Manipulador para el posicionamiento dinámico de un sustrato, procedimiento de recubrimiento así como utilización de un manipulador.

Manipulador de componentes para el posicionamiento dinámico de un sustrato (2) que debe tratarse en un proceso de tratamiento térmico,

en el que el manipulador de componentes comprende un eje de accionamiento principal (30) giratorio alrededor de un eje de giro principal (3), un elemento de acoplamiento (4) y un soporte del sustrato (5), que se puede conectar con el elemento de acoplamiento (4), caracterizado porque el elemento de acoplamiento (4) es un elemento de acoplamiento cerámico (4) y un segmento de conexión (51) del soporte del sustrato (5) está dispuesto de manera que se puede conectar por medio de una conexión giratoria de enchufe de forma fija contra tracción y fija contra giro con relación a un eje de conexión (V) de la conexión giratoria de enchufe con el elemento de acoplamiento (4) y el soporte de sustrato (5) está dispuesto de forma giratoria alrededor del eje de conexión (V).

Manipulador para el posicionamiento dinámico de un sustrato, procedimiento de recubrimiento así como utilización de un manipulador

La invención se refiere a un manipulador de componentes para el posicionamiento dinámico de un sustrato que debe ser tratado en un proceso de tratamiento térmico, a un procedimiento de recubrimiento utilizando un manipulador de componentes, así como a la utilización de un manipulador de componentes para el recubrimiento de un sustrato por medio de u procedimiento de recubrimiento térmico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación independiente de la categoría respectiva.

El documento EP 2 048 263 A1 describe un manipulador de componentes en forma de una instalación de soporte de piezas de trabajo. La instalación de soporte de piezas de trabajo comprende un bastidor giratorio y una pieza de accionamiento, que son giratorios ambos alrededor de un eje de accionamiento. El bastidor giratorio puede ser accionado a través de un motor y lleva una pluralidad de soportes de piezas de trabajo distribuidos alrededor del eje de accionamiento y giratorios alrededor de ejes de soportes. La instalación de soportes de piezas de trabajo está realizada de tal forma que se puede ajustar de una manera sencilla una relación de multiplicación entre la rotación de las piezas de trabajo y la rotación del bastidor giratorio.

El documento DE 198 03 278 A1 describe un manipulador de componentes en forma de un soporte de piezas de trabajo, que es giratorio alrededor de un eje longitudinal. El soporte de piezas de trabajo dispone de una estructura de soporte para el alojamiento de piezas de trabajo, que se extiende radialmente fuera del eje longitudinal. La estructura de soporte está realizada de tal forma que las piezas de trabajo giran de forma definida, estando acopladas la rotación de las piezas de trabajo y la rotación del soporte de piezas de trabajo mecánicamente fijas.

El recubrimiento de superficies de las más diferentes piezas de trabajo tiene en la técnica industrial un número casi inmenso de aplicaciones y una importancia económica correspondientemente alta. En este caso, se pueden aplicar recubrimientos por muy diferente motivos de manera ventajosa sobre los más diferentes sustratos. Un papel importante juegan, por ejemplo, las capas de protección contra desgaste sobre piezas muy cargadas 25 mecánicamente como por ejemplo sobre superficies de rodadura de cilindros o anillos de pistón de motores de combustión interna o compresores. En tales piezas se plantean, además de la resistencia al desgaste, también otros requerimientos, como buenas propiedades de deslizamiento, es decir, buenas propiedades tribológicas o también propiedades excelentes de funcionamiento en seco. Para tales y similares requerimientos han dado un resultado excelente en particular diferentes procedimientos de inyección térmica, sobre todo los procedimientos de inyección de plasma conocidos.

Para la generación de capas duras sobre herramientas altamente cargadas, sobre todo herramientas de mecanización por arranque de brutas, como fresas, taladradoras, etc., se han empleado con mucho éxito recubrimientos fabricados a través de evaporación por arco voltaico, procesos PVD o CVD. Pero precisamente la utilización de los últimos procesos mencionados está muy extendida sobre campos muy diferentes, por ejemplo para el recubrimiento de joyas o de carcasas de relojes o para la aplicación de recubrimientos de protección o simplemente para el embellecimiento de objetos de uso.

También otros procedimientos, como por ejemplo la nitruración en atmósfera de gas son métodos bien establecidos, que tienen una gran importancia, entre otros, en la protección contra la corrosión.

En principio, en este caso es problemático el recubrimiento de piezas de trabajo de superficie muy grande, o de 40 componentes con geometría complicada de la superficie.

En principio, también para estos casos más bien problemáticos se ha implantado la inyección térmica en diferentes variantes, sobre todo porque la inyección térmica se ha establecido desde hace mucho tiempo en la fabricación de piezas individuales y en la fabricación industrial en serie. Los procedimientos de inyección térmica más corrientes, que encuentran aplicación especialmente también en la fabricación en serie para el recubrimiento de superficies de 45 sustratos en gran número de piezas son, por ejemplo, la inyección de llama con un polvo de inyección o un alambre de inyección, la inyección de arco voltaico, la inyección de llamada de alta velocidad (HVOF) , la inyección de choque de llama o la inyección de plasma. La lista mencionada anteriormente de procedimientos de inyección térmica con seguridad exhaustiva. Más bien el técnico conoce un gran número de variantes de los procedimientos enumerados, así como otros procedimientos, por ejemplo procedimientos especiales como la soldadura por inyección de llama. En 50 este contexto debe mencionarse también la llamada “inyección con gas frío”.

En este caso, la inyección térmica ha explorado campos de aplicación amplios. En general, se puede establecer que la inyección térmica como procedimiento de recubrimiento de la superficie, por lo que se refiere a sus posibilidades de aplicación, es la técnica de recubrimiento probablemente con el más amplio campo de aplicación. Una limitación de los campos de aplicación de los procedimientos de inyección enumerados anteriormente no parece en este caso 55 en absoluto adecuada, porque los campos de aplicación se solapan entre sí.

A este respecto, desde hace mucho tempo era un problema proveer componentes con una geometría complicada de la superficie en uniformidad suficiente. Un ejemplo típico de tales piezas son palas de turbinas para turbinas apoyadas en tierra o en aire o bien grupos motopropulsores para vehículos aeronáuticos de todo tipo.

Una brecha ha abierto aquí el procedimiento térmico a baja presión (“Procedimiento-LPPS”) propuesto en el documento EP 0 776 594 B1 por Sulzer Metco, que permite con una corriente de plasma ancha la fabricación de recubrimientos unitarios no sólo sobre componentes de geometría complicada, sino también sobre superficies grandes, por ejemplo sobre chapas. Esto se consigue, por una parte, a través de la configuración geométrica de la pistola de inyección, siendo, además, sin embargo, esencial que entre el interior y el exterior de la pistola de inyección predomine una diferencia esencial de la presión. La pieza de trabajo, o al menos la zona de la superficie a recubrir de la pieza de trabajo se encuentra en este caso en una cámara de recubrimiento, en la que, con respecto al interior de la pistola de inyección, se establece una presión negativa, por ejemplo una presión negativa de menos de 100 mbares, mientras que en la pistola de inyección predomina, por ejemplo, una presión de aproximadamente 1000 mbares, es decir, aproximadamente presión ambiental. A través del ajuste de una caída de la presión de este tipo entre el interior de la pistola de inyección y la cámara de recubrimiento se puede generar un chorro de recubrimiento ancho y largo, con el que se puede recubrir la superficie de la pieza de trabajo de una manera uniforme no alcanzable anteriormente.

Una ventaja esencial de este procedimiento consiste en este caso especialmente en que es posible también en una cierta extensión recubrimientos en zonas, que se encuentran en la “sombra” del chorro de recubrimiento y, por lo tanto, apenas se pueden alcanzar en el caso de utilización de procedimientos convencionales de recubrimiento de plasma; tales componentes no se pueden recubrir al menos por medio de procedimientos de recubrimiento convencionales de una manera suficientemente uniforme sobre todas las superficies y, en particular, no se pueden generar capas con suficiente calidad sobre aquellas superficies, que se encuentran en una zona de sombra con relación al chorro de recubrimiento.

A este respecto, entre tanto ha sido desarrollado esencialmente este principio básico. El documento EP 1 479 788 A1 muchas, por ejemplo, un procedimiento híbrido, que se basa en el procedimiento básico del documento EP 0 776 594 B1.

Estos procedimientos son en este caso especialmente adecuados para aplicar diferentes recubrimientos metálicos y no metálicos, en particular también recubrimientos de capas de cerámica, de carburo o de nitruro en capas finas.

Sobre todo para el recubrimiento de palas de turbinas se ha implantado en este caso el llamado proceso-LPPS-Dünnfilm (PS-TF) de Sulzer Metco, que ha revolucionado formalmente en su tiempo la inyección de plasma a baja presión. En este caso se trata de un procedimiento de inyección de plasma-LPPS... [Seguir leyendo]

1. Manipulador de componentes para el posicionamiento dinámico de un sustrato (2) que debe tratarse en un proceso de tratamiento térmico, en el que el manipulador de componentes comprende un eje de accionamiento principal (30) giratorio alrededor de un eje de giro principal (3) , un elemento de acoplamiento (4) y un soporte del sustrato (5) , que se puede conectar con el elemento de acoplamiento (4) , caracterizado porque el elemento de acoplamiento (4) es un elemento de acoplamiento cerámico (4) y un segmento de conexión (51) del soporte del sustrato (5) está dispuesto de manera que se puede conectar por medio de una conexión giratoria de enchufe de forma fija contra tracción y fija contra giro con relación a un eje de conexión (V) de la conexión giratoria de enchufe con el elemento de acoplamiento (4) y el soporte de sustrato (5) está dispuesto de forma giratoria alrededor del eje de conexión (V) .

2. Manipulador de componentes de acuerdo con la reivindicación 1, en el que para el alojamiento del elemento de acoplamiento (4) con soporte de sustrato (5) está prevista una placa de base (6) conectada de forma fija contra giro con el eje de accionamiento principal (30) .

3. Manipulador de componentes de acuerdo con la reivindicación 2, en el que para la alimentación de un líquido refrigerante (KF) , la placa de base (6) está conectada de forma fija contra giro a través de un elemento de conexión (32) con el eje de accionamiento principal (3) .

4. Manipulador de componentes de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que para el alojamiento de una pluralidad de soportes de sustratos (5) está prevista una pluralidad de elementos de acoplamiento (4) con relación al eje de giro principal (3) excéntricamente en la placa de base (6) .

5. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento de acoplamiento (4) está en conexión operativa para la rotación del soporte del sustrato (5) a través de una instalación de accionamiento (7) con un elemento de contacto (8) .

6. Manipulador de componentes de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el eje de accionamiento principal (30) está dispuesto de forma giratoria con relación al elemento de contacto (8) .

7. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 ó 6, en el que el elemento de contacto (8) es una rueda dentada dispuesta en una envolvente axial (31) que está fija con relación al eje de accionamiento principal (30) , cuya rueda dentada está dentada para el accionamiento el elemento de acoplamiento

(4) con la instalación de accionamiento (7) .

8. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el eje de conexión

(V) de la conexión giratoria de enchufe está inclinado con relación al eje de giro principal (3) bajo un ángulo de inclinación (#) predeterminable.

9. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, en el que el fluido de refrigeración (KF) se puede conducir desde el elemento de conexión (32) a través de un distribuidor de refrigeración

(9) dispuesto sobre la placa de base (6) y un conducto de refrigeración (KL) hacia el elemento de acoplamiento (4) y el segmento de conexión (51) del soporte de sustrato (5) .

10. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de acoplamiento (4) está alojado en una carcasa de cojinete (41) a través de un elemento de cojinete (42) , en el que en la carcasa de cojinete (41) están previstos tres elementos de cojinete (42) , que forman un cojinete de tres puntos y en el que el elemento de cojinete (42) se pueden refrigerar a través de contacto inmediato con el fluido de refrigeración (KF) .

11. Manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segmento de conexión (51) está asegurado por medio de un seguro contra giro (10) contra una rotación con relación al elemento de acoplamiento (4) , en el que el seguro contra giro (10) es en particular un pasador de seguridad metálico o cerámico, que está asegurado con una cinta de seguridad (11) prevista en el elemento de acoplamiento (4) .

12. Procedimiento de recubrimiento utilizando un manipulador de componentes (1) , de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 11.

13. Procedimiento de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 12 para la fabricación de una capa (20) estructurada funcional, sobre un sustrato (2) , en el que en una cámara de proceso bajo una presión de proceso (P) baja predeterminada por medio de un procedimiento de inyección de plasma se inyecta un material de recubrimiento (200) en forma de un chorro de recubrimiento (BS) sobre la superficie del sustrato (2) , en el que el material de recubrimiento (200) a la baja presión del proceso (P) , que es inferior a 200 mbares, es inyectado en un plasma que desenfoca el chorro de recubrimiento (BS) , y se genera un plasma con entalpía específica suficientemente alta, de manera que una porción sustancial, que representa al menos el 5 % en peso, del material de recubrimiento (200) es transferido a la fase de vapor y se forma sobre el sustrato (2) la capa estructurada (20) , en el que el sustrato (2) a recubrir con el soporte del sustrato (5) se dispone de forma giratoria alrededor de un eje de giro principal (3) , de tal manera que la primera superficie (211) del sustrato (2) y una segunda superficie (212) del sustrato se alinean entre sí de tal manera que al menos una parte del material de recubrimiento (200) transferido a la fase de vapor es desviado durante la inyección del plasma desde la primera superficie (211) del sustrato (2) sobre la segunda superficie (212) del sustrato (2) .

14. Dispositivo de recubrimiento para la realización de este procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13 para la fabricación de una capa estructurada funcional (20) sobre un sustrato (2) , cuyo dispositivo de recubrimiento comprende una cámara de proceso, en la que bajo una presión de proceso (P) baja predeterminable por medio de 10 un procedimiento de inyección de plasma se puede inyectar un material de recubrimiento (200) en forma de un chorro de recubrimiento (BS) sobre una superficie del sustrato (2) , en el que el material de recubrimiento (200) se puede inyectar a la baja presión de proceso (P) , que es inferior a 200 mbares, en un plasma que desenfoca el chorro de recubrimiento (BS) y se puede fundir allí parcial o totalmente, y está prevista una fuente de plasma (Q) o bien una pistola de inyección que contiene una fuente de plasma (Q) , con la que se puede generar un plasma con entalpía específica suficientemente alta, de manera que una porción sustancia, que representa al menos el 5 % en peso, del material de recubrimiento (200) se puede transferir a la fase de vapor y se puede formar sobre el sustrato (2) la capa estructurada (20) , caracterizado por que para el posicionamiento dinámico del sustrato (2) a tratar está previsto un manipulador de componentes de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.

15. Utilización de un manipulador de componentes (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 o un dispositivo de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 14 para el recubrimiento de u sustrato (2) con un procedimiento de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1 2ó 13, en el que el sustrato (2) es con preferencia una pala de turbina para una turbina de avión, para una turbina de gas, para una turbina de vapor o para una turbina de agua.