EP1816228A1 - Beschichtungsanlage und Beschichtungsverfahren - Google Patents

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Publication number
EP1816228A1
EP1816228A1 EP06000641A EP06000641A EP1816228A1 EP 1816228 A1 EP1816228 A1 EP 1816228A1 EP 06000641 A EP06000641 A EP 06000641A EP 06000641 A EP06000641 A EP 06000641A EP 1816228 A1 EP1816228 A1 EP 1816228A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
treatment chamber
temperature
chamber
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06000641A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francis-Jurjen Dr. Ladru
Gerhard Reich
Michael Riemann
Falk Stadelmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06000641A priority Critical patent/EP1816228A1/de
Priority to US11/653,202 priority patent/US20070186848A1/en
Publication of EP1816228A1 publication Critical patent/EP1816228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to a coating installation, in particular a low-pressure plasma coating installation, with at least one treatment chamber and a coating tool, in particular a plasma spraying apparatus, wherein at least one pump is provided for evacuating the treatment chamber, which treatment chamber is designed to be temperature-controlled.
  • a coating method with a tempered and evacuated treatment chamber in which a workpiece is coated by means of at least one coating tool is the subject of the invention.
  • Coatings are often used to improve the surface mechanical or chemical properties of a workpiece according to the application.
  • An improvement here may lie in the addition of different properties to the actual base material, for example, a tooth flank surface of a gear can be provided with a ductile copper coating or the hot gas corrosion resistance of the surface of a gas turbine blade can be improved.
  • for the last-mentioned application is preferably the so-called.
  • Low-pressure plasma coating technique application In the face of constant challenges, coating technology is faced with increasing demands on the lifetime of the coating under high load. In this case, it is not sufficient if, in some places, the coating outlasts certain service lives and is quickly worn out at other points; rather, an over-lasting of the coating on the entire coating surface is desired.
  • a thermal pretreatment of the workpiece to be coated is of great importance, often the workpiece is first to heat to a certain temperature, so that the coating material enters into a solid connection with the base material.
  • Previous coating methods provide, for example, a heating of the workpiece preferably in an antechamber of the actual treatment chamber under vacuum or a protective gas atmosphere and a subsequent coating also under vacuum or a protective gas atmosphere in a treatment chamber.
  • the negative pressures achieved by the evacuation here move between 0.1 mbar at the beginning of the treatment and 30 mbar after the application of the protective gas atmosphere and during the coating.
  • a powerful pumping system requires about 90 seconds to evacuate a chamber to the desired negative pressure for components in the size of, for example, a gas turbine blade, which duration has a direct and significant impact on the manufacturing cost of the final product. If this period is shortened, there is an unacceptably poor quality of the coating, since excessive absorption of air from the environment during the coating either leads to insufficiently adherent chemical structures or to an unwanted chemical change of the coating material.
  • One reason for the long duration of the evacuation process is to be seen among other things in the inevitable contamination of the walls of the treatment chambers or atria of such facilities.
  • the soiling layers absorb condensates from the humid ambient air in large quantities, which evaporate out during the evacuation over a long period of time and sustainably impair the quality of the vacuum.
  • the object of the invention to provide Improve the productivity of coating equipment, especially low pressure plasma coating equipment for gas turbine blade coating, without sacrificing the quality of the coating.
  • An inventive temperature control of the treatment chamber to a temperature between 45 ° C and 75 ° C is preferably carried out by means of heat exchangers on the walls of the chamber, which exchange the heat between the chamber walls and a heat transfer fluid, such as water.
  • a temperature of the chamber to a temperature of about 20 ° C takes place.
  • the inventive increase in the chamber temperature or the temperature of the chamber walls at 45 ° to 75 ° C, preferably at 55 to 65 ° C, which gave the best results in terms of processing time and coating quality, has the great advantage that the desired vacuum faster can be achieved and due to the high quality of the vacuum greatly reduces a reduction in the absorption of components of the air from the environment during the coating process.
  • the quality of the coating increases with a simultaneous reduction in the processing time per workpiece.
  • These positive effects are due to the fact that the higher temperature of the chamber or the chamber walls greatly reduces the condensation of components of the always humid air to the chamber walls or the pollution there. If the duration of the evacuation is maintained, a lower pressure can be achieved. Due to the smaller amount of condensates in the region of the chamber walls, the negative pressure or the vacuum is also sustainably more stable, since the amount of subsequently condensing condensates is greatly reduced due to the higher temperature.
  • Another advantage of the higher chamber temperature or chamber wall temperature results from the fact that for the purpose of coating the workpiece is usually preheated to about 900 ° C and this temperature should be maintained even during the coating process in the interest of a high coating quality.
  • the increased compared to the prior art chamber wall temperature contributes significantly to the fact that even large workpieces largely maintained their elevated temperature during the coating process. This effect is mainly due to the changed heat balance primarily due to heat radiation in the evacuated chambers.
  • the productivity increases by almost 10%.
  • the coating system in addition to a first heat exchanger in the chamber walls on a second heat exchanger, which adjusts the inlet temperature for the first heat exchanger to 55 ° C to 65 ° C.
  • the coating system next to the actual treatment chamber still has at least one - preferably two - prechamber in which the workpieces are heated to a temperature appropriate for the coating of preferably 900 ° C.
  • a temperature of the prechamber in addition to a temperature of 45 ° C to 75 ° C, it makes sense if the antechambers undergo such a tempering.
  • the treatment chamber in which the coating takes place can be separated from the pre-chambers by means of a closable separation.
  • a lock also allows the maintenance of a high vacuum quality, especially in the treatment chamber.
  • the prechamber may already be evacuated to the level of the treatment chamber, so that the treatment chamber has substantially continuously the negative pressure required for the coating.
  • cooling is selbiger required by means of a cooling circuit in the rule.
  • An energetically particularly advantageous balance can be achieved if this cooling circuit exchanges heat with the temperature control circuit for the chambers or the chamber walls and in this way the energy which is largely transferred into heat from the highly exothermic coating process is used to control the temperature of the chambers can.
  • a coating method preferably proceeds stepwise in such a way that an antechamber is evacuated to about 0.1 mbar, the prechamber is flooded with protective gas to a pressure of 30 mbar, which protective gas is preferably argon, then by means of at least one burner which is a mixture of Burning argon with helium or hydrogen, the workpiece is heated to a temperature between 700 ° C and 1000 ° C, preferably 900 ° C, after which the workpiece is transported into the treatment chamber for coating and provided by the coating tool with the desired layer. Finally, the workpiece is cooled in a prechamber.
  • FIG. 1 shows a coating installation 1 according to the invention, which is designed as a low-pressure plasma coating installation 2 and comprises as essential components a treatment chamber 3 and two prechambers 4, 5 and a cooling circuit 6 for cooling burners 7, 8 and a coating tool 9 and a temperature control circuit 10 for controlling the temperature of the prechambers 4, 5 and the treatment chamber 3.
  • the coating installation 1 is used to coat workpieces 12, which are introduced in a first step S1 into a first prechamber 4, which is evacuated to a vacuum of 0.1 mbar by means of a first pump 13. Subsequently, the first pre-chamber 4 is flooded with a protective gas argon to a pressure of 30 mbar (second step S2). By means of the first burner 7, the workpiece 12 is heated to a temperature of 900 ° C with combustion of an argon-helium mixture (third step S3).
  • a transport of the workpiece 12 takes place in the treatment chamber 3, wherein initially between the pre-chamber 4 and the treatment chamber 3, a pressure compensation is performed and a closable separation 20 between the pre-chamber 4, 5 and the treatment chamber 3 is temporarily opened.
  • the actual coating of the workpiece 12 takes place by means of the coating tool 9, wherein a second pump 14 constantly keeps the negative pressure of the treatment chamber 3 at about 30 mbar.
  • the workpiece 12 is cooled to an intermediate temperature by opening the separation 20 in the first prechamber 4 (sixth step S6). The same process takes place in combination of the treatment chamber 3 with the second prechamber 5.
  • the prechambers 4, 5 and the treatment chamber 3 or the walls 11 of these chambers are kept at a temperature between 55 ° C. and 65 ° C. by means of the temperature control circuit 10.
  • the temperature control circuit 10 comprises a tank 30, in which a fluid 31, namely water, for temperature control is held up. According to the temperature of the chambers or the inlet temperature of the fluid 31 to first heat exchangers 35, 36, 37, the fluid 31 in the tank 30 at a temperature of 55 ° C to 65 ° C. In this case, the tank 30 simultaneously operates as a second heat exchanger 40, which discharges the process heat received by the fluid 31 into the environment.
  • the cooling circuit 6 is provided for cooling the burners 7, 8 and the coating tool 9, which in addition to a burner inlet 51 and a burner return 61 still has a burner water tank 41.
  • the burner water tank 41 and the burner inlet 51 has a temperature of 18 ° C to 20 ° C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage (1), insbesondere Niederdruckplasmabeschichtungsanlage (2), mit mindestens einer Behandlungskammer (3) und einem Beschichtungswerkzeug (9), insbesondere einer Plasmaspritzvorrichtung, wobei mindestens eine Pumpe (zweite Pumpe 14) zur Evakuierung der Behandlungskammer (3) vorgesehen ist, welche Behandlungskammer (3) temperierbar ausgebildet ist. Daneben ist ein Beschichtungsverfahren zur Niederdruckplasmabeschichtung mit einer temperierten und evakuierten Behandlungskammer (3), in welcher ein Werkstück (12) mittels mindestens eines Beschichtungswerkzeugs (9) beschichtet wird. Zur Beschleunigung des Beschichtungsvorgangs, insbesondere des Evakuierens der Behandlungskammer wird vorgeschlagen, dass zumindest die Wände (11) der Behandlungskammer (3) und/oder das Innere der Behandlungskammer (3)auf eine Temperatur zwischen 45°C und 75°C temperiert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage, insbesondere eine Niederdruckplasmabeschichtungsanlage, mit mindestens einer Behandlungskammer und einem Beschichtungswerkzeug, insbesondere einer Plasmaspritzvorrichtung, wobei mindestens eine Pumpe zur Evakuierung der Behandlungskammer vorgesehen ist, welche Behandlungskammer temperierbar ausgebildet ist. Daneben ist ein Beschichtungsverfahren mit einer temperierten und evakuierten Behandlungskammer, in welcher ein Werkstück mittels mindestens eines Beschichtungswerkzeugs beschichtet wird Gegenstand der Erfindung.
  • Beschichtungen werden häufig eingesetzt, um die oberflächlichen mechanischen oder chemischen Eigenschaften eines Werkstücks entsprechend dem Einsatzzweck zu verbessern. Eine Verbesserung kann hierbei in der Addition unterschiedlicher Eigenschaften zu dem eigentlichen Grundwerkstoff liegen, beispielsweise kann eine Zahnflankenoberfläche eines Zahnrades mit einem duktilen Kupferüberzug versehen werden oder die Heißgaskorrosionsbeständigkeit der Oberfläche einer Gasturbinenschaufel verbessert werden. Insbesondere zur zuletzt genannten Anwendung findet bevorzugt die sog. Niederdruckplasmabeschichtungstechnik Anwendung. Vor einer ständigen Herausforderung sieht sich hierbei die Beschichtungstechnik durch wachsende Anforderungen an die Lebensdauer der Beschichtung unter hoher Belastung gestellt. Hierbei ist es nicht ausreichend, wenn an einigen Stellen die Beschichtung gewisse Standzeiten überdauert und an anderen Stellen schnell verschlissen ist, vielmehr ist ein Überdauern der Beschichtung auf der gesamten Beschichtungsfläche gewünscht. Aus diesem Grund sind schon kleine Beeinträchtigungen der Beschichtungsqualität zu vermeiden, beispielsweise ist eine Beeinträchtigung der Haftung der Beschichtung aufgrund von Verschmutzungen des Werkstücks vor oder während des Beschichtungsvorgangs zu vermeiden. Ein hohes Maß an Sauberkeit und ein gutes Vakuum in der Beschichtungskammer während des Beschichtungsvorgangs sind daher unerlässlich für eine gute Qualität der Beschichtung. Daneben ist auch eine thermische Vorbehandlung des zu beschichtenden Werkstücks von hoher Wichtigkeit, häufig ist das Werkstück zunächst auf eine gewisse Temperatur zu erhitzen, so dass der Beschichtungswerkstoff mit dem Grundwerkstoff eine feste Verbindung eingeht. Bisherige Beschichtungsverfahren sehen beispielsweise eine Erhitzung des Werkstücks vorzugsweise in einer Vorkammer der eigentlichen Behandlungskammer unter Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre vor und eine anschließende Beschichtung ebenfalls unter Vakuum bzw. einer Schutzgasatmosphäre in einer Behandlungskammer. Die durch das Evakuieren erzielten Unterdrücke bewegen sich hierbei zwischen 0,1 mbar zu Beginn der Behandlung und 30 mbar nach der Applikation der Schutzgasatmosphäre und während des Beschichtens. Eine leistungsstarke Pumpanlage benötigt zur Evakuierung einer Kammer auf den gewünschten Unterdruck bei Bauteilen in der Größe beispielsweise einer Gasturbinenschaufel etwa 90 Sekunden, welche Dauer einen unmittelbaren und erheblichen Einfluss auf die Herstellungskosten des Endproduktes hat. Wird dieser Zeitraum verkürzt, kommt es zu einer nicht akzeptabel schlechten Qualität der Beschichtung, da eine zu starke Absorption von Luft aus der Umgebung während der Beschichtung entweder zu nicht hinreichend haftenden chemischen Strukturen oder zu einer ungewollten chemischen Veränderung des Beschichtungsmaterials führt. Ein Grund für die lange Dauer des Evakuiervorgangs ist unter anderem in der unvermeidbaren Verschmutzung der Wände der Behandlungskammern bzw. Vorkammern solcher Anlagen zu sehen. Die Verschmutzungsschichten nehmen insbesondere Kondensate aus der feuchten Umgebungsluft in großen Mengen auf, welche während des Evakuierens über einen langen Zeitraum ausdampfen und die Qualität des Vakuums nachhaltig verschlechtern.
  • Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, die Produktivität von Beschichtungsanlagen, insbesondere von Niederdruckplasmabeschichtungsanlagen zur Beschichtung von Gasturbinenschaufeln, zu verbessern, ohne Einbußen in der Qualität der Beschichtung hinnehmen zu müssen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Eine erfindungsgemäße Temperierung der Behandlungskammer auf eine Temperatur zwischen 45°C und 75°C erfolgt vorzugsweise mittels Wärmetauschern an den Wänden der Kammer, welche die Wärme zwischen den Kammerwänden und einem Wärmeträgerfluid, beispielsweise Wasser austauschen. Im bisherigen Stand der Technik findet eine Temperierung der Kammer auf eine Temperatur von etwa 20°C statt. Die erfindungsgemäße Erhöhung der Kammertemperatur bzw. der Temperatur der Kammerwände auf 45° bis 75°C, vorzugsweise auf 55 bis 65°C, was die besten Ergebnisse erbrachte hinsichtlich der Bearbeitungsdauer und der Beschichtungsqualität, hat den großen Vorteil, dass sich das gewünschte Vakuum schneller erreichen lässt und aufgrund der hohen Güte des Vakuums eine Reduktion der Absorption von Bestandteilen der Luft aus der Umgebung im Rahmen des Beschichtungsprozesses stark reduzieren lässt. Demzufolge erhöht sich die Qualität der Beschichtung mit einer gleichzeitigen Verringerung der Bearbeitungszeit pro Werkstück. Diese positiven Effekte sind darauf zurückzuführen, dass die höhere Temperatur der Kammer bzw. der Kammerwände die Kondensation von Bestandteilen der stets feuchten Luft an den Kammerwänden bzw. den dortigen Verschmutzungen stark reduziert. Wird die Dauer der Evakuierung beibehalten, kann ein niedrigerer Druck erzielt werden. Aufgrund der geringeren Menge von Kondensaten im Bereich der Kammerwände ist der Unterdruck bzw. das Vakuum auch nachhaltig stabiler, da sich die Menge nachfolgend verdampfender Kondensate aufgrund der höheren Temperatur stark reduziert.
  • Ein weiterer Vorteil der höheren Kammertemperatur bzw. Kammerwandtemperatur ergibt sich daraus, dass zum Zwecke der Beschichtung das Werkstück meist auf etwa 900°C vorgeheizt wird und diese Temperatur auch während des Beschichtungsprozesses im Interesse einer hohen Beschichtungsqualität aufrecht erhalten bleiben sollte. Die gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Kammerwandtemperatur trägt entscheidend dazu bei, dass auch große Werkstücke während des Beschichtungsverfahrens weitestgehend ihre erhöhte Temperatur beibehalten. Dieser Effekt ist im Wesentlichen auf die veränderte Wärmebilanz in erster Linie in Folge von Wärmestrahlung in den evakuierten Kammern zurückzuführen. In Folge der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Umsetzung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage erhöht sich die Produktivität um nahezu 10%.
  • Zweckmäßig weist die Beschichtungsanlage neben einem ersten Wärmetauscher im Bereich der Kammerwände einen zweiten Wärmetauscher auf, der die Zulauf temperatur für den ersten Wärmetauscher auf 55°C bis 65°C einregelt. Im Interesse eines hohen Durchsatzes von zu beschichtenden Werkstücken ist es zweckmäßig wenn die Beschichtungsanlage neben der eigentlichen Behandlungskammer noch wenigstens eine - vorzugsweise zwei - Vorkammer aufweist, in denen die Werkstücke auf eine für die Beschichtung zweckmäßige Temperatur von vorzugsweise 900°C erhitzt werden. Neben einer Temperierung der Vorkammer auf eine Temperatur von 45°C bis 75°C ist es sinnvoll, wenn auch die Vorkammern eine derartige Temperierung erfahren. Um die eigentliche Beschichtung in einem möglichst geschützten Raum durchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn die Behandlungskammer, in der die Beschichtung stattfindet, von den Vorkammern jeweils mittels einer verschließbaren Trennung abtrennbar ist. Eine derartige Schleuse ermöglicht auch die Beibehaltung einer hohen Vakuumqualität insbesondere in der Behandlungskammer. Im Rahmen der notwendigen Öffnung der Trennung bei dem Transfer eines Werkstücks von einer Vorkammer in die Behandlungskammer und dem damit verbundenen Druckausgleich zwischen der Behandlungskammer und der Vorkammer kann die Vorkammer bereits auf das Niveau der Behandlungskammer evakuiert sein, so dass die Behandlungskammer im Wesentlichen ununterbrochen den für das Beschichten erforderlichen Unterdruck aufweist.
  • Zum sicheren Betrieb der Beschichtungswerkzeuge ist in der Regel eine Kühlung selbiger erforderlich mittels eines Kühlkreislaufs. Eine energetisch besonders vorteilhafte Bilanz lässt sich erzielen, wenn dieser Kühlkreislauf Wärme mit dem Temperierkreislauf für die Kammern bzw. die Kammerwände austauscht und auf diese Weise die zu einem großen Teil in Wärme übergehende Energie aus dem im hohen Maße exothermen Beschichtungsvorgang zur Temperierung der Kammern genutzt werden kann. Ein erfindungsgemäßes Beschichtungsverfahren läuft bevorzugt schrittweise derart ab, dass eine Vorkammer auf etwa 0,1 mbar evakuiert wird, die Vorkammer mit Schutzgas auf einen Druck von 30 mbar geflutet wird, welches Schutzgas bevorzugt Argon ist, anschließend mittels mindestens eines Brenners, der ein Gemisch aus Argon mit Helium oder Wasserstoff verbrennt, das Werkstück auf eine Temperatur zwischen 700°C und 1000°C, bevorzugt 900°C erhitzt wird, woraufhin das Werkstück in die Behandlungskammer zum Beschichten transportiert wird und mittels des Beschichtungswerkzeuges mit der gewünschten Schicht versehen wird. Schließlich wird das Werkstück in einer Vorkammer abgekühlt.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Für den Fachmann ergeben sich neben dem speziellen Ausführungsbeispiel weitere Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematisch Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage und eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage 1, welche als Niederdruckplasmabeschichtungsanlage 2 ausgebildet ist und als wesentliche Bestandteile eine Behandlungskammer 3 und zwei Vorkammern 4, 5 sowie einen Kühlkreislauf 6 zur Kühlung von Brennern 7, 8 und einem Beschichtungswerkzeug 9 sowie einen Temperierkreislauf 10 zur Temperierung der Vorkammern 4, 5 und der Behandlungskammer 3.
  • Die Beschichtungsanlage 1 dient der Beschichtung von Werkstücken 12, die in einem ersten Schritt S1 in eine erste Vorkammer 4 eingebracht werden, die auf ein Vakuum von 0,1 mbar mittels einer ersten Pumpe 13 evakuiert wird. Anschließend wird die erste Vorkammer 4 mit einem Schutzgas Argon auf einen Druck von 30 mbar geflutet (zweiter Schritt S2). Mittels des ersten Brenners 7 wird das Werkstück 12 auf eine Temperatur von 900°C unter Verbrennung eines Argon-Helium-Gemischs erhitzt (dritter Schritt S3). In einem vierten Schritt S4 findet ein Transport des Werkstücks 12 in die Behandlungskammer 3 statt, wobei zunächst zwischen der Vorkammer 4 und der Behandlungskammer 3 ein Druckausgleich durchgeführt wird und eine verschließbare Trennung 20 zwischen der Vorkammer 4, 5 und der Behandlungskammer 3 vorübergehende geöffnet wird. Während des fünften Schritts S5 wird die eigentliche Beschichtung des Werkstücks 12 mittels des Beschichtungswerkzeugs 9 statt, wobei ständig eine zweite Pumpe 14 den Unterdruck der Behandlungskammer 3 auf etwa 30 mbar hält. Abschließend wird das Werkstück 12 nach einem Wechsel von der Behandlungskammer 3 in die erste Vorkammer 4 unter Öffnung der Trennung 20 in der ersten Vorkammer 4 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt (sechster Schritt S6). Der gleiche Vorgang findet in Kombination der Behandlungskammer 3 mit der zweiten Vorkammer 5 statt.
  • Erfindungsgemäß werden die Vorkammern 4, 5 und die Behandlungskammer 3 bzw. die Wände 11 dieser Kammern mittels des Temperierkreislaufs 10 auf einer Temperatur zwischen 55°C und 65°C gehalten. Der Temperierkreislauf 10 umfasst einen Tank 30, in dem ein Fluid 31, nämlich Wasser, zur Temperierung vorgehalten wird. Entsprechend der Temperatur der Kammern bzw. der Zulauftemperatur des Fluids 31 zu ersten Wärmetauschern 35, 36, 37 weist das Fluid 31 in dem Tank 30 eine Temperatur von 55°C bis 65°C auf. Der Tank 30 arbeitet hierbei gleichzeitig als zweiter Wärmetauscher 40, der die von dem Fluid 31 aufgenommene Prozesswärme in die Umgebung abgibt. Neben dem Temperierkreislauf 10 umfassend einen Kammerwasserzulauf 50, einen Kammerwasserrücklauf 60 ist zur Kühlung der Brenner 7, 8 und des Beschichtungswerkzeugs 9 der Kühlkreislauf 6 vorgesehen, der neben einem Brennerzulauf 51 und einem Brennerrücklauf 61 noch einen Brennerwassertank 41 aufweist. Vorzugsweise weist der Brennerwassertank 41 bzw. der Brennerzulauf 51 eine Temperatur von 18°C bis 20°C auf. Für die Konstanz dieser Temperatur sorgt eine Kühlung 80 im Brennerwasserrücklauf 61. Optional kann eine Wärmeübertragung zwischen dem Brennerwasserrücklauf 61 und dem Temperierkreislauf 10, vorzugsweise dem Kammerwasserzulauf 50 mittels eines dritten Wärmetauschers 90 erfolgen, so dass die Abwärme aus den Beschichtungsprozess bzw. dem Aufheizen der Werkstücke 12 energetisch günstig der Temperierung der Kammern 3, 4, 5 zu Gute kommt.
    • Bezugszeichenliste
    • S1
    erster Schritt
    S2
    zweiter Schritt
    S3
    dritter Schritt
    S4
    vierter Schritt
    S5
    fünfter Schritts
    S6
    sechster Schritts
    1
    Beschichtungsanlage
    2
    Niederdruckplasmabeschichtungsanlage
    3
    Behandlungskammer
    4
    erste Vorkammer
    5
    zweite Vorkammer
    6
    Kühlkreislauf
    7
    Brenner
    8
    Brenner
    9
    Beschichtungswerkzeug
    10
    Temperierkreislauf
    11
    Wand
    12
    Werkstück
    13
    erste Pumpe
    14
    zweite Pumpe
    20
    Trennung
    30
    Tank
    31
    Fluid
    35
    erster Wärmetauscher
    36
    erster Wärmetauscher
    37
    erster Wärmetauscher
    40
    zweiter Wärmetauscher
    50
    Kammerwasserzulauf
    51
    Brennerzulauf
    60
    Kammerwasserrücklauf
    61
    Brennerrücklauf

Claims (9)

  1. Beschichtungsanlage (1),
    insbesondere Niederdruckplasmabeschichtungsanlage (2),
    mit mindestens einer Behandlungskammer (3) und einem Beschichtungswerkzeug (9),
    insbesondere einer Plasmaspritzvorrichtung,
    wobei mindestens eine Pumpe (zweite Pumpe 14) zur Evakuierung der Behandlungskammer (3) vorgesehen ist, welche Behandlungskammer (3) temperierbar ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest die Wände (11) der Behandlungskammer (3) und/oder das Innere der Behandlungskammer (3)auf eine Temperatur zwischen 45°C und 75°C temperiert sind.
  2. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Temperierung der Behandlungskammer (3) ein erster Wärmetauscher (35, 36, 37) vorgesehen ist, welcher Wärme zwischen der Behandlungskammer (3) und einem Fluid (31) eines Temperierkreislaufs (10) austauscht.
  3. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur des Fluids (31) mittels eines zweiten Wärmetauschers (40) geregelt wird, welcher zweite Wärmetauscher (40) derart ausgebildet und eingestellt ist,
    dass die Temperatur des Fluids (31) am Vorlauf des ersten Wärmetauschers (35, 36, 37) zwischen 55°C und 65°C eingeregelt ist.
  4. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass angrenzend an die Behandlungskammer (3) mindestens eine Vorkammer (4, 5) angeordnet ist, in welcher eine thermische Vorbehandlung von zu beschichtenden Werkstücken (12) stattfindet.
  5. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest die Wände (11) der Vorkammer (4, 5) auf eine Temperatur zwischen 45°C und 75°C temperiert sind.
  6. Beschichtungsanlage (1) nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Vorkammer (4, 5) und der Behandlungskammer (3) eine verschließbare Trennung (20) vorgesehen ist.
  7. Beschichtungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Beschichtungswerkzeug (9) mittels eines Kühlkreislaufs (6) gekühlt wird und das der Kühlkreislauf (6) mit dem Temperierkreislauf (10) Wärme austauscht.
  8. Beschichtungsverfahren zur Niederdruckplasmabeschichtung mit einer temperierten und evakuierten Behandlungskammer (3),
    in welcher ein Werkstück (12) mittels mindestens eines Beschichtungswerkzeugs (9) beschichtet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperatur in der Behandlungskammer (3) beim Beschichten zwischen 45°C und 75°C eingestellt ist.
  9. Beschichtungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem
    - ersten Schritt (S1) eine Vorkammer(4, 5) auf etwa 0,1 mbar evakuiert wird,
    - zweiten Schritt (S2) die Vorkammer(4, 5) mit Schutzgas auf einen Druck von 30 mbar geflutet wird,
    - dritten Schritt (S3) mittels eines Brenners (7, 8) das Werkstück (12) in der Vorkammer (4, 5) auf eine Temperatur zwischen 700°C und 1000°C erhitzt wird,
    - vierten Schritt (S4) das Werkstück (12) in die Behandlungskammer (3) transportiert wird,
    - fünften Schritt (S5) das Werkstück (12) mittels des Beschichtungswerkzeugs (9) beschichtet wird,
    - sechsten Schritt (S6) das Werkstück (12) abgekühlt wird.
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