Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Maskieren einer Bauteilzone eines Bauteils, das mit einer thermischen Spritzschicht beschichtet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Maskieren und das partielle Beschichten von Bauteilen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie hergestellt und verwendet werden, wie zum Beispiel Gasturbinen oder Flugtriebwerke. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren, welches die oben genannte Vorrichtung, zum Maskieren und teilweisen Beschichten von Bauteiloberflächen mittels thermischen Spritzens verwendet, insbesondere von Bauteilen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie hergestellt und verwendet werden, wie zum Beispiel Gasturbinen oder Flugtriebwerke.

Das thermische Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem ein Spritzzusatz kontinuierlich geschmolzen und auf eine zu beschichtende Oberfläche geschleudert wird. Durch die Anhäufung von abgeflachten und lamellenförmigen Tröpfchen entstehen auf der zu beschichtenden Oberfläche aufeinanderliegende Lagen, welche die sogenannte Spritzschicht ausbilden, die härter, spröder und poröser als das Ausgangsmaterial sein kann. Unter dem Begriff „thermisches Spritzen" sind unterschiedliche Spritzverfahren zusammengefasst, die sich nach Art des Spritzzusatzwerkstoffes, der Fertigung oder des Energieträgers unterscheiden wie zum Beispiel das Lichtbogenspritzen, das Laserspritzen, das Flammspritzen, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder das Plasmaspritzen im Vakuum oder unter einer kontrollierten Atmosphäre. Die kennzeichnenden Eigenschaften, wie zum Beispiel die Porosität, der Gefügeaufbau, die Dichte, die Phasenzusammensetzung, die Härte, der E-Modul und die Eigenspannung der durch dieses Verfahren entstandenen Schichten, hängen von vielen Parametern ab, unter anderem von der thermischen Energie, dem verwendeten Pulverwerkstoff, der kinetischen Energie, der Art der Prozessgase, dem zu beschichtenden Substratwerkstoff und von der Vorbehandlung desselben ab. Die Vorteile des thermischen Spritzens liegen zum einen darin, dass sich jedes Material sowohl bespritzen als auch verspritzen lässt, dass weiterhin die zu beschichtenden Mate- rialen dabei mit wenigen Ausnahmen thermisch nicht verändert werden und vor allem dass nahezu jede Bauteilgröße und jede Bauteilgeometrie beschichtet werden kann. Weiterhin können mit diesem Verfahren eine gute Reproduzierbarkeit, hohe Qualitätsstandards und eine hervorragende Automatisierbarkeit des Beschichtungsprozesses erreicht werden. Schließlich können mehrere Elemente in den Spritzschichten enthalten sein oder kombiniert werden, so dass das thermische Spritzen durch einen sehr flexiblen Einsatz gekennzeichnet ist.

Aus diesen Gründen haben thermische Spritzverfahren eine große Bedeutung sowohl in der Neuteil- Fertigung und Gestaltung, als auch in der Reparatur hochwertiger verschlissener Teile. Die Einsatzgebiete und Anwendungen des thermischen Spritzens sind daher vielfältig und reichen von Dekorationsschichten für Haushalts- und Küchengeräte über Notlauf- und Verschleiß-Schutzschichten in der Automobiltechnik bis hin zu Anstreif-, Hochtemperaturschutz- und Maßkorrekturschichten in der Luft- und Raumfahrttechnik.

Häufig ist es jedoch erforderlich, bestimmte Teilbereiche während des thermischen Spritzprozesses nicht mitzubeschichten. Dafür wurden Techniken entwickelt, welche entsprechende Bauteilzonen vor dem Spritzstrahl schützen. Es werden hierzu - meistens nach einer spezifischen Oberflächenbehandlung der zu spritzenden Bauteilen - die entsprechenden zu schützenden Bauteilzonen mit Abdeckungen ausgestattet, die zur Ab- grenzung von Schichtflächen und Bereichen, welche nicht vom Spritzstrahl erfasst werden sollen, dienen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Techniken zum Abdecken dieser nicht zu beschichtenden Bereichen bekannt. Zum einen kommen Auflagemasken aus unterschiedlichen nicht elastischen Materialien in Betracht, wie beispielsweise in der JP 3158451 offenbart. In diesem Dokument besteht die Auflagemaske aus einer mehrschichtigen Abdeckfolie, die aus einer metallischen und einer Harzfolie besteht und die an großflächigen nicht zu beschichtenden Teilen angebracht wird. Solche Auflagemasken sind für kompliziertere zu schützende Flächen ohne zusätzliche Formanpassung und Befestigungsmöglichkeiten nicht geeignet und können in der Regel nicht wiederverwendet werden.

Es ist weiterhin eine Maskierung aus der US 6645299 B2 bekannt, die aus einem dün- nen Stahlblech besteht, das in eine dem zu schützenden Bauteil konturgemäße Form gebracht wird und mit einer Einspannvorrichtung an dem zu schützenden Material befestigt wird. Derartige Maskierungen weisen den Nachteil auf, dass passende Aufnahmevorrichtungen für die Befestigung an dem Bauteil vorhanden sein müssen und dass Beschädigungen am Bauteil vor oder nach dem Spritzprozess bedingt durch das Befes- tigen und das Abnehmen der Maskierung nicht auszuschließen sind. Außerdem ist die Wiederverwendbarkeit der Maskierung wegen der Materialanhäufung auf der Maskierung während des Spritzprozesses begrenzt. Weiterhin besteht bei Wiederverwendung der Maskierung die Gefahr, dass sich bereits vorhandene Partikel während des weiteren Spritzprozesses von der Maskierungsoberfläche ablösen. Derartige Verschmutzungen verschlechtern die Qualität der angrenzenden Spritzschichten und verringern vor allem die Reproduzierbarkeit des Beschichtungsvorganges.

Andere Auflagemasken aus dem Stand der Technik werden aus Metallen und deren Legierungen hergestellt, wie die aus der JP 6010111 bekannte Maskierung, werden entwe- der direkt an der zu schützenden Fläche angebracht oder konturgerecht dem Bauteil angepasst und mit Abstandszonen versehen, die ein Anhaften der Spritzschicht mit der Maskierung verhindern, und gleichzeitig die nicht zu spritzenden Bereiche vor dem Spritzstrahl schützen. Die Konstruktion und der Aufbau derartiger Abdeckvorrichtungen erfordern entsprechende Vorlaufzeiten und lohnen sich erst ab hohen Stückzahlen. Die Maskierungen müssen außerdem nach einigen Spritzvorgängen aufwändig gereinigt werden. Eine andere einfache Möglichkeit besteht darin, die nicht zu beschichtenden Teile mit klebenden Masken bestehend aus Klebebändern oder dergleichen, die direkt auf die nicht zu beschichtenden Teile aufgeklebt werden, zu verwenden. Eine derartige Abde- ckungstechnik ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Aus der US

5203944 wird beispielsweise die Verwendung von mehreren Masken zur Konstruktion einer dreidimensionalen Struktur offenbart, welche aus einer Kunststoff-Folie bestehen, die einerseits ein abnehmbares Trägermaterial aufweist und anderseits eine klebende Fläche. Ein Nachteil ist allerdings, dass eine Material-Beeinträchtigung der Klebebän- der und Klebestoffe bei höheren Temperaturen eintritt. Zusätzlich ist es bekannt, dass Maskierungen bestehend aus Klebebändern oder aus verstärkten Klebebändern häufig und schnell im Lauf des Spritzverfahrens zerstört werden können. Sie müssen deshalb häufig entfernt und ersetzt werden. Außerdem müssen die von den Klebebändern oder dergleichen hintergelassenen Klebereste auf den geschützten Bauteilflächen mittels aufwändiger Reinigungsprozesse, mechanischer oder chemischer Art, beseitigt werden. Diese erforderliche Oberflächen-Nachbehandlung ist mit einem hohen technischen und zeitlichen Aufwand und demnach erhöhten Kosten verbunden. Außerdem sind die für den Reinigungsprozess verwendeten Chemikalien in der Regel umweltbelastend und das Risiko die Oberflächen bei einem mechanischen Prozess zu beschädigen sehr hoch.

Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Abdeckmöglichkeit sieht vor, eine Maskierung aus einem Lack oder aus einem bindemittelhaltigen Gemisch auf den zu schützenden Bereichen aufzubringen, wie dies zum Beispiel in der US 4464430 beschrieben ist. Auch hier muss nach dem thermischen Spritzprozess das stark anhaftende Beschichtungsmaterial von der Maskierung beziehungsweise die Maskierung selbst entfernt werden. Dies geschieht meistens mittels Lösungsmitteln, die aufwändige Entsorgungsmaßnahmen hervorrufen und die zusammen mit den anfallenden Abfälle als Sondermüll entsorgt werden müssen.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die US 6060117 bekannt, welche eine hitzebeständige Maskierung offenbart, die aus einer organischen und mit einer harten Schutz- Schicht bedeckten Duroplastenschicht besteht auf der die Partikeln des Spritzstrahls nicht haften können. Diese Maskierung weist die Nachteile auf, teuer in der Produktion zu sein und durch das Abprallverhalten der Spritzpartikeln eine negative Auswirkung auf die angrenzende Spritzschicht zu verursachen und eine Verringerung ihrer Qualität durch Einbau von ungeschmolzenen Partikeln mit schlechter Kohäsion zu bewirken. Außerdem muss die offenbarte Maskierung zusammen mit einer Halterung verwendet werden.

Es sind noch weitere Maskierungstechniken aus dem Stand der Technik bekannt, die für spezielle Anwendungen entwickelt worden sind. Aus der US 5691018 ist beispielsweise eine aus einem Silikongummi bestehende Abdeckung bekannt, die zum Schutz eines Teiles einer Spritzvorrichtung verwendet wird. Allerdings werden hier keine Bauteilzonen abgedeckt und der Silikongummi weist aufgrund der elastischen Oberfläche ein ungünstiges Reflexionsverhalten der darauf auftreffenden Spritzpartikel auf. Die EP 0776704B1 und die US 5573814 offenbaren schließlich eine Maskierung von Zylinderbohrungen beim internen thermischen Spritzen, die aus einem aufblasbaren und zu- sammenfaltbaren luftdichten Sack aus hitzebeständigem Gewebe besteht, welcher aus gegenüberliegenden Seiten mit einer Opferschicht aus wärmebeständigem nichthaften- dem Material besteht. Diese zusammenfaltbaren, luftdichten Säcke entfalten ihre Schutzwirkung im aufgeblähten Zustand während des Spritzprozesses und werden durch eine speziell hierfür entwickelte Regel- und Aufblasvorrichtung betrieben.

Gängige Maskierungen unterliegen also beim thermischen Spritzen entweder einer hohen Anhaftung des Beschichtungsmaterials und sind daher nur befristet formbeständig oder sie besitzen eine Oberfläche auf der kein Beschichtungsmaterial anhaften kann. Im ersten Fall ist eine Reinigung der verwendeten Maskierungen nach dem thermischen Spritzen meist möglich, jedoch mit einem intensiven Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Im zweiten Fall verursacht das ungünstige Abprallen der Spritzpartikel an der Maskierungsoberfläche eine unerwünschte Verschlechterung der Schichtqualität an den der Maskierung angrenzenden Flächen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Maskieren von thermisch zu spritzenden Bauteilen zu schaffen, insbesondere von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrtindustrie, wie zum Beispiel für Gasturbinen oder Flugtriebwerke, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Ferner soll eine Lösung bereitgestellt werden, welche eine sichere, schnelle, saubere, reproduzierbare und kostengünstige partielle Beschichtung der Bauteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Maskierung zum Maskieren von Bauteilen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Maskieren von thermisch zu spritzenden Bau- teilen besteht zumindest teilweise aus einem bei Raumtemperatur elastisch verformbaren Material und wird in einem geringfügigen Untermaß in einer Form passend zu den zu schützenden Teilbereichen des Bauteils hergestellt. Aufgrund der zumindest teilweise möglichen elastischen Verformung der Vorrichtung bei Raumtemperatur ist eine einfache, Materialschonende, und dicht anliegende Anbringung der Vorrichtung an den entsprechenden vor dem Spritzstrahl zu schützenden Bauteilen gewährleistet. Durch die zumindest teilweise Elastizität und das geringfügige Untermaß der Vorrichtung werden keine Befestigungsvorrichtungen benötigt, weder an dem Bauteil, noch an der Vorrichtung selbst, um die Vorrichtung in dem vorhergesehenen Platz zu halten. Außerdem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Maskieren von zu spritzenden Bauteilen während des Spritzprozesses zumindest eine unelastische Fläche auf, auf der die auf der Vorrichtungsoberfläche auftreffenden Spritzpartikel haften bleiben und die dadurch verhindert werden in die angrenzenden Spritzschichten zu gelangen. Hierdurch wird eine unerwünschte Verschlechterung der Qualität der an die Vorrichtung angrenzenden Spritzflächen verhindert. Nach dem Spritzprozess ist die Vorrichtung schließlich ein- fach, schnell und rückstandsfrei durch elastische Verformung von den zu schützenden Bauteilflächen abtrennbar. Das Risiko die Bauteiloberfläche dadurch zu beschädigen ist durch das einfache Anbringen der Vorrichtung an das Bauteil und durch die Abwesenheit von einer Oberflächenbehandlung der geschützten Bauteilzonen nach dem thermischen Spritzprozess gewährleistet.

In einem vorteilhaften Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird die Vorrichtung nach mindestens einem thermischen Spritzprozess unzerstört von dem zu schützenden Bauteil abgebaut und wird erneut in einem neuen thermischen Spritzprozess verwendet. Man könnte sich beispielsweise eine Vorrichtung vorstellen, bestehend teilweise aus einem der unten aufgelisteten Materialien und aus einem nicht elastischen Teil, bei- spielsweise aus einer oder aus mehreren Metallflächen, die zusammen gehalten werden und die Vorrichtung zum Maskieren ausbilden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrung der Erfindung besteht das Vorrichtungsmaterial aus mindestens einem der folgenden Materialien: Silikonharz, thermisch vernetz- bare Elastomere, Duroplaste, Thermoplaste, Naturkautschuk mit Additiven, Silikon- Elastomere, Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Po- lyoxymethylen (POM), Polytetrafluormethylen (PTFE), Silikon-Polymere, Vinyl- Silikon-Polymere, Polyester, Epoxydharz, Quarz-Silika, Dimethylvinyl, Xylene, PoIy- ether, Polyethylen, Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polypropylen (PP), PoIy- sulfide. Ethylen-Propylen Kautschuk. Beispielsweise lassen sich Silikon-Elastomere einfach an einer Positivform erstellen mit entsprechendem Untermaß erstellen und durch eine andere Wahl des Aufprallflächenmaterials einfach in der erfindungsgemäßen Weise nutzen.

Bevorzugt kann ein Kunststoff verwendet werden, der bei niedriger Temperaturen elastisch ist und bei höherer Temperatur um die 8O ⁰ C ₅ wie sie beim thermischen Spritzen vorliegt, aushärtet. Dadurch lässt sich die Maskierung leicht anbringen und abnehmen, wird aber durch das Aushärten während des Spritzvorgangs derart unelastisch, dass es nicht zum Abprallen der auftreffenden Spritzpartikel kommt. Ferner kann besonders bevorzugt ein reversibler Kunststoff verwendet werden, der die oben genannten Eigenschaften aufweist, der aber bei niedriger Temperatur, d.h. nach dem Abkühlen, wieder elastisch wird. Dies vereinfacht das Abnehmen und Wiederverwenden der Maskierung und erleichtert zudem die Reinigung der Vorrichtung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zumin- dest teilweise mit metallischen, Glas- oder Kunststofffasern verstärkt. Beispielsweise kann man sich eine Vorrichtung vorstellen, bei der zueinander parallel gelegte Metallische Faser, die Stabilität der Vorrichtung in diese Richtung verstärkt, jedoch die Elastizität senkrecht zu dieser Richtung bewahrt. Eine zylindrische Vorrichtung zum Maskieren eines Teiles eines Zylinders mit eingebetteten und nicht elastischen Fasern entlang ihrer Längstaxis wäre beispielsweise an diesen Zylinder durch radiale elastische Verformung anzubringen.

In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der Oberfläche der Vorrichtung zum Maskieren mit einer zusätzlichen Schutzschicht ausgestattet, die das Anhaften der Spritzpartikeln während des thermischen Spritzverfahrens begünstigt und welche sich nach dem Spritzverfahren von der Oberfläche der Vorrichtung durch einen geeigneten mechanischen und/oder chemischen Reinigungsverfahren ablösen lässt. Diese Zusatzschicht besteht beispielsweise aus einem Lösungsmittel empfindlichen Lack, aus einer wasseraufnahmefähigen Schicht, aus einer ausgetrockneten vorher aufgesprühten Emulsion, die sich entweder mit Wasser oder mit einem Lösungsmittel auflösen lässt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Maskieren von thermisch zu spritzenden Bauteilen stellt eine bei Raumtemperatur zumindest teilweise elastische Vorrichtung bereit, welche im Bezug auf ein zu schützendes Bauteil Untermaß aufweist, um die Qualität der an die Maskierung angrenzenden Spritzschichten zu verbessern und um einen reproduzierbaren Herstellungsprozess zu gewährleisten. Durch elastische Verformung wird die entsprechende Vorrichtung an dem entsprechenden Bauteil angebracht und wird aufgrund ihrer elastischen Eigenschaften und ihres geringen Untermaßes dicht an- liegend in dieser Position während des Spritzprozesses gehalten. Dies ist insbesondere bei geometrisch schwierigen Bauteilen, wie etwa Turbinenschaufeln, die konvexe und konkave Profilwölbungen und Verwindungen über die Schaufellänge aufweisen, besonders vorteilhaft. Nach Beendigung des Beschichtungsprozesses und nach dem sowohl die Vorrichtung als auch das Bauteil wieder abgekühlt sind, wird die Vorrichtung durch elastische Verformung schnell, einfach und rückstandsfrei von der zu schützenden Bau- teilfläche abgetrennt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Vorrichtung nach Beendigung des thermischen Spritzverfahrens und anschließendem Abkühlen und Abbau von dem gespritzten Bauteil in einem Reinigungsprozess von der daraufliegenden Spritzschicht gereinigt. Ein Reinigungsverfahren besteht darin die Vorrichtung so elastisch zu verformen, dass die Spritzschicht von ihrer Oberfläche abblättert. Ein weiteres Reinigungsverfahren enthält beispielsweise das Halten der zu reinigenden Vorrichtung in einem Wasser- oder Lösungsmittelbad, dessen Temperatur variiert wird. Ein weiteres Reinigungsverfahren sieht vor, Ultra-Schall zu benutzen, um die Reinigungsprozedur zu unterstützen.

Verwendung findet eine Vorrichtung oder ein Verfahren wie vorher beschrieben insbesondere bei der Herstellung, Reparatur und Beschichtung von Bauteilen von Gasturbinen oder Flugtriebwerke. Insbesondere bei der Beschaufelung von Gasturbinen ergeben sich aufgrund der konvexen und konkaven Profilwölbung, der Verwindung und der ineinander übergehenden Radien besonders große Schwierigkeiten beim Anbringen geeigneter Maskierungen. Diese Schwierigkeiten können durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Maskieren von Bauteilzonen und ein entsprechendes Verfahren überwunden werden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines partiell zu beschichtenden Bauteils an dessen unterem Teil eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Maskieren einer Bauteilzone angebracht ist;

Fig. 2 eine schematische Einzeldarstellung der Vorrichtung aus Fig. 1 vor ihrem Anbringen an den Bauteil.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mittels thermischen Spritzens partiell zu beschichtenden Bauteils 2 an dessen unterem Teil eine erfindungsgemäßen Vorrich- tung 1 zum Abdecken der unteren Bauteilzone angebracht ist. Bei dem Bauteil 2 handelt es sich um die Schaufel eines Rotors einer Gasturbine, wobei nur das Schaufelblatt 2 dargestellt wurde. In der Fig. 1 sind zudem die Länge des Schaufelblatts D und die Länge der daraus angebrachten Vorrichtung L _e zum Maskieren einer Bauteilzone angegeben. Im oberen Bereich des Schaufelblatts treten besonders hohe mechanische Bauteil- beanspruchungen auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird daher das obere hintere Teil der Schaufel mit einer thermisch gespritzten Verschleißschutzschicht aus Chromkarbid-Nickelaluminium beschichtet. Die Anordnung, die durch die Vorrichtung und die Schaufel ausgebildet ist, wird dazu von ihrer Rückseite von dem Spritzstrahl erfasst und dadurch mit einer Spritzschicht entsprechender Schichtdicke versehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung 1 zum Maskieren des unteren Teils der Schaufel 2 vollständig aus Polyamid und ihre Höhe entspricht der Hälfte der Schaufelhöhe.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Maskieren einer Bauteilzone vor ihrem Anbringen an der Schaufel 2. In der Fig. 2 ist zudem die Länge LN der noch nicht angebrachten elastischen Vorrichtung angegeben. Die Form der Vorrichtung 1 entspricht der Form des Schaufelblattes 2, wobei die Vorrichtung 1 über ihre Gesamthöhe hohl ausgebildet. Die Form der Aussparung entspricht ebenfalls derjenigen des Schaufelblattes 2, wobei die Vorrichtung 1 mit einem Unter- maß vorgesehen ist, so dass LN < L _e gilt und somit die Aussparung ebenfalls kleinere Abmessungen aufweist als das Schaufelblatt 2. Es können aber weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung 1 vorgesehen sein, die einen anderen Verlauf des Grenzbereichs zwischen den zu beschichtenden und den nicht zu beschichtenden Bereichen ermöglicht.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausfuhrung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der in den Patentansprüchen beanspruchten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.