DE19720652A1

DE19720652A1 - Heating apparatus for use in e.g. manufacture of gas turbines

Info

Publication number: DE19720652A1
Application number: DE19720652A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dr Ing Hayes
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1997-11-20

Abstract

The heating apparatus (1) incorporates a heat source (2) capable of producing a locally differing heat input into a component (3). Also claimed is the operation of the above heating apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beheizungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung eines Bauteils, insbesondere einer Gasturbinenleitschaufel oder -laufschaufelThe invention relates to a heating device and a Process for uniform volumetric heating of a Component, in particular a gas turbine guide vane or - bucket

In der US-PS 5,238,752 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung ei nes Wärmedämmschichtsystems auf einem metallischen Bauteil, beispielsweise einer Gasturbinenschaufel, beschrieben. Mit tels Elektronenbeschuß aus einer Elektrodenstrahlkanone wer den aus einem Keramikkörper aus mit Yttriumoxid stabilisier tem Zirkonoxid Keramikpartikel herausgelöst, die auf dem Bau teil abgeschieden werden. Das Bauteil wird auf eine Tempera tur von 900°C bis 1000°C vorgewärmt. Hierzu ist eine nicht näher erläuterte Heizung vorgesehen. Während des Beschich tungsvorganges wird das Bauteil ständig gedreht, so daß unter den herrschenden Betriebsbedingungen eine Wärmedämmschicht aus Zirkonoxid hergestellt wird, die eine stengelige Mikro struktur aufweist.In US-PS 5,238,752 a device for generating egg thermal insulation layer system on a metallic component, for example, a gas turbine blade. With electron bombardment from an electron beam gun stabilized from a ceramic body with yttrium oxide zirconium oxide ceramic particles detached on the construction to be partially separated. The component is tempered preheated from 900 ° C to 1000 ° C. This is not one heating provided. During the coating tion process, the component is constantly rotated so that under the prevailing operating conditions a thermal barrier coating Made from zirconium oxide, which is a stalky micro has structure.

Eine Vorwärmung des Bauteils auf eine vorgegebene Temperatur hat einen unmittelbaren Einfluß auf die Haftung der Wärme dämmschicht und die sich ausbildende Schichtstruktur auf das metallische Bauteil. Bei einer Vorwärmung mittels energierei cher und stark gebündelter Strahlen, beispielsweise Laser strahl, Elektronenstrahl oder Plasmastrahl, findet insbeson dere bei Bauteilen mit stark schwankenden Massenkonzentratio nen keine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung des Bautei les statt. Dies kann insbesondere bei im wesentlichen dünn wandigen Bauteilen, wie mit Kühlkanälen durchzogenen Turbi nenschaufeln mit Vollmetallbereichen, wie Deckplatte und Schaufelfuß, zu einer bereichsweise verminderten Haftung und Abweichung von der erwünschten stengeligen Mikrostruktur der Wärmedämmschicht auf dem metallischen Bauteil führen. Bei ei ner Vorwärmung mittels energiereicher Strahlen ist somit die Gefahr einer lokalen Anschmelzung bei zu geringer Temperatur in Bereichen mit starker Massenkonzentration, wie Schaufelfuß oder Deckplatte einer Gasturbinenschaufel, latent vorhanden, was zu entsprechenden Ausschußraten durch Schichthaftungspro bleme oder Bauteilzerstörung führen kann.Preheating the component to a specified temperature has a direct influence on the adhesion of heat insulation layer and the layer structure that forms on the metallic component. With preheating using energy strong and highly focused rays, for example lasers beam, electron beam or plasma beam, takes place in particular this applies to components with strongly fluctuating mass concentrations no uniform volumetric heating of the component les instead. This can be particularly thin at essentially wall components, such as turbos with cooling ducts blades with full metal areas such as cover plate and Blade foot, to a reduced liability in some areas and Deviation from the desired columnar microstructure of the Guide the thermal insulation layer on the metallic component. With egg preheating by means of high-energy radiation is thus the Risk of local melting if the temperature is too low in areas with high mass concentration, such as blade root or cover plate of a gas turbine blade, latent, resulting in appropriate reject rates through shift liability pro problems or component destruction.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beheizungsvorrichtung an zugeben, mit der eine im wesentlichen gleichmäßige volumetri sche Durchwärmung eines Bauteils, insbesondere mit unter schiedlichen Wandstärken und Massenkonzentrationen, durch führbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entspre chendes Verfahren anzugeben.The object of the invention is to provide a heating device admit with a substantially uniform volumetri heating of a component, especially with under different wall thicknesses and mass concentrations is feasible. Another task is to correspond appropriate procedure.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Beheizungsvorrichtung ge richtete Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedlichen Wärme eintrages in ein Bauteil aufweist. Mit einer Heizquelle, die es ermöglicht, in ein Bauteil lokal unterschiedliche Wärme mengen einzutragen bzw. dort zu erzeugen, wird vor allem bei Bauteilen mit unterschiedlichen Massenkonzentrationen eine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung erreicht. Dies ist vor allem bei Turbinenschaufeln, wie beispielsweise Gußschau feln mit eingegossenen Hohlräumen vorteilhaft, da eine Turbi nenlaufschaufel an dem jeweiligen Schaufelfuß und eine Turbi nenleitschaufel an der jeweiligen Deckplatte sehr dickwandig sind, so daß hier lokal unterschiedliche Massenkonzentratio nen vorliegen. Mit der Heizquelle wird gewährleistet, daß in die dickwandigen Bereiche (Deckplatte, Schaufelfuß) entspre chend mehr Wärmeenergie als in die dünnwandigen Bereiche ein getragen wird, so daß auch in den dickwandigen Bereichen nicht nur eine oberflächennahe, sondern eine vollständige vo lumetrische Durchwärmung erfolgt. Hierdurch ist selbst in ra dialer Richtung bei Turbinenleit- und Turbinenlaufschaufeln eine homogene Oberflächentemperatur erreicht. Dies führt zu einer gleichmäßig guten Haftung einer Wärmedämmschicht bei geforderter stengeliger Mikrostruktur, die beispielsweise mittels eines PVD-Beschichtungsverfahrens auf das Bauteil aufgetragen wird. Durch die gleichmäßige volumetrische Durch wärmung des gesamten Bauteils sind ebenfalls auftretende Strahlungsverluste und im Bauteil ablaufende innere Wärme leitvorgänge homogenisiert, so daß lokale Abkühlungen des Bauteils weitgehend vermieden sind. Hierdurch sind ebenfalls Schichthaftungsprobleme in Folge zwischen der Wärmedämm schicht und dem Bauteil auftretender Spannungen sowie lokale Unterschreitungen der Schichtanbindungstemperatur (Ankeimungstemperatur) weitgehend vermieden. Die Heizquelle ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Wärmeeintrags verbunden, wodurch selbst bei einer einzigen Heizquelle ein lokal unterschiedlicher Wärmeeintrag in ein Bauteil erfolgt. Hierbei wird die von der Heizquelle abgege bene oder durch die Heizquelle in dem Bauteil erzeugte Wärme anhand der jeweiligen Position des Bauteils in Bezug auf die Heizquelle gesteuert, wobei eine relative Bewegung der Heiz quelle zum Bauteil stattfinden kann.According to the ge on a heater task solved by a device that a Heat source for generating a locally different heat has entry in a component. With a heat source that it allows locally different heat in a component Entering quantities or creating them there is mainly used for Components with different mass concentrations uniform volumetric heating achieved. This is especially with turbine blades, such as Gußschau fields with cast-in cavities advantageous because of a turbo nenaufschaufel on the respective blade root and a turbine Very thick-walled guide vane on the respective cover plate are, so that locally different mass concentrations available. The heat source ensures that in the thick-walled areas (cover plate, blade root) correspond accordingly more thermal energy than in the thin-walled areas is worn so that even in the thick-walled areas not just a near surface, but a complete vo lumetric heating takes place. This is even in ra dialer direction in turbine guide vanes and turbine blades achieved a homogeneous surface temperature. this leads to uniformly good adhesion of a thermal insulation layer required stiff microstructure, for example by means of a PVD coating process on the component is applied. Due to the uniform volumetric through Heating of the entire component is also occurring Radiation losses and internal heat flowing in the component homogenizing processes so that local cooling of the Component are largely avoided. This also means Layer adhesion problems in a row between the thermal insulation layer and the component occurring stresses as well as local Falling below the layer connection temperature (Germination temperature) largely avoided. The heat source is preferably with a control unit for controlling the Heat input connected, making even a single Heat source a locally different heat input in one Component takes place. Here, the heat source is emitted plane or generated by the heat source in the component based on the respective position of the component in relation to the Heating source controlled, with a relative movement of the heating source to the component can take place.

Die Heizquelle weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Strah lungsquellen mit unterschiedlicher und/oder unterschiedlich und gegebenenfalls unabhängig voneinander einstellbarer Strahlungsleistung auf. Dies hat den Vorteil, daß mit der Heizquelle ein großer Raumbereich beheizbar ist und zwar so, daß in unterschiedlichen Teilraumbereichen ein unterschiedli cher Wärmeeintrag erzeugt wird. Somit wird ein Bauteil, wel ches mit einer Oberfläche der Heizquelle zugewandt ist, ins besondere bei einer Strahlungsheizquelle, an sämtlichen Teilflächen der Oberfläche zeitgleich mit jeweils unter schiedlicher Intensität beheizt. Eine relative Bewegung zwi schen Heizquelle und Bauteil ist somit lediglich in einer oder zwei Koordinatenrichtungen erforderlich. Bei einer ge genseitigen Rotation ist lediglich eine Änderung der Winkel koordinaten erforderlich. Als Strahlungsquelle eignet sich bevorzugt eine Wärmestrahlungsquelle, die konstruktiv einfach herstellbar und in eine Beschichtungsvorrichtung für ein Bau teil einfach einbaubar ist. Andere Strahlungsquellen können solche für Elektronen-, Plasma- oder Laser-Strahlung sein. Solche Strahlungsquellen können gegebenenfalls auch zur Vor wärmung des Bauteils für ein Verfahren zur Beschichtung des Bauteils mit einer Wärmedämmschicht, beispielsweise dem Elek tronenstrahl-PVD-Verfahren, verwendet werden.The heat source preferably has a plurality of beams Sources of sources with different and / or different and, if necessary, independently adjustable Radiant power. This has the advantage that with the A large area of the room can be heated in such a way that that a different in different sub-areas cher heat input is generated. Thus, a component that wel ches with a surface facing the heat source, ins especially with a radiant heating source, on all Partial surfaces of the surface at the same time with each heated to different intensities. A relative movement between The heating source and component is therefore only in one or two coordinate directions required. With a ge mutual rotation is just a change in angle coordinates required. Suitable as a radiation source prefers a heat radiation source that is structurally simple producible and in a coating device for a building part is easy to install. Other sources of radiation can be those for electron, plasma or laser radiation. Such radiation sources can also be used if necessary heating the component for a method for coating the Component with a thermal barrier coating, such as the Elek electron beam PVD method can be used.

Die Strahlungsleistung jeder Strahlungsquelle ist vorzugs weise entsprechend der Massenkonzentration eines jeweils für den Wärmeeintrag vorgesehenen Bereiches des Bauteils bemes sen, wodurch eine gleichmäßige volumetrische Erwärmung des Bauteils erzielt wird. Je nach Form des Bauteils können hier bei mehrere Strahlungsquellen zu einer Strahlungsgruppe ver bunden sein, wobei die eine Strahlungsgruppe bildenden Strah lungsquellen jeweils die gleiche Strahlungsleistung abgeben. Eine Strahlungsgruppe zur Erwärmung eines dickwandigen, ins besondere vollmetallischen, Teilbereiches eines Bauteils hat eine größere Strahlungsleistung als eine Strahlungsgruppe zur Erwärmung eines dünnwandigen, insbesondere hohlen, Teilbe reichs des Bauteils.The radiation power of each radiation source is preferred wise according to the mass concentration one for each the heat input area of the component dimensioned sen, whereby a uniform volumetric heating of the Component is achieved. Depending on the shape of the component, here ver with several radiation sources to one radiation group be bound, the beam forming a radiation group emit the same radiation power. A radiation group for heating a thick-walled, ins has special all-metallic, partial area of a component a greater radiation power than a radiation group for Heating a thin-walled, in particular hollow, part realm of the component.

Die Strahlungsquellen sind vorzugsweise entlang einer Linie angeordnet. Eine Strahlungsquelle ist vorzugsweise ein Heiz stab mit einer Stabachse, wobei die Stabachsen benachbarter Strahlungsquellen vorzugsweise im wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind. Durch eine Anordnung stabförmiger Strahlungsquellen ist eine Heizfläche gebildet, die in einer Richtung eine weitgehend konstante und in einer anderen Rich tung eine der Form des Bauteils angepaßte Strahlungsleistung aufweist. Zusätzlich kann durch fokusierende Einrichtungen, wie Hohlspiegel, die Gerichtetheit der Wärmestrahlung beein flußt, insbesondere verbessert, werden. The radiation sources are preferably along a line arranged. A radiation source is preferably a heater rod with a rod axis, the rod axes being adjacent Radiation sources preferably substantially parallel to are arranged one another. Through an arrangement of rod-shaped Radiation sources is a heating surface formed in a Towards a largely constant and in a different direction a radiation power adapted to the shape of the component having. In addition, by focusing facilities, like concave mirrors, affect the directionality of the heat radiation flows, especially improved.

Die Beheizungsvorrichtung weist vorzugsweise einen Tempera turgeber zur Erfassung der Aufwärmung des Bauteils, insbeson dere an zumindest einer für die Gesamtaufwärmung charakteri stischen Stelle des Bauteils, auf. Mit der Erfassung der Auf wärmung des Bauteils ist über eine Regeleinrichtung eine Re gelung der Heizquelle erreicht, so daß anhand der gemessenen Aufwärmung des Bauteils der Wärmeeintrag durch die Heizquelle in das Bauteil zur Erzielung einer gleichmäßigen volumetri schen Durchwärmung regelbar ist. Bei einer Heizquelle aus ei ner Mehrzahl von Strahlungsquellen kann die Strahlungsleistung einzelner Strahlungsquellen oder einzelner Gruppen von Strah lungsquellen entsprechend der tatsächlich gemessenen Aufwär mung nachgeregelt, d. h. insbesondere erhöht oder erniedrigt, werden. Durch die Erfassung der aktuellen Temperatur, d. h. der Aufwärmung des Bauteils, an einer charakteristischen Stelle oder entlang einer Linie bzw. Fläche kann darüber hin aus auch die Aufheizgeschwindigkeit des Bauteils durch Rege lung des Wärmeeintrags durchgeführt werden. Somit wird durch die Beheizungsvorrichtung ein vorgegebener Aufheizgradient genau eingehalten und eine vorgegebene Vorwärmtemperatur des Bauteils sicher erreicht. Die Aufheizung kann neben reiner Strahlungserwärmung auch durch zusätzliche Konvektionserwär mung unterstützt werden. Dies ist in einer Beschichtungsvor richtung besonders günstig, da bis zu einer Temperatur von 700°C eine Erwärmung dominiert über Konvektion erfolgen kann und eine höhere Erwärmung bis über 1000°C vorwiegend durch Strahlungswärmeeintrag erfolgt. Die Heizquelle eignet sich somit für eine Erwärmung des Bauteils auf über 900°C, insbe sondere auf 950°C bis 1050°C.The heating device preferably has a tempera Turgeber to record the warming up of the component, in particular on at least one characterizing the total warming up tical location of the component. With the capture of the on Heating of the component is a re via a control device gelation of the heating source reached so that based on the measured Warming up the component's heat input through the heat source into the component to achieve a uniform volumetri heating can be regulated. With a heating source from egg A plurality of radiation sources can be the radiation power individual radiation sources or individual groups of rays sources according to the actually measured warm-up mung adjusted, d. H. especially increased or decreased, will. By capturing the current temperature, i.e. H. the heating of the component, at a characteristic Place or along a line or area can go over it also the heating speed of the component by rain heat input. Thus through the heating device has a predetermined heating gradient exactly adhered to and a predetermined preheating temperature of the Component safely reached. The heating can be pure Radiant heating also through additional convection heating mung be supported. This is in a coating process direction particularly favorable, since up to a temperature of 700 ° C dominated by convection heating and a higher warming up to over 1000 ° C mainly through Radiant heat input takes place. The heat source is suitable thus for heating the component to over 900 ° C, especially especially at 950 ° C to 1050 ° C.

Die Heizquelle, insbesondere die Strahlungsquellen, sind vor zugsweise räumlich verteilt angeordnet. Hierdurch erfolgt ein Wärmeeintrag aus verschiedenen Richtungen, gegebenenfalls in denselben Bereich des Bauteils. Das Bauteil ist vorzugsweise zwischen einzelnen Strahlungsquellen anordenbar. The heat source, especially the radiation sources, are in front preferably arranged spatially distributed. This will result in a Heat input from different directions, possibly in same area of the part. The component is preferred can be arranged between individual radiation sources.

Dies ist besonders vorteilhaft für eine Beheizungsvorrichtung in einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung eines PVD- Beschichtungsprozesses zur Herstellung einer keramischen Wär medämmschicht auf einem Bauteil, insbesondere einer Gasturbi nenschaufel, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Halte vorrichtung für die Halterung und Bewegung, insbesondere Ro tation oder durch Superposition überlagerte Zusatzbewegung des Bauteils aufweist. Die Beheizungsvorrichtung, insbeson dere eine solche mit einer Mehrzahl von Wärmestrahlungsquel len, ist in eine Kammer der Beschichtungsvorrichtung kon struktiv einfach installierbar und über einfache Regelpro zesse so ansteuerbar, daß in dem Bauteil eine gleichmäßige volumetrische Durchwärmung auf einem hohen Temperaturniveau von über 900°C, gewährleistet ist. Das Bauteil wird in einer Haltevorrichtung gehalten und durch Bewegung in dem von der Beheizungsvorrichtung erzeugten Wärmefeld gleichmäßig aufge heizt. Durch eine geeignete Anordnung der Beheizungsvorrich tung in der Beschichtungsvorrichtung ist auch eine Zusatzhei zung, insbesondere Strahlungsbeheizung, während des Beschich tungsprozesses möglich, bei dem auf das Bauteil eine kerami sche Wärmedämmschicht aufgebracht wird.This is particularly advantageous for a heating device in a coating device for performing a PVD Coating process for the production of a ceramic heat insulating layer on a component, in particular a gas turbine nenschaufel, wherein the coating device a holding device for mounting and movement, especially Ro tion or additional movement superimposed by superposition of the component. The heating device, in particular one with a plurality of heat radiation sources len is con in a chamber of the coating device structurally easy to install and with simple control pro Processes controllable so that a uniform in the component volumetric heating at a high temperature level of over 900 ° C is guaranteed. The component is in a Holding device held and by movement in the of the Heating device generated heat field evenly heats. By a suitable arrangement of the heating device device in the coating device is also an additional heater tion, especially radiation heating, during the coating tion process is possible, in which a ceramic is applied to the component cal thermal insulation layer is applied.

Die auf ein Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwär mung eines Bauteils gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch eine Beheizungsvorrichtung mit einer Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedlichen Wärmeeintrages Berei che unterschiedlicher Massenkonzentration entsprechend der jeweiligen Massenkonzentration aufgewärmt werden, insbeson dere durch Zuführung bzw. Erzeugung einer entsprechenden der Massenkonzentration angepaßten Wärmemenge in dem jeweiligen Bereich. Vorzugsweise erfolgt hierbei ein Wärmeeintrag durch Wärmestrahlung und Konvektion mit einem vorgegebenen räum lichen Wärmeleistungsprofil. Es ist ebenfalls möglich, die entsprechende Wärmemenge durch hochenergetische Strahlung, wie Elektronen-, Plasma-, Laser-Strahlung zu erzeugen. Durch Strahlungsquellen unterschiedlicher Leistung wird den sich in ihrer Massenkonzentration unterscheidenden Bereichen eine je weils unterschiedliche Wärmemenge pro Zeit zugeführt. Gegen über einer klassischen Beheizung des Bauteils in einem Ofen zeichnet sich das Verfahren durch eine deutlich schnellere und regelbare Aufheizung des Bauteils aus, da der Temperatur ausgleich durch Wärmeleitung entfällt. Lokale Überhitzungen werden vermieden.The on a method for uniform volumetric heating task is solved by that by a heater with a heat source for Generation of a locally different heat input area different mass concentration according to the respective mass concentration are warmed up, in particular by supplying or generating a corresponding one Mass concentration adapted amount of heat in the respective Area. Heat is preferably introduced here Heat radiation and convection with a given room heat output profile. It is also possible that appropriate amount of heat from high-energy radiation, how to generate electron, plasma, laser radiation. By Radiation sources of different power are found in their mass concentration different areas each because different amounts of heat are supplied per time. Against over a classic heating of the component in an oven the process is characterized by a significantly faster and adjustable heating of the component because of the temperature compensation by heat conduction is not necessary. Local overheating are avoided.

Anhand der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungs beispiele werden die Beheizungsvorrichtung und das Verfahren zur gleichmäßigen volumetrischen Erwärmung eines Bauteils nä her erläutert.On the basis of the execution examples shown in Fig. 1 and Fig. 2, the heating device and the method for uniform volumetric heating of a component are explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt schematisch und nicht maßstäblich eine Be heizungsvorrichtung 1 in einer Beschichtungsvorrichtung 10. Die Beschichtungsvorrichtung 10 dient eine Beschichtung eines Bauteiles 3, hier einer schematisch dargestellten Leitschau fel einer Gasturbine, mittels eines PVD (Physical Vapour De position) - Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Wär medämmschicht, insbesondere aus mit Yttriumoxid stabilisier tem Zirkonoxid. Die Beschichtungsvorrichtung 10 weist eine Haltevorrichtung 11 auf, in der das Bauteil 3, welches ent lang einer Längsachse 4 gerichtet ist, gehalten ist. Die Hal tevorrichtung 11 weist einen nicht näher dargestellten An trieb dar, durch den eine Rotation des Bauteils 3 um die Längsachse 4 mit vergleichsweise gleichmäßiger Drehgeschwin digkeit gegeben ist. Das Bauteil 3 weist drei Bereiche 12a, 12b, 12c mit unterschiedlicher Massenkonzentration auf. Mit dem Bereich 12c ist das Bauteil 3 in der Haltevorrichtung 11 gehalten. Der Bereich 12b ist zwischen den Bereichen 12a und 12c entlang der Längsachse 4 angeordnet. Es handelt sich hierbei um einen Bereich 12b, der relativ dünnwandig und zur Führung von Kühlgas hohl ausgebildet ist. Die Bereiche 12a und 12c sind dickwandig und fast vollständig als metallischer Vollblock ausgeführt, so daß sie eine erheblich größere Mas senkonzentration als der mittlere Bereich 12b aufweisen. Die Beheizungsvorrichtung 1 weist eine Heizquelle 2, bestehend aus einer Mehrzahl von Strahlungsquellen 5 auf. Die Strah lungsquellen 5 sind entlang einer Linie parallel zur Längs achse 4 angeordnet. In Fig. 2 ist ein Teil der Strahlungs quellen 5 auf einer weiteren Linie, den anderen Strahlungs quellen 5 gegenüberliegend angeordnet. Das Bauteil 3 ist zwi schen den beiden Achsen positioniert. Andere Anordnungen und Aufteilungen der Strahlungsquellen 5 sind ebenfalls möglich. Jede Strahlungsquelle 5 ist für die Abgabe einer entsprechen den Strahlungsleistung einzeln ansteuerbar. Jede Strahlungs quelle 5 ist ein entlang einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Stabachse 7 gerichteter Heizstab 5a zur Erzeu gung von Wärmestrahlung. Mit der Heizquelle 2 wird somit eine senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Heizfläche gebildet. Die Heizstäbe 5a sind entsprechend der Anzahl der Bereiche 12a, 12b, 12c unterschiedlicher Massenkonzentration (hier 3) zu Strahlungsgruppen 6a, 6b, 6c verbunden. Jede Strahlungs gruppe 6a, 6b, 6c ist einem entsprechenden Bereich 12a, 12b, 12c gegenüberliegend angeordnet. An dem Bereich 12c ist ein Temperaturgeber 8, insbesondere eine Thermoelement, angeord net, durch welchen die aktuelle Temperatur des Bauteils 3 er faßt wird. Als Temperaturgeber 8 kann ebenfalls ein Tempera tursensor, wie beispielsweise eine infrarotsensitive Fotodi ode, oder eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die entlang der Längsachse 4, an der der Beheizungsvorrichtung 1 gegen überliegenden Seite des Bauteils 3 angeordnet sind, verwendet werden. Der Temperaturgeber 8 ist mit einer Regeleinrichtung 9 zur Regelung und Steuerung der Heizquelle 2, insbesondere der abzugebenden Strahlungsleistung verbunden. Die Behei zungsvorrichtung 1 weist zudem einen Lüfter 13 auf, durch den eine Konvektionsströmung von der Heizquelle 2 zu dem Bauteil 3 erzeugt wird. Der Lüfter 13 ist ebenfalls mit der Regelein richtung 9 verbunden. Fig. 1 shows schematically and not to scale a Be heater 1 in a coating apparatus 10. The coating device 10 serves to coat a component 3 , here a schematically illustrated guide vane of a gas turbine, by means of a PVD (Physical Vapor De position) method for producing a ceramic thermal barrier coating, in particular from zirconium oxide stabilized with yttrium oxide. The coating device 10 has a holding device 11 in which the component 3 , which is directed along a longitudinal axis 4 , is held. The Hal tevvorrichtung 11 has a drive, not shown, through which a rotation of the component 3 about the longitudinal axis 4 with a comparatively uniform speed of rotation is given. The component 3 has three areas 12 a, 12 b, 12 c with different mass concentrations. The component 3 is held in the holding device 11 with the region 12 c. The area 12 b is arranged between the areas 12 a and 12 c along the longitudinal axis 4 . This is an area 12 b that is relatively thin-walled and hollow for guiding cooling gas. The areas 12 a and 12 c are thick-walled and almost completely designed as a full metal block, so that they have a considerably larger mass concentration than the central area 12 b. The heating device 1 has a heating source 2 consisting of a plurality of radiation sources 5 . The radiation sources 5 are arranged along a line parallel to the longitudinal axis 4 . In Fig. 2, part of the radiation sources 5 is arranged on a further line, the other radiation sources 5 opposite. The component 3 is positioned between the two axes. Other arrangements and distributions of the radiation sources 5 are also possible. Each radiation source 5 can be individually controlled for the emission of a corresponding radiation power. Each radiation source 5 is a heating rod 5 a directed along a perpendicular to the plane of the drawing rod axis 7 a for generating heat radiation. A heating surface perpendicular to the plane of the drawing is thus formed with the heating source 2 . The heating rods 5 a are connected to radiation groups 6 a, 6 b, 6 c in accordance with the number of regions 12 a, 12 b, 12 c of different mass concentration (here 3). Each radiation group 6 a, 6 b, 6 c is arranged opposite a corresponding area 12 a, 12 b, 12 c. At the area 12 c, a temperature sensor 8 , in particular a thermocouple, is angeord net, through which the current temperature of the component 3 is detected. The temperature sensor 8 is also a tempera can tursensor such as ode an infrared-sensitive Fotodi, or a plurality of temperature sensors that are along the longitudinal axis 4 on which the heating device 1 opposite side of the device 3 are arranged, is used. The temperature sensor 8 is connected to a regulating device 9 for regulating and controlling the heating source 2 , in particular the radiation power to be emitted. The heating device 1 also has a fan 13 through which a convection flow from the heating source 2 to the component 3 is generated. The fan 13 is also connected to the Regelein device 9 .

Eine Vorheizung des Bauteils 3 kann mittels Konvektion und/ oder Strahlung erfolgen. In einem Temperaturbereich bis zu etwa 700°C wird die Effektivität der Aufheizung überwiegend durch konvektive Wärmezufuhr bestimmt. Oberhalb 700°C do miniert eine Aufheizung infolge von Strahlungseffekten. Die Vorheizung ist vorzugsweise an den in der Beschichtungsvor richtung 10 herrschenden Druck gekoppelt. Eine Vorheizung kann dabei, wie folgt, ablaufen:The component 3 can be preheated by means of convection and / or radiation. In a temperature range up to about 700 ° C, the effectiveness of the heating is mainly determined by convective heat supply. Heating above 700 ° C mines due to radiation effects. The preheating is preferably coupled to the pressure prevailing in the coating device 10 . A preheating can proceed as follows:

Ein zu beschichtendes Bauteil 3 wird in die Haltevorrichtung 8 eingebracht, die Beschichtungsvorrichtung 10 wird bis auf ca. 10 mbar evakuiert, sie wird anschließend mit Argon bis auf einen Druck von 200 mbar geflutet, erneut auf etwa 10 mbar evakuiert und anschließend mit Argon auf etwa 800 mbar geflutet. Durch die Regeleinrichtung 9 werden die Strahlungs quellen 5 und der Lüfter 13 aktiviert sowie eine Druckrege lung in der Beschichtungsvorrichtung 10, beispielsweise durch eine Drehschieberpumpe, durchgeführt. Über den Temperaturge ber 8 erfolgt eine Temperaturüberwachung des Erwärmungsvor ganges, wobei bei Erreichen einer ersten Grenztemperatur von ca. 700°C eine Abschaltung des Lüfters 13 erfolgt und somit ein Übergang zur Strahlungsheizung mittels der Strahlungs quellen 5 erfolgt. Zusätzlich wird eine nichtdargestellte Va kuumpumpe eingeschaltet und die Beschichtungseinrichtung 10 auf einen Druck zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens eingeregelt. Es erfolgt eine geregelte Aufheizung des Bau teils 3 durch Strahlung bis auf eine Ankeimungstemperatur, wobei ein vorgegebener Aufheizgradient (eine Aufheizgeschwin digkeit) eingehalten wird. Mittels des Temperaturgebers 8 er folgt eine Überwachung der Temperatur des Bauteils 3 und eine Leistungsregelung der Heizungsquelle 2 so, daß eine für die Beschichtung erforderliche Temperatur eingehalten wird.A component 3 to be coated is introduced into the holding device 8 , the coating device 10 is evacuated to about 10 mbar, it is then flooded with argon to a pressure of 200 mbar, again evacuated to about 10 mbar and then with argon to about Flooded 800 mbar. By means of the control device 9 , the radiation sources 5 and the fan 13 are activated and pressure regulation in the coating device 10 , for example by means of a rotary vane pump. Via the Temperaturge via 8 , the temperature of the heating process is monitored, the fan 13 being switched off when a first limit temperature of approximately 700 ° C. is reached, and thus a transition to radiant heating by means of the radiation sources 5 takes place. In addition, a vacuum pump, not shown, is switched on and the coating device 10 is regulated to a pressure for carrying out the coating process. There is a controlled heating of the construction part 3 by radiation up to a germination temperature, with a predetermined heating gradient (a heating speed) is maintained. By means of the temperature sensor 8 it follows a monitoring of the temperature of the component 3 and a power control of the heating source 2 so that a temperature required for the coating is maintained.

Für eine gleichmäßige Durchwärmung wird jeder Strahlungsgrup pe 6a, 6b, 6c entsprechend der Geometrie und der Massenanhäu fung des Bauteils 3 ein Leistungsfaktor zugeordnet, der bei spielsweise vorab in Vorversuchen ermittelt wurde. Hierdurch kann auf einfachem Wege bei der Beschichtung nahezu identi scher Bauteile jeweils der einmal bestimmte Leistungsfaktor wieder verwendet werden. Die Drehzahl des Lüfters 13 wird ebenfalls über die Regeleinrichtung 9 in Abhängigkeit der Er wärmung des Bauteils 3 geregelt.For uniform heating, each radiation group 6 a, 6 b, 6 c is assigned a power factor in accordance with the geometry and the mass accumulation of component 3 , which was determined in preliminary tests, for example, in advance. This makes it easy to reuse the once determined power factor in the coating of almost identical components. The speed of the fan 13 is also controlled by the control device 9 depending on the heating of the component 3 .

Jedem einzeln ansteuerbaren Heizstab 5a der Heizquelle 2 wird durch softwareseitige Vorabdefinition durch die Regeleinrich tung 9, welche beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgeführt ist, ein Heizleistungsprofil aufgeprägt. Dieses dient als adaptive Führungsgröße für die Regelung der Gesamtheizleistung der Heizquelle 2 sowie der lokalen Wärme leistung, wobei die lokale Wärmeleistung jeweils an die Geo metrie und die Massenkonzentration des Bauteils 3 angepaßt ist. Bei einer größeren Massenkonzentration ist dementspre chend auch örtlich die Wärmeleistung höher. Die zu einer je weiligen Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c zusammengefaßten Heiz stäbe 5a haben jeweils einen zugeordneten Leistungsfaktor m. Jede Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c ist durch die Regeleinrich tung 9 einzeln regelbar. Diese Regelung kann durch ein Rech nerprogramm oder entsprechende elektronische bzw. elektrische Schaltungen durchgeführt werden. Zur Regelung wird in vorge gebenen, insbesondere festen Zeitintervallen die Temperatur des zu erwärmenden Bauteils durch den Temperaturgeber 8 er mittelt und die so ermittelte Temperatur und Aufheizgeschwin digkeit mit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Bei einer auftretenden Regelabweichung erfolgt eine Rückwirkung auf die nichtdargestellten elektrischen Stromquellen der einzelnen Heizstäbe 5a, die zu den Strahlungsgruppen 6a, 6b, 6c zusam mengefaßt sind. Durch diese Regelung wird eine homogene Tem peraturverteilung innerhalb des Bauteils 3 gewährleistet. Als Führungsgrößen für die Regelungen treten beispielsweise das gewählte Heizleistungsprofil, die Solltemperatur sowie der Aufheizgradient (Aufheizgeschwindigkeit) auf. Zwischen der Gesamtleistung P_G der Heizquelle 2, welche als Regelgröße dient, und der Heizleistung jeder Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C besteht über die Leistungsfaktoren m (0 m 1) eine Bezie hung. Die Heizleistung jeder Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C läßt sich als die Summe der Heizleistung der in der Strahlungs gruppe angeordneten jeweiligen Heizstäbe 5a darstellen. Die Gesamtleistung P_G ist gleich der Summe aus den jeweiligen Heizleistungen der Strahlungsgruppen multipliziert mit den entsprechenden Leistungsfaktoren.
P_G = m_AP_A + m_BP_B + m_CP_C mit m_A; m_B; m_C = konstant.Each individually controllable heating element 5 a of the heating source 2 is embossed by a software definition in advance by the control device 9 , which is designed, for example, as a programmable logic controller, a heating power profile. This serves as an adaptive reference variable for controlling the total heating power of the heat source 2 and the local heat output, the local heat output being adapted to the geometry and the mass concentration of the component 3 . With a larger mass concentration, the heat output is accordingly higher locally. The heating rods 5 a combined into a respective radiation group 6 a, 6 b, 6 c each have an associated power factor m. Each radiation group 6 a, 6 b, 6 c is individually controllable by the control device 9 . This regulation can be carried out by a computer program or corresponding electronic or electrical circuits. For the control of pre-passed, and in particular fixed time intervals the temperature of the part to be heated by the temperature sensor 8 and the temperature and it averages Aufheizgeschwin speed thus determined is compared with predetermined desired values. In the event of a system deviation, there is an effect on the electrical power sources (not shown) of the individual heating elements 5 a, which are grouped together to form the radiation groups 6 a, 6 b, 6 c. This regulation ensures a homogeneous temperature distribution within the component 3 . The selected heating output profile, the target temperature and the heating gradient (heating speed) appear as reference variables for the controls. Between the total power P _{G of} the heating source 2 , which serves as a controlled variable, and the heating power of each radiation group P _A , P _B , P _{C, there} is a relationship via the power factors m (0 m 1). The heating power of each radiation group P _A , P _B , P _C can be represented as the sum of the heating power of the respective heating rods 5 a arranged in the radiation group. The total power P _G is equal to the sum of the respective heating powers of the radiation groups multiplied by the corresponding power factors.
P _G = m _A P _A + m _B P _B + m _C P _C with m _A ; m _B ; m _C = constant.

Weiterhin wird das Verhältnis aus Leistungsfaktor m_A, m_B, m_C zu der jeweiligen Heizleistung der Strahlungsgruppe P_A, P_B, P_C für jede Strahlungsgruppe gleich gewählt. Hierdurch läßt sich die Gesamtleistung eindeutig als eine Funktion einer einzigen Heizleistung einer Strahlungsgruppe 6a, 6b, 6c darstellen und somit eine einfache Regelung durchführen. Gleiches gilt für die Aufheizgeschwindigkeit des Bauteils. Somit ist in Abhän gigkeit der Masse, der Massenverteilung, der jeweiligen Bau teiloberfläche sowie der Geometrie des Bauteils eine eindeu tige Korrelation zwischen Gesamtleistung der Heizquelle 2 und der Aufheizgeschwindigkeit gegeben, wodurch auch hierfür eine einfache Regelung durchführbar ist.Furthermore, the ratio of power factor m _A , m _B , m _C to the respective heating power of the radiation group P _A , P _B , P _C is chosen to be the same for each radiation group. As a result, the total power can be clearly represented as a function of a single heating power of a radiation group 6 a, 6 b, 6 c and thus a simple control can be carried out. The same applies to the heating speed of the component. Thus, depending on the mass, the mass distribution, the respective component surface and the geometry of the component, there is an unambiguous correlation between the total power of the heating source 2 and the heating rate, so that simple control can also be carried out for this.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Beheizungsvorrichtung mit einer Heizquelle zur Erzeugung eines lokal unterschiedli chen Wärmeeintrags in ein Bauteil aus, wodurch eine gleichmä ßige volumetrische Erwärmung des Bauteiles auf eine vorgeb bare Bauteiltemperatur mit vorgebbarer Aufheizgeschwindigkeit erreicht ist. Hierfür weist die Beheizungsvorrichtung vor zugsweise eine Mehrzahl eine Heizfläche bildender Heizstäbe auf, wobei die Heizstäbe einzeln ansteuerbar und zu Strah lungsgruppen zusammenfaßbar sind. Die Zusammenfassung der Heizstäbe in Strahlungsgruppen erfolgt derart, daß in der durch die Heizstäbe gebildeten Fläche eine Abbildung der Mas senverteilung und Geometrie des Bauteiles vorliegt. Durch eine der Massenverteilung angepaßte Heizleistungsregelung der Strahlungsgruppen erfolgt somit ein der Massenkonzentration und Geometrie des Bauteils angepaßter Wärmeeintrag, welcher in Bereichen großen Massenkonzentration entsprechend größer als in Bereichen geringer Massenkonzentration ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei Gasturbinenleit- und -laufschau feln, die aus dünnwandigen mit Kühlkanälen versehenen Gußtei len und dickwandigen Fuß- bzw. Deckplatten bestehen. Für sol che Gasturbinenschaufeln kann somit eine gleichmäßige homo gene volumetrische Temperaturverteilung erreicht werden, so daß bei einem Beschichtungsvorgang zur Herstellung einer Wär medämmschicht eine gleichmäßig gute Haftung und Ablagerung dieser Wärmedämmschicht mit einer geforderten Mikrostruktur, insbesondere aus mit Yttriumoxid teilstabilisiertem Zir konoxid, gegeben ist. Die Turbinenschaufeln zeichnen sich so mit durch eine gegenüber thermomechanischen Wechselbelastun gen hervorragend beständige Wärmedämmschicht aus.The invention is characterized by a heating device with a heating source to generate a locally different chen heat input into a component, resulting in an even ß volumetric heating of the component to a predetermined Compatible component temperature with predefinable heating rate is reached. For this, the heating device has preferably a plurality of heating rods forming a heating surface on, the heating elements individually controllable and to beam groups can be summarized. The summary of the Heating elements in radiation groups takes place in such a way that in the an area of the mas formed by the heating elements distribution and geometry of the component is present. By a heat output control adapted to the mass distribution Radiation groups thus occur in the mass concentration and geometry of the component adapted heat input, which correspondingly larger in areas of high mass concentration than in areas of low mass concentration. This is particularly advantageous for gas turbine control and run monitoring feln, made of thin-walled cast iron with cooling channels len and thick-walled foot or cover plates. For sol che gas turbine blades can thus be a uniform homo gene volumetric temperature distribution can be achieved, so that in a coating process to produce a heat medämmschicht an evenly good adhesion and deposition this thermal barrier coating with a required microstructure, in particular from zirconium partially stabilized with yttrium oxide Konoxid, is given. The turbine blades stand out like this with a thermomechanical alternating load excellently resistant thermal insulation layer.

Claims

1. Heating device ( 1 ) with a heat source ( 2 ) for generating a locally different heat input into a component ( 3 ).

2. Heating device ( 1 ) according to claim 1, wherein the heating source ( 2 ) has a plurality of radiation sources ( 5 ), in particular for heat radiation, differently adjustable radiation power.

3. Heating device ( 1 ) according to claim 2, wherein the radiation power of each radiation source ( 5 ) is dimensioned in accordance with the mass concentration of an area ( 12 ) of the component ( 3 ) provided for the heat input in order to achieve uniform volumetric heating of the component ( 3 ) .

4. Heating device ( 1 ) according to claim 2 or 3, in which the radiation sources ( 5 ) can be connected to one another to form radiation groups ( 6 ).

5. Heating device ( 1 ) according to one of claims 2 to 4, in which each radiation source ( 5 ) is a heating element ( 5 a) with a respective rod axis ( 7 ).

6. Heating device ( 1 ) according to claim 5, in which the respective rod axes ( 7 ) are arranged along a line, in particular substantially parallel to one another.

7. Heating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, with a temperature sensor ( 8 ) for detecting the heating of the component ( 3 ), in particular at least one of the component ( 3 ) characteristic of the total warming up.

8. Heating device ( 1 ) according to claim 7, in which the temperature sensor ( 8 ) with a control device ( 9 ) for regulating a homogeneous volumetric heating of the component ( 3 ) and / or for controlling a heating gradient for the temporal heating of the component ( 3 ) connected is.

9. Heating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the heating source ( 2 ) is spatially distributed, so that the component ( 3 ) in particular between at least two components ( 5 , 6 , 5 a) can be arranged.

10. Heating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the heating source ( 2 ) for heating the component ( 3 ) to over 900 ° C, in particular at 950 ° C to about 1050 ° C, is formed.

11. Heating device ( 1 ) according to one of the preceding claims, in a coating device ( 10 ) for performing a PVD coating process for producing a ceramic thermal barrier coating on the component ( 3 ), in particular a gas turbine blade, with a holding device ( 11 ) Support and rotation of the component ( 3 ).

12. A method for uniform volumetric heating egg nes component ( 3 ), in which by a heating device ( 1 ) with a heating source ( 2 ) for generating a locally different heat input into the component ( 3 ) areas ( 12 ) different mass concentration one of the respective Mass concentration adapted amount of heat is supplied.