Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Bauteils eines Flugtriebwerks

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche (18) eines Bauteils (12) eines Flugtriebwerks mit den Schritten: - Bereitstellen eines HVOF-Brenners (10); - Bereitstellen von Pulver, welches Keramik aufweist; - Bereitstellen des Bauteils (12) eines Flugtriebwerks, dessen Oberfläche (18) zu bearbeiten ist; - Strahlen zumindest eines Abschnitts der Oberfläche (18) des Bauteils (12) des Flugtriebwerks mittels des Keramikpulvers und mittels des HVOF-Brenners (10), wobei das Keramikpulver mittels des vom HVOF-Brenner (10) erzeugten Strahls auf die Oberfläche (18) des Bauteils (12) des Flugtriebwerks bewegt wird, um diese Oberfläche (18) aufzurauen bzw. zu aktivieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Bauteils , wie Bauteil eines Flugtriebwerks bzw. einer Gasturbine.

[0002] Zumindest als interner Stand der Technik der Anmelderin ist bereits bekannt, dass Gasturbinenbauteile bzw. Bauteile eines Flugtriebwerks durch thermisches Spritzen beschichtet werden können. Bekannt ist - zumindest der Anmelderin intern - weiter, dass vor einem derartigen thermischen Spritzen die Oberfläche des entsprechenden Bauteils aufgeraut werden kann, um einen besseren Halt der anschließend aufgebrachten Schicht zu bewirken. Ein solches Aufrauen kann auch als Aktivieren bezeichnet werden.

[0003] Bei den der Anmelderin bekannten Gestaltungen ist dies so, dass das entsprechende zu beschichtende Bauteil in eine "Strahlkammer" verbracht wird und dort mittels Aluminiumoxidpulver gestrahlt wird. Anschließend wird das Bauteil dann aus der Strahlkammer entfernt und in eine Spritzkammer verbracht. Dort wird durch thermisches Spritzen die Beschichtung aufgebracht.

[0004] Diese - zumindest der Anmelderin intern - bekannte Gestaltung erfordert also zunächst einen Transport zur Strahlkammer, und somit entsprechende Transportzeit, ein anschließendes Aufnehmen in Haltevorrichtungen der Strahlkammer, und somit entsprechende Rüstzeiten, sowie ein entsprechendes Entnehmen des Bauteils und einen Transport zur Spritzkammer, und somit damit entsprechend verbundene Zeiten, sowie ein anschließendes Spritzen innerhalb der Spritzkammer.

[0005] Wünschenswert wäre es allerdings, wenn die Flugtriebwerksbäuteile bzw. Gasturbinenbauteile mit verminderter Durchlaufzeit thermisch gespritzt werden könnten.

[0006] Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zum Bearbeiten der Oberfläche von Gasturbinenbauteilen, insbesondere zum thermischen Spritzen von Gasturbinenbauteilen, zu schaffen, die geringe Durchlaufzeiten ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0008] Es wird also insbesondere ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Bauteils, wie Bauteil eines Flugtriebwerks, vorgeschlagen. Das Bearbeiten kann dabei insbesondere ein Strahlen bzw. Aufrauen und/oder Beschichten sein. Das Beschichten kann dabei insbesondere durch thermisches Spritzen erfolgen bzw. ein thermisches Spritzen sein.

[0009] Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Spritzeinrichtung, welche pulverförmige Partikel auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen vermag, bzw. ein HVOF-Brenner bzw. eine Kaltgaspistole (Cold-Gas-Pistole) bereitgestellt wird, sowie Pulver, welches Keramik aufweist oder Keramikpulver ist, und ein Bauteil, wie Bauteil eines Flugtriebwerks, dessen Oberfläche zu bearbeiten ist. Das Bereitstellen dieses Brenners, dieses Pulvers sowie dieses Bauteils kann in beliebiger Reihenfolge oder zeitlich überlappend oder zeitgleich erfolgen.

[0010] Anschließend wird die Oberfläche des Bauteils, wie Bauteil des Flugtriebwerks, mittels des Keramikpulvers und mittels des HVOF-Brenners gestrahlt. Das Keramikpulver wird dabei mittels des vom HVOF-Brenner erzeugten Strahls auf die Oberfläche des Bauteils, wie Bauteil des Flugtriebwerks, bewegt, um diese Oberfläche aufzurauen.

[0011] Das Bauteil kann, wie angesprochen, ein Bauteil eines Flugtriebwerks sein; aber auch andere Bauteile kommen in Betracht, wie beispielsweise Druckwalze der Druckindustrie, z.B. Druckwalze mit einem Durchmesser von 6 m und einem Durchmesser von 1 m, oder Hydraulikzylinder oder dergleichen.

[0012] Es wird also insbesondere das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bzw. ein Brenner für das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF-Spritzen; HVOF = High Velocity Oxy-Feul Flame Spraying) oder eine sog. Kaltgas-Spritzeinrichtung verwendet, um die Oberfläche des Bauteils zu aktivieren bzw. aufzurauen.

[0013] In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass insbesondere vorgesehen ist, dass die Keramik beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bzw. bei dem Beschleunigen bzw. Bewegen mittels eines Brenners für das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bzw. Kaltgas-Spritzeinrichtung nicht aufgeschmolzen wird. Dies ist insbesondere so, dass die dabei auftretenden Temperaturen nicht ausreichen, um Keramik aufzuschmelzen.

[0014] Es ist insbesondere vorgesehen, dass mittels des HVOF-Brenners zumindest ein Teil des Keramikpulvers oder das gesamte Keramikpulver, das auf die besagte Oberfläche aufgebracht wird, auf eine Geschwindigkeit mittels des Brenners beschleunigt wird, die im Bereich der Überschallgeschwindigkeit ist bzw. oberhalb von 400 m/sek. ist.

[0015] In besonders zu bevorzugender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Aussiebung des Keramikpulvers bzw. des keramikhaltigen Pulvers vor dem Aufbringen mittels des HVOF-Brenners erfolgt. Dies kann beispielsweise so sein, dass mittels der Aussiebung eine vorbestimmte definierte Korngröße des Keramikpulvers eingestellt wird, oder eine Korngröße, die kleiner als eine vorbestimmte Korngrößengrenze ist, oder eine vorbestimmte Korngröße, die in einem vorbestimmten Korngrößenbereich ist.

[0016] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Aussiebung derart erfolgt, dass die Körngröße im Wesentlichen 120 mesh beträgt oder im Wesentlichen kleiner als 120 mesh ist.

[0017] Es kann vorgesehen sein, dass die komplette Oberfläche oder die komplette Außenoberfläche des Bauteils des Flugtriebwerks gestrahlt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Abschnitt der angesprochenen Außenoberfläche oder der Oberfläche des Bauteils gestrahlt wird.

[0018] In zu bevorzugender Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach dem angesprochenen Strahlen zumindest ein aufgerauter bzw. aktivierter Abschnitt der Oberfläche des Bauteils des Flugtriebwerks beschichtet wird. Dieses Beschichten erfolgt in bevorzugter Ausgestaltung durch HVOF-Spritzen bzw. Kaltgas-Spritzen (Cold-Gas-Spraying).

[0019] Es sei angemerkt, dass - wie dem Fachmann bekannt ist - das HVOF-Spritzen auch als Hochgeschwindigkeitsflammspritzen bezeichnet wird, wobei "HVOF" für "High Velocity Oxy-Fuel Flame"-Spraying steht und als Fachbegriff eingedeutscht ist. Angemerkt sei, dass die Gestaltungen, die in Bezug auf die Erfindung bzw. deren Weiterbildungen in der vorliegenden Offenbarung genannt sind und im Zusammenhang mit welchen das HVOF genannt wird, in alternativer erfindungsgemäßer Gestaltung in Bezug anstelle des jeweiligen Bezugs zum HVOF einen entsprechenden Bezug zum Kaltgas-Spritzen (Cold-Gas-Spraying) haben können.

[0020] In besonders zu bevorzugender Ausgestaltung erfolgt das HVOF-Spritzen mittels desselben HVOF-Brenners, mittels welchem das zuvor angesprochene Strahlen erfolgt, und zwar insbesondere in Bezug auf die aufgeraute bzw. aktivierte Oberfläche oder einen Abschnitt der aufgerauten oder aktivierten Oberfläche bzw. in Bezug auf die gestrahlte Oberfläche oder einen Abschnitt der gestrahlten Oberfläche.

[0021] In besonders zu bevorzugender Ausgestaltung ist der HVOF-Brenner derart ausgebildet, dass sich mittels diesem ein Heißgasstrahl erzeugen lässt, wobei mehrere separate Kanäle vorgesehen sind, aus welchen wahlweise Pulver in den im Betrieb gegebenen Heißgasstrahl verbringbar ist. Dies ist insbesondere so, dass aus verschiedenen Kanälen unterschiedliches Pulver in den genannten Heißgasstrahl verbringbar ist. Dies kann insbesondere so sein, dass wahlweise aus einem ersten oder aus einem zweiten Kanal und / oder über beide Kanäle gleichzeitig Pulver in den Heißgasstrahl verbringbar ist. Es kann insbesondere eine entsprechende Umschaltmöglichkeit bzw. Umschalteinrichtung gegeben sein.

[0022] In einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erster der genannten Kanäle mit einem ersten Behälter in Verbindung steht, in welchem Keramikpulver für das Strahlen bzw. Aktivieren bzw. Aufrauen der Oberfläche bzw. des Oberflächenabschnitts vorgesehen ist, und dass ein zweiter dieser Kanäle mit einem zweiten, vom ersten Behälter verschiedenen, Behälter in Verbindung steht, wobei in diesem zweiten Behälter ein Pulver für das thermische Spritzen bzw. das HVOF-Spritzen des genannten Oberflächenabschnitts bzw. der genannten Oberfläche gegeben ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, welche ermöglicht, dass zunächst das Aufrauen bzw. Aktivieren bzw. Strahlen der Oberfläche mittels des aus dem einen der Behälter geförderten Keramikpulvers und der entsprechenden Ausgabe durch den ersten Kanal erfolgt, und dass anschließend - insbesondere mittels der Umschalteinrichtung - der erste Behälter bzw. erste Kanal verschlossen werden kann bzw. verschlossen wird, und ein zweiter Behälter und/oder Kanal geöffnet wird, durch welchen Pulver austritt, das in den Heißgasstrahl abgegeben wird und dann ein thermisches Spritzen bzw. HVOF-Spritzen der zuvor gestrahlten bzw. aufgerauten bzw. aktivierten Oberfläche bewirkt.

[0023] Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Keramikpulvers des HVOF-Brenners auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die oberhalb von 300 m/s liegt, vorzugsweise oberhalb von 400 m/s, besonders bevorzugt oberhalb von 700 m/s, bevorzugt oberhalb von 1000 m/s liegt.

[0024] In besonders zu bevorzugender Gestaltung ist vorgesehen, dass das für das Strahlen bzw. Aufrauen bzw. Aktivieren der Oberfläche bzw. eines Oberflächenabschnitts vorgesehene Keramikpulver während des Verfahrens nicht aufschmilzt, wobei insbesondere die mittels des HVOF-Brenners erzeugten Temperaturen entsprechend sind.

[0025] Es kann vorgesehen sein, dass eine Aussiebung des Keramikpulvers vor dem Strahlen erfolgt, wobei beispielsweise die Aussiebung derart sein kann, dass zum Strahlen Pulver mit einer Korngröße von kleiner 130 mesh und/oder größer 110 mesh vorzugsweise von im Wesentlichen 120 mesh zum Einsatz kommt bzw. für das Strahlen ausgesiebt wird.

[0026] Es ist insbesondere vorgesehen, dass für das Verfahren eine Vorrichtung, insbesondere HVOF-Brenner mit mehreren Pulverförderern zum Einsatz kommt, wobei insbesondere zwischen diesem Pulverförderern umgeschaltet werden kann.

[0027] Es ist insbesondere vorgesehen, dass erfindungsgemäß eine Oberflächenaktivierung unabhängig von einer Strahleinlage ermöglicht wird.

[0028] Als Keramikpulver für das Strahlen kann beispielsweise Normalkorund bzw. Al₂O₃ oder E-delkorund oder Siliziumkarbid (SiC₂) Normalkorund eingesetzt werden.

[0029] Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Oberflächenaktivierung, insbesondere mit Strahlen mit Normalkorund, mit einem HVOF-Brenner bewirkt wird. Es kann vorgesehen sein, dass anschließend ein Umschalten des Pulverstranges und direktes Spritzen der Schicht bewirkt wird bzw. durchgeführt wird. Dies kann insbesondere so sein, dass es im Wesentlichen keine Unterbrechung mehr gibt.

[0030] Vorteilhaft insbesondere an der letztgenannten Gestaltung ist, dass ein Zeitgewinn erreicht wird und ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass weniger Vorrichtungen benötigt werden. Eine Verunreinigung der aktivierten Oberfläche während des Transports oder der Lagerung wird vermieden. Eine erneute Oxidation sauerstoffaffiner Materialien wie Mg oder Al wird vermieden. Dies führt insbesondere zu einer verbesserten Schichtanbindung. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Bauteil nicht mehr zwischenzeitlich transportiert werden muss bzw. über weite Strecken transportiert werden muss. Auch eine Arbeitserleichterung kann ein Vorteil der Erfindung sein.

[0031] Mit dem Verfahren können auch HVOF-Düsen von Anhaftungen gegebenenfalls gereinigt werden.

[0032] Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, ohne dass die Erfindung auf das Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll. Dabei zeigt:

Fig. 1

eine Vorrichtung für das Durchführen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Schritt dieses erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 2

die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem anderen Schritt des genannten beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0033] Die Fig. 1 und 2 zeigen eine beispielhafte Vorrichtung für die Durchführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0034] Die in den Figuren gezeigte Vorrichtung 1 weist einen HVOF-Brenner 10 auf bzw. wird von einem solchen gebildet. In den Figuren ist ferner ein Bauteil 12 eines Gasturbinentriebwerks, insbesondere Bauteil 12 eines Flugtriebwerks, gezeigt. Gemäß dem beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass der HVOF-Brenner 10 sowie das Bauteil 12 des Flugtriebwerks bereitgestellt wird. Ferner wird Pulver bereitgestellt, welches aus Keramik besteht oder Keramik aufweist. Dieses Pulver, das in den Figuren nicht gezeigt ist, wird mittels der Vorrichtung 1 zugeführt, und zwar so, dass es in den Heißgasstrahl 14, der mittels des aus der Düse 16 des Brenners 10 austretenden Gases gebildet wird, zugeführt wird. Das Keramikpulver wird in einem Schritt des Verfahrens, der in Fig. 1 gezeigt ist, auf eine Oberfläche 18 des Bauteils 12 aufgebracht, um dieses zu strahlen bzw. zu aktivieren bzw. aufzurauen. Demzufolge ist in Fig. 1 die Oberflächenaktivierung bzw. Oberflächenaufrauung bzw. das Oberflächenstrahlen gezeigt.

[0035] Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Bauteil 12 beim Strahlen gedreht wird, wie es beispielsweise durch den Pfeil 20 angedeutet ist. Ferner ist insbesondere vorgesehen - was schematisch durch den Pfeil 22 angedeutet ist - dass ein Abzeilen des Bauteils stattfindet, also insbesondere das Bauteil 1 zeilenweise abgefahren wird und je Zeile entsprechend dem Pfeil 20 gedreht wird.

[0036] Fig. 2 zeigt die Gestaltung gemäß Fig. 1, wobei in Fig. 2 das sich an das Strahlen anschlie-βende Beschichten gezeigt ist.

[0037] Auch gemäß Fig. 2 erfolgt die Beschichtung mittels Drehen entsprechend dem Pfeil 20 des Bauteils 1 sowie mittels Abzeilen entsprechend dem Pfeil 22.

[0038] Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung auch eine Halteeinrichtung bzw. Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme bzw. zum Halten eines Bauteils 12 aufweist.

[0039] Bei der Gestaltung gemäß Fig. 1 bzw. bei der Beschichtung wird ein Beschichtungsmaterial, insbesondere in Form von Pulver, dem Heißgasstrahl 14 zugeführt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass von dem Schritt entsprechend Fig. 1 zum Schritt entsprechend Fig. 2 der Pulverstrang entsprechend umgeschaltet wird. Zu diesem Zweck ist insbesondere vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 mehrere Pulverförderer aufweist, sowie eine Umschalteinrichtung zum Umschalten von einem Pulverförderer, welcher für die Förderung von Keramikpulver zum Strahlen vorgesehen ist, auf einen Pulverförderer, welcher zum Fördern von Pulver für die Beschichtung vorgesehen ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche (18) eines Bauteils (12), wie Bauteil (12) eines Flugtriebwerks, mit den Schritten:

- Bereitstellen eines HVOF-Brenners (10) oder einer Kaltgas-Spritzeinrichtung;

- Bereitstellen von Pulver, welches Keramik aufweist,

- Bereitstellen des Bauteils (12), dessen Oberfläche (18) zu bearbeiten ist;

- Strahlen zumindest eines Abschnitts der Oberfläche (18) des Bauteils (12) mittels des Keramikpulvers und mittels des HVOF-Brenners (10) bzw. mittels der Kaltgas-Spritzeinrichtung, wobei das Keramikpulver mittels des vom HVOF-Brenner (10) bzw. des von der Kaltgas-Spritzeinrichtung erzeugten Strahls auf die Oberfläche (18) des Bauteils (12) bewegt wird, um diese Oberfläche (18) aufzurauen bzw. zu aktivieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Strahlen zumindest ein aufgerauter bzw. aktivierter Abschnitt der Oberfläche (18) des Bauteils (12) beschichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten der aufgerauten bzw. aktivierten Oberfläche (18) bzw. des aufgerauten bzw. aktivierten Abschnitts der Oberfläche (18) des Bauteils (12) durch thermisches Spritzen bzw. HVOF-Spritzen bzw. Kaltgas-Beschichten erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses für das Beschichten der aufgerauten bzw. aktivierten Oberfläche (18) bzw. des aufgerauten bzw. aktivierten Abschnitts der Oberfläche (18) des Bauteils (12) vorgesehene thermische Spritzen bzw. HVOF-Spritzen bzw. Kaltgas-Spritzen mittels desselben HVOF-Brenners (10) bzw. mittels derselben Kaltgas-Spritzeinrichtung erfolgt, mittels welchem bzw. mittels welcher dieses Strahlen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der HVOF-Brenner (10) zum Erzeugen eines Heißgasstrahls ausgebildet ist und mehrere separate Kanäle aufweist, aus welchen wahlweise unterschiedliches Pulver in den im Betrieb gegebenen Heißgasstrahl verbringbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster dieser Kanäle mit einem ersten Behälter in Verbindung steht, in welchem Keramikpulver für das Strahlen der Oberfläche (18) bzw. des Oberflächenabschnitts gegeben ist, und dass ein zweiter dieser Kanäle mit einem zweiten, vom ersten Behälter verschiedenen Behälter in Verbindung steht, in welchem Pulver für das Beschichten der Oberfläche (18) bzw. des Oberflächenabschnitts gegeben ist.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Keramikpulvers für das Strahlen mittels des HVOF-Brenners (10) auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die oberhalb von 300 m/s liegt.

Zeichnung