VERFHAREN UND BEHANDLUNGSEINRICHTUNG ZUM ABKÜHLEN VON HOCHERWÄRMTEN METALLBAUTEILEN

Beschreibung

[0001] Im Zuge der Herstellung von Metallbauteilen, insbesondere von mechanisch und thermisch hochbelasteten Metallbauteilen, ist häufig eine Vorprozeßerwärmung erforderlich, um die Metallbauteile danach beispielsweise mit einer Beschichtung versehen zu können. Das Erwärmen der Metallbauteile und ihre Beschichtung erfolgen in der Regel in einer abgeschlossenen Kammer, häufig in einer Vakuumkammer. Nach der Behandlung der Metallbauteile müssen diese abgekühlt werden, wozu es sich anbietet, die Kammer einfach zu öffnen und die Metallbauteile damit der Umgebungstemperatur auszusetzen. Dadurch wird aber ein unkontrollierter Thermoschock auf die Metallbauteile ausgeübt, weshalb es ratsam erscheint, die Bauteile in der Kammer mit einem inerten Kühlgas, das häufig auch als Quenchgas bezeichnet wird, abzukühlen, indem die Kammer mit dem inerten Kühlgas geflutet wird.

[0002] EP-A-0 119 186 und FR-A-5 766 95 verchreiben ein Verfahren zum Abkühlen von hocherwärmten metallbauteilen bei dem Bereiche der Metallbauteile entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit einem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintriff.

[0003] Eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von metallbauteilen ist weiter aus DE-A-1 274 151 und DE-C-3 405 244 bekannt.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen vorzuschlagen, mit dem sich unabhängig von der Ausgestaltung der Metallbauteile eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils erreichen läßt.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen aus, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird, und Bereiche der Metallbauteile entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintritt sieht erfindungsgemäß vor, daß die Bereiche der Metallbauteile mit relativ großer Masse mit Einhäusungen versehen werden und die Einhäusungen von Bereichen mit unterschiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden. Unter Metallbauteilen sind dabei nicht nur reine Metallbauteile sondern auch beschichtete Metallbauteile, wie Keramik-Metallbauteile zu verstehen.

[0006] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß durch die gezielte Zuführung von inertem Kühlgas zu den Bereichen der Metallbauteile entsprechend ihrer Massenkonzentration eine Reduktion von Thermospannungen in dem jeweiligen Metallbauteil beim Abkühlungsvorgang erreicht wird. Dadurch lassen sich auch sehr komplex mit sehr unterschiedlicher Masseverteilung gestaltete Bauteile verhältnismäßig schnell unter Vermeidung von Thermospannungen abkühlen, wodurch auch eine bessere Ausnutzung von zur Durchführung des Verfahrens benötigten Behandlungseinrichtungen erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die gezielte Abkühlung einzelner Bereiche insgesamt eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils eintritt, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren gut und einfach in ein umfassendes Verfahren mit beispielsweise einer weiteren Wärmebehandlung integrieren läßt.

[0007] Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die unterschiedlich starke Beaufschlagung der einzelnen Bereiche der zu behandelnden Metallbauteile mit dem inerten Kühlgas in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden; beispielsweise ist es möglich, durch eine gezielte Anbringung von mehr oder weniger Gaszuführungsdüsen für das inerte Kühlgas in der Nähe der einzelnen Bereiche der Metallbauteile eine unterschiedlich starke Beaufschlagung mit dem Kühlgas zu erreichen. Die Einhäusungen lassen sich mit verhältnismä-ßig wenig Aufwand realisieren, insbesondere dann, wenn sie gleichzeitig zur Halterung der Metallbauteile in der Kammer verwendet werden.

[0008] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Metallbau-teile sehr unterschiedlicher Ausgestaltung und unterschiedlicher Massenverteilung kühlen. Bei Gasturbinenschaufeln darstellenden Metallbauteilen werden vorteilhafterweise Fuß und Kopfplatte der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen versehen, da diese Teile im Vergleich zu dem zwischen ihnen liegenden Blatt der Turbinenschaufel eine relativ große Masse aufweisen.

[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner die vorteilhafte Möglichkeit, die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem inerten Kühlgas zu beaufschlagen, wodurch ein gleichmäßiges Abkühlen des Bauteils zusätzlich gefördert wird.

[0010] Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer vorzuschlagen, mit der sich mit konstruktiv und herstellungstechnisch verhältnismäßig geringen Aufwand eine gleichmäßige Abkühlung der Metallbauteile erreichen läßt.

[0011] Die Lösung dieser Aufgabe wird in einer Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer gesehen, die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist, wobei das Metallbauteil zumindest zwei Bereiche aufweist, bei der erfindungsgemäß die Kammer zumindest zwei Einhäusungen aufweist, die Kammer für Bereiche des Metallbauteils, die im vergleich zu anderen Bereichen der Metallbauteils eine relativ große Masse aufweisen, jeweils eine separate Einhausung aufweist, jede Einhausung mit einer Einlaßöffnung versehen ist, und die Einlaßöffnungen für sich mit dem Reservoir verbunden sind.

[0012] Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtung besteht darin, daß diese verhältnismäßig einfach herstellbar ist, weil -in der Regel bereits vorhandene Einrichtungen mit Kammer - lediglich zusätzlich mit Einhäusungen für die Metallbauteile mit Anschlüssen ihrer Einlaßöffnungen zu versehen sind.

[0013] Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn in den Verbindungen zwischen den Einlaßöffnungen und dem Reservoir Gaszuführungsregeleinrichtungen vorhanden sind.

[0014] Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen dargestellt.

[0015] Die dargestellte Behandlungseinrichtung 1 weist eine Kammer 2, vorzugsweise eine Vakuumkammer, auf, in der mit Zusatzeinrichtungen, die der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt sind, ein Metallbauteil 3 hocherwärmt, beispielsweise bis auf 1100°C erwärmt worden ist, um eine Beschichtung durchzuführen.

[0016] Zum Abkühlen des Metallbauteiles 3 wird dieses beispielsweise über nicht dargestellte Manipulatoren mit einer Einhäusung 4 an einem Bereich 5 und mit einer weiteren Einhäusung 6 an einem weiteren Bereich 7 umgeben. Handelt es sich bei dem Bauteil 3 beispielsweise um eine Gasturbinenschaufel, dann bildet der Bereich 5 den Fuß und der Bereich 7 die Kopfplatte der Turbinenschaufel; zwischen dem Fuß 5 und der Kopfplatte 7 erstreckt im Falle einer Gasturbinenschaufel das Blatt 8. Sowohl der Bereich 5 bzw. der Fuß einer Gasturbinenschaufel als auch der Bereich 7 bzw. die Kopfplatte einer Gasturbinenschaufel haben im Vergleich zu dem dazwischen liegenden Bereich 8 bzw. dem Blatt relativ große Massen und sind deshalb mit den Einhäusungen 4 und 6 versehen.

[0017] Die Einhäusung 4 wird über eine Einlaßöffnung 9 mit einem inerten Kühlgas gefüllt, das in Richtung des Pfeiles 10 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 und ein Rohr 12 in die-Einhäusung 4 strömt.

[0018] Über eine weitere Gaszuführungsregeleinrichtung 15, ein Rohr 16 und eine Einlaßöffnung 17 in der Einhäusung 6 wird diese ebenfalls mit dem interten Kühlgas gefüllt, das über nicht dargestellte Spalte am Rande der weiteren Einhausung 6 - ebenso wie bei der Einhausung 4 - in den Innenraum der Kammer 2 ausströmen kann.

[0019] Mittels einer nicht dargestellten, geregelten Gasabsaugeinrichtung kann der Durchsatz an inertem Kühlgas durch die Kammer 2 geregelt werden.

[0020] Da bei der dargestellten Behandlungseinrichtung 1 jede Einhausung 4 bzw. 6 über eine Gaszuführungsregeleinrichtung 11 bzw. 15 individuell mit dem Kühlgas beaufschlagt werden kann, ist es möglich, jede Einhausung 4 bzw. 6 für sich so stark mit inertem Kühlgas zu beaufschlagen, wie es im Hinblick auf die Massen der von den Einhäusungen 4 und 6 umgebenen Bereiche 5 bzw. 7 des Metallbauteils 3 zum Erreichen einer gleichmäßigen Abkühlung erforderlich ist. Berücksichtigt man zusätzlich das durch das inerte Gas in der Kammer 2 bewirkte Abkühlen des Bereichs 8 des Metallbauteils 3, dann läßt sich durch entsprechendes Betätigen der Gaszuführungsregeleinrichtungen 11 und 15 erreichen, daß das Metallbauteil 3 sich insgesamt gleichmäßig abkühlt.

Ansprüche

1. Verfahren zum Abkühlen von in einer Kammer hocherwärmten Metallbauteilen, bei dem in die Kammer mit den hocherwärmten Metallbauteilen ein inertes Kühlgas eingebracht wird, und Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) entsprechend der Größe ihrer Masse gezielt derart unterschiedlich stark mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden, daß eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Metallbauteils (3) eintritt,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die Bereiche (5, 7) der Metallbauteile (3) mit relativ großer Masse mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden und

- die Einhäusungen (4, 6) von Bereichen (5, 7) mit unterschiedlich großer Masse jeweils für sich mit dem inerten Kühlgas individuell beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

- bei Gasturbinenschaufeln (3) darstellenden Metallbauteilen Fuß- (5) und Kopfplatte (7) der Gasturbinenschaufeln mit Einhäusungen (4, 6) versehen werden.

3. Verfahren nach Ansprüche1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

- die Metallbauteile an Innenseiten individuell mit dem inerten Kühlgas beaufschlagt werden.

4. Behandlungseinrichtung zum Abkühlen von Metallbauteilen mit einer die Metallbauteile aufnehmenden Kammer,
die mit einem Reservoir für ein inertes Kühlgas verbunden ist,
wobei das Metallbauteil zumindest zwei Bereiche aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammer (2) zumindest zwei Einhäusungen (4, 6) aufweist,
dass die Kammer (2) für Bereiche (5, 7) des Metallbauteils (3), die im Vergleich zu anderen Bereichen des Metallbauteils (3) eine relativ große Masse aufweisen, jeweils eine separate Einhausung (4, 6) aufweist,
dass jede Einhausung (4, 6) mit einer Einlassöffnung (9, 17) versehen ist, und
dass die Einlassöffnungen (9, 17) für sich mit dem Reservoir verbunden sind.

5. Behandlungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß

- in den Verbindungen zwischen den Einlaßöffnungen (9, 17) und dem Reservoir Gaszuführungsregeleinrichtungen (11, 15) vorhanden sind.

Claims

1. Method for the cooling of metal components highly heated in a chamber, in which an inert cooling gas is introduced into the chamber with the highly heated metal components, and
   regions (5, 7) of the metal components (3) are subjected in a controlled manner to the inert cooling gas to a differing extent according to the size of their mass, in such a way that a uniform cooling of the entire metal component (3) takes place,
characterized in that

- the regions (5, 7) of the metal components (3) with relatively large mass are provided with housings (4, 6), and

- the housings (4, 6) of regions (5, 7) with different mass are each individually subjected separately to the inert cooling gas.

2. Method according to Claim 1,
characterized in that

- in the case of metal components which constitute gas turbine blades (3), the foot plate (5) and head plate (7) of the gas turbine blades are provided with housings (4, 6).

3. Method according to Claims 1 or 2,
characterized in that

- the metal components are subjected individually to the inert cooling gas on inner faces.

4. Treatment device for the cooling of metal components with a chamber which receives the metal components and which is connected to a reservoir for an inert cooling gas, where the metal component has at least two regions,
characterized
in that the chamber (2) has at least two housings (4,6),
in that the chamber (2) has a separate housing (4, 6) in each case for regions (5, 7) of the metal component (3) which have a relatively large mass in comparison with other regions of the metal component (3),
in that each housing (4, 6) is provided with an inlet orifice (9, 17), and
in that the inlet orifices (9, 17) are connected independently to the reservoir.

5. Treatment device according to Claim 4,
characterized in that

- gas supply regulating devices (11, 15) are present in the connections between the inlet orifices (9, 17) and the reservoir.

Revendications

1. Procédé de refroidissement de pièces métalliques portées à haute température dans une chambre, dans lequel on introduit dans la chambre ayant les pièces métalliques portées à haute température un gaz inerte de refroidissement et on alimente des parties (5, 7) des pièces (3) métalliques en fonction de leur masse de manière ciblée très différemment en le gaz inerte de refroidissement de façon à produire un refroidissement uniforme de toute la pièce (3) métallique, caractérisé en ce que

- on munit les parties (5, 7) des pièces (3) métalliques de masse relativement grande de chemises (4, 6) et

- on alimente individuellement les chemises (4, 6) de parties (5, 7) de masses différentes respectivement pour elles-mêmes en le gaz inerte de refroidissement.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que

- pour des pièces métalliques constituant des aubes (3) de turbine à gaz, on munit les plaques de pied (5) et les plaques de tête (7) des aubes de la turbine à gaz de chemises (4, 6).

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que

- on alimente les pièces métalliques sur les faces intérieures individuellement en le gaz inerte de refroidissement.

4. Dispositif de traitement pour le refroidissement de pièces métalliques comprenant une pièce de réception des pièces métalliques qui communique avec un réservoir de gaz inerte de refroidissement,
   la pièce métallique ayant au moins deux parties,
   caractérisé
   en ce que la chambre a au moins deux chemises (4, 6),
   en ce que la chambre a, pour des parties (5, 6) de la pièce (3) métallique qui ont, par rapport à d'autres parties de la pièce (3) métallique, une masse relativement grande, respectivement une chemise (4, 6) distincte,
   en ce que chaque chemise (4, 6) est munie d'une ouverture (9, 17) d'entrée et
   en ce que les ouvertures (9, 17) d'entrée communiquent pour elles-mêmes avec le réservoir.

5. Dispositif de traitement suivant la revendication 4, caractérisé en ce que

- dans les liaisons entre les ouvertures (9, 17) d'entrée et le réservoir il est prévu des dispositifs (11, 15) de régulation de l'apport de gaz.

Zeichnung