Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR IMPROVING THE INTERACTION BETWEEN A MEDIUM AND A STRUCTURAL COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/054699
Kind Code:
A2
Abstract:
Structural components are contacted in many domains of technology with a medium, whereby for example a chemical or electrochemical interaction between the medium and the structural component is desired. Often, the interaction is not sufficiently strong. The inventive method improves the interaction between the medium (4), such as for example a liquid or a gas, and the structural component (7) by mechanically inducing the structural component (7).

Inventors:
KRUEGER URSUS (DE)
OTT MICHAEL (DE)
REICHE RALPH (DE)
ROTHENFUSSER MAX (DE)
STEINBACH JAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2003/004144
Publication Date:
July 01, 2004
Filing Date:
December 16, 2003
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KRUEGER URSUS (DE)
OTT MICHAEL (DE)
REICHE RALPH (DE)
ROTHENFUSSER MAX (DE)
STEINBACH JAN (DE)
International Classes:
B08B3/10; C23F1/00; C23G1/00; C23G1/34; C23G3/00; C25D5/20; C25F1/04; C25F1/12; C25F5/00; (IPC1-7): B01J/
Foreign References:
US4081347A1978-03-28
DE3600415A11987-07-16
GB1133663A1968-11-13
GB2030599A1980-04-10
EP0507660A11992-10-07
DE3105313A11982-08-19
EP0915182A11999-05-12
US2744860A1956-05-08
DE953758C1956-12-06
US5653860A1997-08-05
DE19958741A12000-07-06
EP1108803A22001-06-20
US4330375A1982-05-18
US3572352A1971-03-23
US5814204A1998-09-29
US5373986A1994-12-20
US6346505B12002-02-12
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen einem Medium (4) und einem Bauteil (7), wobei das Bauteil (7) in dem Medium (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (7) mechanisch erregt wird und in dem Bauteil (7) Schwingungen erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Erregung des Bauteils mit zumindest einem Schwingungserreger (10) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) eine Säure ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkung zwischen dem Medium (4) und dem Bauteil (7) beim Säurestrippen von Oberflächenbereichen des Bauteils (7) verbessert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) ein Elektrolyt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselwirkung zwischen einer Flüssigkeit (4) und einem Bauteil (7) bei einem elektrolytischen Verfahren verbessert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elektrolytische Verfahren neues Material auf dem Bauteil (7) abgeschieden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das elektrolytische Verfahren Material des Bauteils (7) entfernt wird, insbesondere eine Entschichtung des Bauteils (7) stattfindet.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Erregung des Bauteils (7) mit zumindest einem PiezoKristall (10) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (10) auf dem Bauteil (7) aufliegt.
11. 1 1. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (10) fest mit dem Bauteil (7) verbunden ist.
12. 1 2. Verfahren nach Anspruch 2,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schwingungserreger (10) durch ein starres Verbindungselement (25) mit dem Bauteil (7) verbunden ist.
13. 13 Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schwingungserreger (10) außerhalb des Mediums (4) angeordnet ist.
14. 14 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) eine Flüssigkeit ist.
15. 15 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) ein Gas oder ein Gasgemisch ist.
16. 16 Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch Flusssäure enthält.
17. 17 Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch Wasserstoff enthält.
18. 18 Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (4) gasförmige Flusssäure enthält.
19. 19 Verfahren nach Anspruch 1, 3,4, 8,15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Riss (31) des Bauteils (7) eine Verunreinigung, insbesondere ein Oxid (28) entfernt wird.
20. 20 Verfahren nach Anspruch 1, 14 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium (4) eine Salzschmelze verwendet wird.
21. 21 Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxid (28) Aluminiumoxid entfernt wird.
Description:
Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen einem Medium und einem Bauteil Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen einem Medium und einem Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bauteile werden in der Technik häufig mit Medien wie z. B.

Flüssigkeiten in Verbindung gebracht, wobei eine Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit und dem Bauteil erfolgen soll, beispielsweise eine chemische oder elektrochemische Wechselwirkung.

Die gewünschten Ergebnisse hängen von der Intensität der Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit und dem Bauteil ab.

Die DE 30 41 128 C2 offenbart eine Vorrichtung zur elektri- schen Bearbeitung von Metallwerkstücken, bei dem eine Ultra- schallerregung eines Dielektrikums erfolgt. Durch Funkenerosion wird ein Bauteil bearbeitet, das in dem Dielektrikum angeordnet ist.

Die DE 40 16 236 AI offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten oder Behandeln eines in einem Medium eingetauchten Körpers.

Bei diesem Verfahren werden schwingungsfähige mechanische Systeme durch einen Antrieb in Schwingung versetzt, um ge- zielt das Medium auf den zu behandelnden Körper hin zu bewegen.

Die DE 40 01 111 AI offenbart ein Verfahren zur Oberflächen- behandlung von Formteilen, bei dem ein äußeres Magnetfeld verwendet wird.

Die DE 38 03 773 Al offenbart ein Schleifverfahren unter Ver- wendung eines magnetischen Fluids.

Die DE 37 90 077 C2 offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, bei dem die Werkstücke vibratorisch bewegt werden.

Die US-PS 6,346, 505 zeigt eine wässrige Reinigungslösung, die mit einem Ultraschall erregt werden kann.

Die US-PS 6,346, 505 offenbart eine Reinigungslösung, die Fluoride enthält.

Die US-PS 5,373, 986 offenbart die Reinigung eines Metalls mit Fluoriden.

Die Vorrichtungen und die Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen dem Medium und dem Bauteil sind sehr aufwändig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren aufzuzeigen, das in einfacher Art und Weise die Wechselwirkung zwischen dem Medium und dem Bauteil verbessert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte sind in den Unteran- sprüchen aufgelistet.

Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Verfahrensschritte können beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.

Es zeigen Figur 1, 2 jeweils eine Vorrichtung, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann, und Figur 3 eine Anwendung für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1, mit der ein erfindungs- gemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Vorrichtung 1 besteht beispielsweise aus einem Behälter 16, in dem ein Medium 4, beispielsweise eine Flüssigkeit 4, angeordnet ist, in der sich das zumindest eine Bauteil 7 befindet.

Auf der Oberfläche 13 des Bauteils 7 ist zumindest ein Schwingungserreger-10 vorhanden, beispielsweise aufgelegt oder fest verbunden (gelötet, geklebt,...), der das Bauteil 7 mechanisch erregt, d. h. beispielsweise mechanisch Schwingungen im Bauteil 7 erzeugt.

Somit wird das Bauteil im Innern mechanisch erregt.

Der Schwingungserreger 10 weist im Aufbau beispielsweise einen oder mehrere Piezo-Kristalle oder eine Ultraschall- Sonotrode auf.

Solche Piezokristalle bzw. Aktuatormodule sind aus der US-PS 6,274, 967 bekannt, die Bestandteil dieser Offenbarung sein soll.

Der Schwingungserreger 10 wird beispielsweise elektrisch betrieben (nicht näher dargestellt) und versetzt das Bauteil 7 in mechanische Schwingungen, die eine bestimmte Frequenz oder zumindest einen Frequenzbereich aufweisen.

Die Frequenzen des Schwingungserregers 10 werden so ausgewählt, dass die Bauteile 7 in der jeweiligen Umgebung in der Flüssigkeit 4 in Resonanz sind, so dass eine größtmögliche Relativbewegung zur Flüssigkeit 4 erreicht wird. Der Frequenzbereich liegt beispielsweise zwischen 1 und 50kHz.

Durch diese mechanische Erregung wird die Wechselwirkung zwi- schen der Flüssigkeit 4 und dem Bauteil 7 verstärkt. Die di- rekte Ankopplung des Schwingungserregers 10 an das Bauteil 7 hat geringe oder kaum Dämpfungsverluste, da die Schwingungen nicht wie im Stand der Technik durch ein Medium übertragen

werden müssen. So entsteht aufgrund der fehlenden Dämpfung auch keine erhebliche Zeitverzerrung der mechanischen Erregung in dem Bauteil 7. Geringe Leistungen im Vergleich zu einer indirekten Einkopplung und/oder hohe Schwingungsamplituden werden damit erreicht, da kein Koppelmedium die Schwingungsübertragung behindert.

Eine Abstimmung der Schwingungseinkopplung in das Bauteil 7 wird durch die Wahl von Frequenz und Amplitude realisiert.

Eine verbesserte Wechselwirkung kann auf diese Weise beispielsweise beim so genannten Säurestrippen erzielt werden.

Beim Säurestrippen wird ein Bauteil 7, das beispielsweise oxidierte oder korrodierte Bereiche aufweist, oder ein Bauteil 7, das ein Schichtsystem ist und oxidierte oder korrodierte Bereiche beinhaltet, in ein Säurebad mit einer Säure 4 eingeführt. Die Säure 4 entfernt die zu entfernenden Bereiche durch eine chemische Reaktion mit diesen Bereichen.

Die Schwingungserreger 10 des Bauteils 7 erregen das Bauteil bzw. die zu entfernenden Bereiche und verbessern die Wechsel- wirkung zwischen Säure 4 und Bauteil 7, so dass das Säure- strippen u. a. schneller und gleichmäßiger erfolgt, indem beispielsweise die Reaktionsprodukte der Säure 4 mit dem zu entfernenden Bereich sich besser ablösen und dadurch schneller eine neue Angriffsfläche für die Säure 4 geschaffen wird.

Figur 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 1, mit der ein erfin- dungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.

Im Gegensatz zur Figur 1 ist die Flüssigkeit 4 ein Elektro- lyt.

Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 u. a. eine Elektrode 19 und einen Strom-oder Spannungsgeber 22 auf, der elektrisch leitend mit der Elektrode 19 und dem Bauteil 7 verbunden ist.

Ein solches elektrolytisches Verfahren kann zur Herstellung einer Schicht auf dem Bauteil 7 oder zum Auffüllen von Mate- rialtrennungen in dem Bauteil 7, wie z. B. Risse oder Hinter- schneidungen, oder zum Entschichten von Oberflächenbereichen oder Schichten des Bauteils 7 verwendet werden.

Durch die mechanische Erregung des Bauteils 7 mittels der Schwingungserreger 10 wird die Abscheidungs-oder Entschich- tungsrate verbessert, da Reaktionen zumindest an der Elektrode 7 verbessert werden.

Ein solches elektrolytisches Verfahren kann auch dazu verwen- det werden, um Gasblasen innerhalb von Poren oder Hinter- schneidungen einer korrodierten Schicht auf dem Bauteil 7 zu erzeugen und dadurch ein leichteres Ablösen der korrodierten Materialbereiche zu bewirken.

Ebenso kann in Figur 1, 2 und 3 zur Schwingungsankopplung zumindest ein starres mechanisches Verbindungselement 25 zwischen dem Bauteil 7 und zumindest einem Schwingungserreger 10 vorhanden sein, wobei der Schwingungserreger 10 außerhalb der Flüssigkeit 4 angeordnet ist, um ihn vor Reaktionen mit der Flüssigkeit 4 zu schützen.

Das starre Verbindungselement 25 kann zusätzlich zu Schwingungserregern 10 auf dem Bauteil 7 vorhanden sein oder die starre Verbindung 25 trägt alleine zur mechanischen Erregung des Bauteils 7 bei.

Figur 3 zeigt ein Beispiel, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Wechselwirkung zwischen einem Medium 4 (Gas) und einem Bauteil 7 beiträgt.

Bauteile, wie z. B. Gasturbinenbauteile (beispielsweise Turbinenschaufeln) für Hochtemperaturanwendungen können nach

dem Einsatz unter anderem Risse 31 aufweisen. In dem Riss 31 bildet sich häufig ein Oxid, Sulfid, Carbid oder eine andere Verunreinigung durch eine Reaktion des Materials des Bauteils 7 mit Sauerstoff, Schwefel, Kohlenstoff oder anderen Bestandteilen eines Heißgases.

Für die Wiederherstellung der vollen Gebrauchsfähigkeit des Bauteils ist es notwendig, den Riss 31 zu reparieren. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.

Zuvor muss jedoch das Oxid 28 oder eine andere Verunreinigung, das sich zumindest teilweise in den Riss 31 gebildet hat, entfernt werden. Das Oxid 28 versperrt beispielsweise die Eintrittsöffnung des Risses 31.

Zur Entfernung der Verunreinigungen wie z. B. von Oxiden, Sulfiden oder Carbiden werden gasförmige Flusssäure 4, die beispielsweise Fluoride bildet, oder ein anderes Gas 4 oder Gasgemische verwendet, die mit den Verunreinigungen reagieren.

Das Bauteil 7 wird dabei der Flusssäure 4 oder dem Gas 4 beispielsweise in einer Niederdruckatmosphäre ausgesetzt.

Häufig wird jedoch bei den bekannten Verfahren dieses Oxid 28, z. B. Aluminiumoxid, nicht vollständig entfernt, da die Flusssäure nicht weit genug oder gar nicht in den Riss 31 eindringen kann.

Durch den zumindest einen Schwingungserreger 10 werden die Reaktionsprodukte der Flusssäure mit dem Oxid 28 entfernt und eine neue Angriffsfläche wird für das Gas 4 geschaffen, wodurch die Wechselwirkung zwischen dem Medium 4 (Gas) und dem Bauteil 7 verbessert wird.

Insbesondere im Riss 31 werden durch die Schwingungen, die von dem Schwingungserreger 10 erzeugt werden, die Reaktionsprodukte mechanisch zerkleinert, weil die gegenüberliegenden Rissinnenflächen 34,37 sich gegeneinander bewegen.

Anschließend oder zumindest einmal in einem Zwischenschritt wird das Bauteil 7 mittels einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt. Auch während dieses Reinigungsprozesses kann das Bauteil 7 durch den zumindest einen Schwingungserreger 10 in Schwingung versetzt werden.

Es können für die vorgesehene Wechselwirkung auch Gasgemische 4 verwendet werden, bei denen z. B. Wasserstoff enthalten ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für die Verbesserung der Wechselwirkung bei Behandlungen von Bauteilen 7 in Salzschmelzen, bei denen z. B. Aluminium oder Aluminiumoxid entfernt wird.