine beliebige Art eines Kanals aufweisen, der den Strom des Druckmaskierungsfluids 64 zu den einen oder den mehreren Nuten 52 lenkt. Selbstverständlich kann jede Konstruktion verwendet werden, die über die Kühlungszufuhrlöcher 62 eine strömungsmäßige Verbindung 78 zwischen der Druckmaskierungseinrichtung 74 und wenigstens einer Nut 52 bereitstellt. Beispielsweise kann die strömungsmäßige Verbindung 78, wie am besten in 4 veranschaulicht, in einem Ausführungsbeispiel den wenigstens einen hohlen Innenraum 38 aufweisen, der als ein Innenkanal des Industrieartikels 76 dient, der in der Lage ist, von der Druckmaskierungseinrichtung 74 Druckmaskierungsfluid 64 aufzunehmen und dieses strömend an wenigstens eine Nut 52 des Industrieartikels 76 auszugeben. Die Druckmaskierungseinrichtung 74 lässt sich somit unmittelbar an dem wenigstens einen hohlen Innenraum 38 anbringen und kann das Druckmaskierungsfluid 64 über einen weiten Bereich um den Artikel 76 verteilen. Jedes Kühlungszufuhrloch 62, das sich in dem Bereich befindet und eine strömungsmäßige Verbindung mit jenem hohlen Innenraum 38 aufweist, wird somit von Druckmaskierungsfluid 64 durchströmt. In einem Ausführungsbeispiel weist der wenigstens eine hohle Innenraum 38 einen Eingangspunkt, im Falle einer Schaufelkomponente beispielsweise einen Schwalbenschwanz, auf, und die strömungsmäßige Verbindung 78 wird in der Regel an jenem Eingangspunkt hergestellt, um das Druckmaskierungsfluid 64 dem gesamten hohlen Innenraum 38 zuzuführen. In einem Ausführungsbeispiel kann eine (nicht gezeigte) Montagevorrichtung errichtet werden, die an diesem Eingangspunkt in dichtendem Eingriff befestigt wird, so dass der Strom des Druckmaskierungsfluids 64 gemessen werden kann, und dessen Bedingungen (beispielsweise Druck und Temperatur, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen) in Erfahrung gebracht werden. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die strömungsmäßige Verbindung 78 dazu eingerichtet sein, eine unmittelbare Verbindung mit jedem der Kühlungszufuhrlöcher 62 herzustellen.
In noch einem in 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel, z. B. in einem Schaufelblatt mit freigelegten Endwänden, kann die strömungsmäßige Verbindung 78 auf einer mehrere Auslässe aufweisenden Verteilerverbindung 82 basieren, die wenigstens einen Innenkanal 84 aufweist, der das Druckmaskierungsfluid 64 von der Druckmaskierungseinrichtung 74 aufnehmen und über die Fluideingänge 62 strömungsmäßig auf einen oder mehrere Oberflächenkühlkanäle 40 verteilen kann. Die mehrere Auslässe aufweisende Verteilerverbindung 82 kann unmittelbar an der ersten Seite 44 des Industrieartikels 76 angebracht werden und das Druckmaskierungsfluid 64 über einen weiten Bereich um den Artikel 76 oder in einem (nicht gezeigten) freigelegten Hohlraum in dem Artikel 76 verteilen. Jeder Fluideingang 62, und insbesondere jeder Oberflächenkühlkanal 40, der sich in dem Bereich befindet, wird somit von Druckmaskierungsfluid 64 durchströmt. In einem in 8 veranschaulichten weiteren, Ausführungsbeispiel, kann die strömungsmäßige Verbindung 78 auf mehreren Verbindungen basieren, die von der Druckmaskierungseinrichtung 74 wegführen, die über den wenigstens einen hohlen Innenraum 38 mit mindestens einem oder mit mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher 62 verbunden ist. Beispielsweise kann die strömungsmäßige Verbindung 78 mehrere Kanäle von übereinstimmenden oder unterschiedlichen Druckmaskierungsfluiden 64 beinhalten, die mit zwei oder mehr Kühlmittelzufuhrlöcher 62 verbunden sind. Darüber hinaus können die mehreren Kanäle unterschiedliche Druckwerte, Temperaturen, Richtungen oder Mischungen von Druckmaskierungsfluiden 64 aufweisen. Selbstverständlich kann alternativ oder zusätzlich eine beliebige sonstige Konstruktion verwirklicht werden, die über die Kühlmittelzufuhrlöcher 62 eine strömungsmäßige Verbindung 78 zwischen der Druckmaskierungseinrichtung 74 und einer oder mehreren Nuten 52 sowie sich ergebenden Oberflächenkühlkanälen 40 bereitstellt.
Das Druckmaskierungsfluid 64 kann auf einem beliebigen Medium basieren, das in der Lage ist, die Nut(en) 52, die den einen oder die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 bilden, mit positiver Energie zu durchströmen und die dauerhafte Veränderung einer Querschnittsfläche jener wenigstens einen Nut 52 durch das Beschichtungsmaterial 50 (oder durch dessen Partikel) zu verhindern. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet die Formulierung ”Verhindern einer dauerhaften Veränderung einer Querschnittsfläche” (und Abwandlungen davon) die wesentliche Entfernung und/oder Vermeidung des gesamten Beschichtungsmaterials 50, das in die Nut(en) 52 eintreten kann, so dass die Querschnittsfläche des sich ergebenden Kanals 40 nicht wesentlich durch ein Hindernis 66 (4) verringert wird, das sich dauerhaft festsetzt oder aufgrund von Erosion, Verformung oder dergleichen wächst. Selbstverständlich wird nicht davon ausgegangen, dass eine dünne Beschichtung der Innenwände in unmittelbarer Nähe der zweite Seite 46 des Industrieartikels 76 die Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 dauerhaft verändert, da eine derartige Verringerung verhältnismäßig gering ist und den Luftstrom durch den einen oder durch die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 während des Betriebs nur unwesentlich beeinträchtigt. Beispiele von Hindernissen, die die Querschnittsfläche des oder der endgültigen Oberflächenkühlkanäle 40 dauerhaft verändern würden, beinhalten beispielsweise große Partikel, die sich an einer Wand einnisten, ein Verklumpung von Beschichtungsmaterial 50 oder dergleichen. Das Druckmaskierungsfluid 64 kann somit auf einem beliebigen Material basieren, das sich (wie im Vorliegenden beschrieben) bei einem Maskierungsdruck durch die Nut(en) 52 und durch die sich ergebenden Oberflächenkühlkanäle 40 pressen lässt, um mögliche Hindernisse 66 oder lose haftende Hindernisse 66 des Beschichtungsmaterials 50, die die Querschnittsfläche verändern würden, zu reduzieren oder zu vermeiden.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Druckmaskierungsfluid 64 beispielsweise auf einem Gas, z. B. auf einem Inertgas oder Stickstoff, basieren. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Druckmaskierungsfluid 64 auf Wasser basieren, in dem ein Schleifmittel suspendiert ist, oder auch nicht. Während spezielle Ausführungsbeispiele von Druckmaskierungsfluid 64 und von Teilebeschichtern hier vorgeschlagen sind, versteht sich, dass auch weitere und abgewandelte Druckmaskierungsfluide und Teilebeschichter verwendet werden können.
Das Druckmaskierungsfluid 64 kann einen Maskierungsdruck aufweisen, der in Abhängigkeit von der Stufe in dem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, größer, gleich oder kleiner als ein Beschichtungsdruck des Beschichtungsmaterials 50 ist, solange das Druckmaskierungsfluid 64 ausreichende Energie aufweist, um auftretend Hindernisse 66 oder lose haftende Hindernisse 66 zu entfernen, die während der Herstellung des einen oder der mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 auf Dauer an den Nuten 52 haften können. In einem Ausführungsbeispiel kann der Maskierungsdruck einen variablen Überdruck beinhalten, so dass der Überdruck während des Maskierungsvorgangs progressiv wächst und das Druckmaskierungsfluid 64 über eine Länge der Nut(en) 52 drückt, während es entlang der Nut(en) 52 vorankommt. Ebenso beschichtet der Teilebeschichter 72 die Zielfläche 44 des Industrieartikels 76, indem er Beschichtungsmaterial 50 in Richtung der Zielfläche 44 schleudert. Als Folge der Verteilungen der Strömungsmuster tritt möglicherweise ein Teil des Beschichtungsmaterials 50 in die Nut(en) 52 ein, bevor die Nuten 52 mit dem Beschichtungsmaterial 50 überbrückt sind, und bildet ein oder mehrere Hindernisse 66. Beispielsweise können die Hindernisse 66 eine Anhäufung von Partikeln aus dem Beschichtungsmaterial 50 beinhalten, was die Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Kanäle 40 verringern und die durch sie hindurch strömende Luftmenge reduzieren würde. Um zu verhindern, dass das Beschichtungsmaterial 50, und insbesondere die Hindernisse 66, den einen oder die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 dauerhaft blockieren (und deren Querschnittsflächen verändern), wird das Druckmaskierungsfluid 64 während des Überbrückungsvorgangs allerdings einen Druck bereitstellen, um die Überbrückung des Beschichtungsmaterials 50 zu unterstützen und insbesondere eine Stütze für das Beschichtungsmaterial 50 bereitzustellen. Zusätzlich wird das Druckmaskierungsfluid 64 mit jedem möglichen Hindernis 66 in Berührung kommen und dieses über die Länge der Nut 52 und in Richtung des Austrittsbereichs 53 drücken. Das Verfahren, wie es hier beschrieben ist, erlaubt zu Beginn das Aufbringen einer dünnen Schicht von Beschichtungsmaterial 50 im Inneren der Nuten 52 und beginnt anschließend mit der Überbrückung der Nuten 52. Zu einem Zeitpunkt, in dem die Überbrückung der Nuten 52 nahezu vollständig ist, beispielsweise in einem Bereich von 0,005 Zoll bis 0,01 Zoll vor einer vollständigen Überbrückung liegt, wird das Druckmaskierungsfluid 64 zunehmend über die gesamte Länge der Nut 52 strömen. Wenn die Brücke schließlich vollständig über der Nut 52 gebildet ist, wird das gesamte Druckmaskierungsfluid 64 über die gesamte Länge der Nut 52 und zu dem Austrittsbereich 53 strömen. An dem Austrittsbereich 53 kann das Druckmaskierungsfluid 64 mittels des Druckmaskierungsfluids 64, das die Nut 52 an dem Austrittsbereich 53 auf der zweiten Seite 46 des Industrieartikels 76 verlässt, verhindern, dass mögliche Hindernisse 66 in den einen oder in die mehreren gebildeten Oberflächenkühlkanäle 40 eintreten oder darin abgelagert werden.
Im Betrieb ist das System dazu eingerichtet, das Beschichtungsmaterial 50 fortlaufend oder mit Unterbrechungen über die Länge jeder der Nuten 52, beginnend an einer im Wesentlichen in der Nähe des Kühlmittelzufuhrlochs 62 befindlichen Stelle und über die gesamte Länge der Nut 52, fortschreitend aufzubringen. Während das Beschichtungsmaterial 50 beginnt, die Nut(en) 52 zu überbrücken, werden die Oberflächenkühlkanäle 40 gebildet. Bei Beginn des Vorgangs wird das Druckmaskierungsfluid 64 über das Kühlmittelzufuhrloch 62 bei einem Druck zugeführt, der ausreicht, um es aus dem Kühlmittelzufuhrloch 62 ”heraus quellen” zu lassen, so dass verhindert ist, dass Beschichtungsmaterial 50 in dem Kühlmittelzufuhrloch 62 abgeschieden wird, während der Teilebeschichter 72 mit dem Kühlmittelzufuhrloch 62 im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet ist. Das Druckmaskierungsfluid 64, das bei diesem ersten Druck eingesetzt wird, gestattet nicht, dass Druckmaskierungsfluid 64 über die Länge der zugeordneten Nut 52 strömt, vielmehr wird es aus dem Kühlmittelzufuhrloch 62 und in die Umgebung austreten.
In dem Maße, wie das aufgebrachte Beschichtungsmaterial 50 beginnt, die Nut(en) 52 zu überbrücken, ist das Druckmaskierungsfluid 64 gezwungen, über die Länge der Nut(en) 52 in Richtung des Austrittsbereichs 53 zu strömen. In dieser Phase wird das Druckmaskierungsfluid 64 bei einem zweiten Druck zugeführt, der größer oder gleich dem ersten Druck ist, so dass es das Beschichtungsmaterial 50 stützt und den Vorgang der Überbrückung der Nut(en) 52 mit Beschichtungsmaterial 50 nicht verhindert. Das Leiten des Druckmaskierungsfluids 64 bei dem zweiten Druck wird verhindern, dass zusätzliches Beschichtungsmaterial 50 in den Nut(en) 52 abgelagert wird. Für den Beschichtungsvorgang ist von Bedeutung, dass vorher an dem Austrittsbereich 53 ein Kühlfluidaustrittsloch 55 ausgebildet wurde, beispielsweise eine in der Oberfläche spanabhebend hergestellte Rampe, die einen Übergang von einer Nuttiefe zu der Außenfläche 34 bildet.
Während eine ausreichende Menge von Beschichtungsmaterial 50 die Überbrückung der Nut(en) 52 vervollständigt und den einen oder die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 bildet, wird das Druckmaskierungsfluid 64 für die restliche Zeit des Aufbringens der Beschichtung zur Gänze über die Länge der Nut 52 in Richtung des Austrittsbereichs 53 strömen, so dass verhindert ist, dass zusätzliches Beschichtungsmaterial 50 in dem Austrittsbereich 53 aufgebracht wird. Bei dieser Stufe des Verfahrens kann die Strömungsrate des Druckmaskierungsfluids 64 höher sein und/oder einen höheren Druck aufweisen, um sicherzustellen, dass ein Kühlfluidaustrittsloch 55 an dem Austrittsbereich 53 von Beschichtungsmaterial 50 befreit ist.
Dementsprechend leitet die Druckmaskierungseinrichtung 74 dadurch das Druckmaskierungsfluid 64 über das strömungsmäßig verbundene Kühlmittelzufuhrloch 62 bei einem veränderbaren Maskierungsdruck von der ersten Seite 44 zu der zweiten Seite 46 durch die Nut(en) 52 (wobei die zweite Seite 46 die Zielfläche 48 des zu beschichtenden Industrieartikels 76 aufweist). Die eine oder die mehreren Nuten 52 werden während des Vorgangs solange beschichtet, bis das Druckmaskierungsfluid 64 durch den sich ergebenden Kanal strömt und den Auslass an dem Austrittsfilmloch 60 ”maskiert”.
Indem nun im Einzelnen auf 9 eingegangen wird, ist ein Verfahren 100 zur Druckbeschichtung einer Zielfläche 44 eines Industrieartikels 76 veranschaulicht, der eine oder mehrere Nuten 52 aufweist. Das Verfahren 100 beinhaltet in Schritt 110 als erstes, die Druckmaskierungseinrichtung 74 über ein Kühlmittelzufuhrloch 62 mit einer ersten Seite 44 wenigstens einer Nut 52 des Industrieartikels 76 strömungsmäßig zu verbinden. Wie oben erörtert, kann die strömungsmäßige Verbindung 78 vielfältige Konstruktionen aufweisen und kann eine beliebige Druckmaskierungseinrichtung 74 mit beliebig vielen Nuten 52 verbinden. Die Druckmaskierungseinrichtung 74 leitet anschließend das Druckmaskierungsfluid 64 durch das wenigstens eine Kühlmittelzufuhrloch 62 bei einem ersten Druck, der es dem Druckmaskierungsfluid 64 gestattet, aus dem Kühlmittelzufuhrloch 62 in die Umgebung auszutreten. Als Nächstes beginnt der Teilebeschichter 72 in Schritt 114 die Zielfläche 44 auf der zweiten Seite 44 des Industrieartikels 76 zu beschichten, indem er Beschichtungsmaterial 50 in Richtung der Zielfläche 44 schleudert. Gleichzeitig mit dem Schritt des Aufbringens des Beschichtungsmaterials 50 wird das Druckmaskierungsfluid 64 durch das Kühlmittelzufuhrloch 62 und in die eine oder in die mehreren Nuten 52 und in Richtung eines Austrittsbereichs 53 bei einem zweiten Druck geleitet, der es dem Beschichtungsmaterial 50 gestattet, die Nut(en) 52 zu überbrücken und den einen oder die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 zu bilden, wobei der zweite Druck größer oder gleich dem ersten Druck ist. Das Verfahren wird in Schritt 116 fortgesetzt, während die Nut(en) 52 überbrückt werden und sich der eine oder die mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 bilden. Das Druckmaskierungsfluid 64 ist gezwungen, über die gesamte Länge des einen oder der mehreren Oberflächenkühlkanäle 40 zu strömen und bei einem Kühlfilmauslass 60 aus dem Austrittsbereich 53 auszutreten.
Es sollte klar sein, dass das Leiten von verdichtetem Maskierungsfluid 64 durch die wenigstens eine Nut 52 und das Beschichten der Zielfläche 44 in Schritt 114 gleichzeitig in oder mit einer relativen Verzögerung beginnen oder enden kann. Wie zuvor beschrieben, wird das Druckmaskierungsfluid 64 in einigen Ausführungsbeispielen in Schritt 112 bei einem ersten Druck gestartet, bevor in Schritt 114 mit der Beschichtung der Zielfläche 44 begonnen wird. Solche Ausführungsbeispiele können eine Ablagerung von Hindernissen 66 vor dem Starten der Druckmaskierungseinrichtung 74 vermeiden.
In einem Ausführungsbeispiel fährt das Druckmaskierungsfluid 64 in Schritt 116 damit fort, den einen oder die mehreren ausgebildeten Oberflächenkühlkanäle 40 bei einem höheren Druck zu durchqueren, nachdem der Artikel 76 in Schritt 114 beschichtet ist und die Nut(en) 52 überbrückt sind. Ein solcher Schritt kann dazu beitragen, dass sichergestellt ist, dass lose haftende Hindernisse 66, die nach der Vervollständigung der Beschichtung in Schritt 114 in dem einen oder in den mehreren ausgebildeten Oberflächenkühlkanälen 40 verblieben sind, noch durch das Druckmaskierungsfluid 64 entfernt werden.
Es sollte nun als Vorteil erachtet werden, dass Druckmaskierungssysteme genutzt werden können, um die Zielfläche eines Industrieartikels zu beschichten, und insbesondere, um eine oder mehrere Nuten zu beschichten, die in einer Zielfläche ausgebildet sind, und eine oder mehrere Oberflächenkühlkanäle zu bilden, während die permanente Veränderung einer Querschnittsfläche der Nut(en), sich ergebender Kanäle und/oder des Austrittsbereichs vermieden wird. Bei Nutzung einer strömungsmäßigen Verbindung zwischen der Druckmaskierungseinrichtung und der einen oder den mehreren Nuten kann auf den Einsatz physikalischer Maskierungsbarrieren, beispielsweise auf ein flüchtiges Füllstoffmaterial oder dergleichen, verzichtet werden, womit ein wirkungsvolleres Beschichtungssystem bereitgestellt werden kann.
Während die Beschreibung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Beschreibung nicht auf derartige offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Beschreibung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch in den Schutzbereich der Beschreibung fallen. Während unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Beschreibung erläutert wurden, versteht es sich darüber hinaus, dass Aspekte der Beschreibung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen. Dementsprechend ist die Offenlegung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist vielmehr lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Verfahren zur Druckbeschichtung einer Zielfläche eines Industrieartikels, der eine oder mehrere Nuten aufweist, die in einer Außenfläche eines Industrieartikels ausgebildet sind, beinhalten den Schritt, eine Druckmaskierungseinrichtung, die ein Druckmaskierungsfluid enthält, mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern auf einer ersten Seite des Industrieartikels strömungsmäßig zu verbinden. Das eine oder die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher befinden sich in strömungsmäßiger Verbindung mit der einen oder den mehreren Nuten. Leiten des Druckmaskierungsfluids von der ersten Seite zu einer zweiten Seite, die die Zielfläche aufweist, mit einem Druck, der geringer ist als der Beschichtungsdruck des Beschichtungsmaterials, durch die Nut(en), und Beschichten der Zielfläche mit dem Beschichtungsmaterial, um dem Beschichtungsmaterial zu gestatten, die Nut(en) zu überbrücken und einen oder mehrere Mikrokanäle zu bilden. Das die Nut(en) durchquerende Druckmaskierungsfluid verhindert, dass das Beschichtungsmaterial eine Querschnittsfläche der Nut(en) über deren Länge hinweg dauerhaft verändert.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbinensystem
12: Verdichter
14: Brennkammeranordnungen
16: Turbinen
18: Welle
20: Brennstoffdüsen
22
24
26
28
30: Heißgaskomponente
32: Substrat
34: Außenfläche
36: Innenfläche
38: Innenraum
40: Oberflächenkühlkanäle
42: Beschichtung
44: erste Seite
46: zweite Seite
48: Zielfläche
50: Beschichtungsmaterial
52: Nuten
53: Austrittsbereich
54: Boden
55: Nutausgang
56: Oberseite
58: hinterschnitten ausgebildete Nut
60: Austrittsfilmloch
62: Kühlmittelzufuhrloch
64: Druckmaskierungsfluid
66: Hindernisse
68
70: Druckmaskierungssystem
72: Teilebeschichter
74: Druckmaskierungseinrichtung
76: Komponente
78: strömungsmäßige Verbindung
80: Ständer
82: Verteiler
100: Verfahren

Claims

Verfahren zur Druckbeschichtung einer Zielfläche (48) eines Industrieartikels (76), um einen oder mehrere Mikrokanäle (40) zu bilden, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: strömungsmäßiges Verbinden einer Druckmaskierungseinrichtung (74), die ein Druckmaskierungsfluid (64) enthält, mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern (62), die auf einer Fläche (36) eines Industrieartikels (76) ausgebildet sind und sich in strömungsmäßiger Verbindung mit einer oder mehreren Nuten (52) befinden, die an einer gegenüberliegenden Fläche (34) davon ausgebildet sind; Leiten des Druckmaskierungsfluids (64) bei einem ersten Druck durch das eine oder die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher (62) und durch die Nut(en) (52) ausgehend von der ersten Seite (36) zu einer zweiten Seite (34), die die Zielfläche (48) aufweist; Beschichten der Zielfläche (48), indem ein Beschichtungsmaterial (50) in Richtung der Zielfläche (48) geschleudert wird, wobei das Druckmaskierungsfluid (64), das die Nut(en) (52) bei einem ersten Druck durchquert, verhindert, dass das Beschichtungsmaterial (50) eine Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher (62) wesentlich verändert; und Leiten des Druckmaskierungsfluids (64) bei einem zweiten Druck, der größer oder gleich dem ersten Druck ist, durch das eine oder die mehreren Kühlmittelzufuhrlöcher (62) und durch die Nut(en) (52), und während mit der Beschichtung der Zielfläche (48) fortgefahren wird, um dem Beschichtungsmaterial (50) zu gestatten, die Nut(en) (52) über eine Länge der Nut(en) (52) in Richtung eines Austrittsbereichs (53) zu überbrücken und den einen oder die mehreren Mikrokanäle (40) zu bilden, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) gezwungen ist, über die Länge der Nut(en) (52) zu strömen, da die Nut(en) (52) durch das Beschichtungsmaterial (50) überbrückt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Leiten des Druckmaskierungsfluids (64) bei einem dritten Druck, der größer oder gleich dem zweiten Druck ist, durch den einen oder die mehreren Mikrokanäle (40), um ein vergrößertes Kühlfluidaustrittsloch (60) aufrecht zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) auf einem Gas basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) damit fortfährt, die Länge der Nut(en) (52) zu durchqueren, nachdem die Beschichtung der Zielfläche (48) vollständig ist, um lose haftende Hindernisse (66), die möglicherweise vorhanden sind, zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) die Nut(en) (52) bei einem Maskierungsdruck durchströmt, der größer oder gleich einem Beschichtungsdruck des Beschichtungsmaterials (50) ist.
Druckmaskierungssystem (70) zum Beschichten einer Zielfläche (48) eines Industrieartikels (76), der eine oder mehrere Nuten (52) aufweist, die auf einer Außenfläche (34) des Druckmaskierungssystem (70) ausgebildet sind, zu dem gehören: eine Druckmaskierungseinrichtung (74), die auf einer ersten Seite (36) des Industrieartikels (76) mit einem oder mehreren Kühlmittelzufuhrlöchern (62), die sich in strömungsmäßiger Verbindung mit einer oder mehreren Nuten (52) befinden, strömungsmäßig verbunden ist und ein Druckmaskierungsfluid (64) bei einem veränderbaren Druck durch die Nut(en) (52) von der ersten Seite (36) über die Länge der Nut(en) (52) in Richtung eines Austrittsbereichs (53) an einer zweiten Seite (34) leitet, wobei die zweite Seite (34) die Zielfläche (48) aufweist; und ein Teilebeschichter (72), der ein Beschichtungsmaterial (50) in Richtung der Zielfläche (48) schleudert, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) dem Beschichtungsmaterial (50) gestattet, die Nut(en) (52) über die Länge der Nut(en) (52) in Richtung eines Austrittsbereichs (53) zu überbrücken, um einen oder mehrere Mikrokanäle (40) zu bilden und zu verhindern, dass das Beschichtungsmaterial (50) eine Querschnittsfläche der Nut(en) (52) dauerhaft ändert.
Druckmaskierungssystem nach Anspruch 6, wobei der eine oder die mehreren Mikrokanäle (40) Oberflächenkühlkanäle sind.
Druckmaskierungssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) auf einem Gas basiert.
Druckmaskierungssystem nach einem der Ansprüche 6–8, wobei das Druckmaskierungsfluid (64) die Nut(en) (52) bei einem Maskierungsdruck durchströmt, der größer oder gleich einem Beschichtungsdruck des Beschichtungsmaterials (50) ist, um dem Beschichtungsmaterial (50) zu gestatten, die Nut(en) (52) zu überbrücken und den einen oder die mehreren Mikrokanäle (40) zu bilden.
Druckmaskierungssystem nach einem der Ansprüche 6–9, wobei der Industrieartikel eine Turbinenkomponente (10) beinhaltet.