DE3330651C1

DE3330651C1 - Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit komplex gestalteten Waenden

Info

Publication number: DE3330651C1
Application number: DE3330651A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8035 Gauting Betz
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1983-08-25
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1984-06-28
Also published as: GB8418599D0; GB2145354B; CA1225517A; GB2145354A; FR2556990A1; US4596628A; JPH0337472B2; JPS6076293A; FR2556990B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit komplex gestalteten Wänden durch Auftragen einer dünnwandigen Schicht auf einer Unterlage.

Schichtauftragungsverfahren sind an sich bekannt, beispielsweise das Aufbringen von metallischen Schichten auf Unterlagen, z. B. durch Streichen, Sprühen, Schlickern, Flamm- oder Plasmaspritzen. Um eine gute Verbindung zwischen Unterlage und metallischer Schicht zu gewährleisten und/oder eine stabile metallische Schicht auszubilden, ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, die Schicht in mittlerer Dicke aufzutragen. Dünnwandige komplex gestaltete stabile Bauteile sind auf diese Weise kaum mit Hilfe einfacher Mittel zu fertigen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit komplex gestalteten Wänden der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Fertigung von dünnwandigen Bauteilen mit einfachen Mitteln zuläßt.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Wo Wanddurchbrüche entstehen sollen, werden die Formkörper nicht beschichtet bzw. die Schicht wieder entfernt.

Die dünne Schicht kann dabei galvanisch oder als Pulverschicht durch Streichen, Sprühen, Schlickern oder als Tröpfchenschicht durch Flamm- oder Plasmaspritzen aufgetragen werden.

Vorzugsweise werden die Formkörper mit der Schicht mit einer Dicke in etwa der halben Dicke der gewünschten späteren verdichteten Bauteilewand überzogen, da zwei aneinander grenzende Formkörper jeweils beschichtet sind, ergibt sich nach dem Verdichten die gewünschte Wandstärke.

Ein vorteilhaftes Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß mehrere Schichten mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften auf dem Formkörper aufgetragen werden. Insbesondere werden die Schichten aus verschiedenen Materialien mit stetigen und/oder unstetigen Übergängen auf dem Formkörper aufgetragen. Beispielsweise kann eine dreifache Schichtfolge aus einer Nickelbasislegierung aufgebracht werden, wobei die erste Schicht besonders korrosionsbeständig, die zweite Schicht besonders hochwarmfest und die dritte Schicht wieder besonders korrosionsbeständig ist. Eine derartige Wand eines gewünschten Bauteils ist mithin an ihren Außenseiten korrosionsbeständig und im Inneren hochwarmfest und eignet sich insbesondere für die Ausbildung von Röhren eines Wärmetauschers.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß vor einem Preßzyklus in der Hülle, die z. B. eine Glas- oder Blechkapsel sein kann, zwischen den Formkörpern an Stellen, an denen im späteren Bauteil eine dickere Wandstärke ausgebildet sein soll, zumindest ein massives Teil oder Pulver aus dem gewünschten Wandmaterial eingebracht wird. Dieses Material wird während des Preßzyklus homogen mit dem restlichen Schichtmaterial verbunden, so daß nicht nur dünne, sondern auch vergleichsweise dicke Wandstärken bei Bauteilen realisierbar sind.

Die Formkörper weisen zweckmäßigerweise folgende Eigenschaften auf:
duktil bei Preßtemperatur,

nichtgasend bzw. Flüssigkeit absondernd im gesamten Heißpreßtemperaturbereich,

in der Festigkeit bei Preßtemperatur der Festigkeit des Schichtmaterials angepaßt, und

so artverschieden zum Wandmaterial, daß sie nach dem Pressen entfernt werden können.

Die Formkörper können so ausgebildet sein, daß sie nur grob den späteren Hohlräumen des zu fertigenden Bauteils entsprechen. Insbesondere werden die Formkörper mit einem Volumen vorgefertigt, das gleich dem Volumen des späteren Hohlraums des Bauteils ist, wobei die Form der vorgefertigten Formkörper von der

Form der Hohlkörper des Bauteils abweicht. Aufgrund der Duktilität der Formkörper ist beim Preßzyklus eine Formumgestaltung möglich.

Auch wenn grundsätzlich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Hülle und die Formkörper nach dem Preßzyklus entfernt werden, so können auch Hülle und Formkörper ganz oder teilweise im Endbauteil belassen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Vorkörper eines erfindungsgemäß gefertigten Bauteils in Form eines Kreuzstrom-Wärmetauschers in perspektivischer Ansicht,

F i g. 2 eine Einzelheit des Vorkörpers nach F i g. 1 in perspektiver Darstellung,

F i g. 3 den Vorkörper nach F i g. 1 in einer auseinandergezogenen Anordnung mit zusätzlichen Vorkörperteilen,

F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende perspektivische Ansicht von weiteren Ausführungsformen von Vorkörpereinzelheiten,

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit der F i g. 4 und

F i g. 6 eine der F i g. 3 entsprechende perspektivische auseinandergezogene Darstellung von Vorkörperteilen.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 sind in perspektivischer Darstellung Einzelheiten von Vorkörpern gezeigt, mit Hilfe derer ein Kreuzstromwärmetauscher gefertigt wird.

Der Kreuzstromwärmetauscher umfaßt in seiner Endanordnung schichtweise angeordnete dünnwandige Einzelrohre in einer Parallelanordnung, wobei benachbarte Rohrschichten zueinander senkrecht verlaufen, wie dies aus dem Vorkörper 11 des Kreuzstromwärmetauschers gemäß F i g. 1 hervorgeht.

Vor einer Anordnung der Einzelrohre nach F i g. 1 werden die Rohre erfindungsgemäß vorbehandelt. Es finden gemäß F i g. 2 als Formkörper 1 zylindrische Stäbe z. B. aus Eisen Verwendung, deren Querschnittsfläche etwa dem späteren lichten Querschnitt einer Warmetauscherröhre entspricht. Die zylindrischen Stäbe werden rundum durch Plasmaspritzen mit Schichten aus Nickelbasispulver 2 und 3 bedeckt. Eine erste Schicht · wird aus Material hoher Korrosionsbeständigkeit gebildet, die zweite Schicht besteht aus einem Material hoher Warmfestigkeit.

Die beschichteten Stäbe gemäß F i g. 2 werden in einer im wesentlichen würfel- oder quaderförmigen Anordnung schichtweise überkreuz auf einer Bodenplatte 4 angeordnet. Vier Vierkantstäbe 6 aus einer Nickelbasislegierung bilden hierbei die Ecken des späteren Wärmetauschers und verschaffen den Einzelrohren den nötigen Rahmen. Auf der obersten Rohrschicht wird eine Deckplatte 5 positioniert. Bodenplatte 4, Vierkantstäbe 6 und Deckplatte 5 sind fest miteinander verbunden. Statt der zwischen den Vierkantstäben 6 fehlenden Querlagen aus beschichteten Formkörpern 1 werden zusätzlich Platten 7 entsprechender Größe und Dicke umfangsmäßig eingesetzt.

Der vorstehende Vorkörper 11 wird gemäß F i g. 3 in eine Hülle 8 formschlüssig eingesetzt, wobei ein Deckel 9 mit Rohrstutzen 11 auf den Vorkörper 11 aufgesetzt wird. Alternativ werden Bodenplatte 4, Vierkantstäbe 6, beschichteter Formkörper 1, Deckplatte 5 und die Platten 7 in die formstabile Hülle 8 eingelegt und dadurch gegeneinander positioniert. Anschließend wird die Hülle 8 vakuumdicht verschlossen. Das Innere wird durch einen Vakuumanschluß am Rohrstutzen 10 evakuiert, und es wird der Vorkörper 11 im evakuierten Zustand einem Heißpreßzyklus unterworfen, d. h. es wird die Hülle 8 heißisostatisch gepreßt. Dabei schließen sich alle Hohlräume zwischen den beschichteten Stäben und dem Stützmaterial, und es tritt eine Verbindung aller Einzelteile ein. Nach dem Pressen werden die Stirnflächen der ehemaligen Zylinderstäbe freigelegt und das Formkörpermaterial 1 ausgelöst: es ist ein Kreuzstromwärmetauscher mit dünnen Rohrwänden entstanden.

Aus den F i g. 4 bis 6 geht die Herstellung eines anderen Kreuzstromwärmetauschers hervor. Er umfaßt freistehende Röhren mit lanzettförmigem Querschnitt.

Formkörper 1 in Form von Platten bilden das Kernmaterial, beispielsweise werden Eisenplatten mit Rillen 12 von der Form eines späteren halben Lanzettröhrchens in den Rillen beispielsweise durch Plasmaspritzen so beschichtet, daß der Auftrag über den Rand der Rille hinausreicht. Es wird eine dreifache Schichtfolge 2, 3, 2 aus einer Nickelbasislegierung aufgebracht. Die beiden äußeren Schichten sind korrosionsbeständig, die dazwischengelegene insbesondere hochwarmfest. Eine diesbezügliche Beschichtung wird auch auf den Rändern 13 der die Formkörper 1 bildenden Platten aufgebracht.

Die Platten werden nun in eine passende Hülle 8 eingelegt, beispielsweise in eine Blechkapsel aus St 37. Sie werden so positioniert, daß sich die Rillen zweier Platten jeweils gegenüberliegen. In die Rillen 12 werden dabei entweder vorgeformte Lanzettstäbe 14 aus unbeschichtetem Kernmaterial eingelegt oder aber zylindrische Stäbe 15 aus unbeschichtetem Formkörpermaterial von einer Querschnittsfläche, die etwas (z. B. 5%) kleiner ist als die Querschnittsfläche, die von zwei übereinanderliegenden Rillen gebildet wird. Bei der Verwendung zylindrischer Stäbe 15 ist es von Vorteil, wenn das Material der Stäbe eine geringfügig kleinere Warmfestigkeit als das Plattenmaterial aufweist.

Die Einlegestäbe 14 oder 15 ragen beispielsweise 5 mm über die die Formkörper 1 bildenden Platten hinaus. In diesem Bereich werden Streifen 16 aus Strukturmaterial, beispielsweise auf Nickelbasis, eingelegt, welche den gleichen Querschnitt wie die Platten besitzen. Der Plattenstapel wird oben und unten mit einer Deckplatte aus dem gleichen Strukturmaterial versehen. Auf die Kapsel wird ein Deckel 9 mit Rohrstutzen 10 geschweißt, worauf die Kapsel oder Hülle wie im erstgenannten Ausführungsbeispiel gasdicht verschlossen, evakuiert und heißisostatisch verpreßt wird. Nach dem Pressen werden die Hülle 8 und die Formkörper 1 chemisch entfernt und das Bauteil fertig bearbeitet.

Erfindungsgemäß können nicht nur Kreuzstromwärmetauscher gefertigt werden, sondern beliebige dünnwandige Sandwichstrukturen, beispielsweise für Fanschaufeln oder gekrümmte Flächen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Anstreif- und Wärmedämmschichten beispielsweise mit Keramik in metallischer Fassung hergestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit komplex gestalteten Wänden durch Auftragen einer Schicht auf einer Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage Formkörper (1) vorgesehen und zumindest mit einer die Wand des Bauteils bildenden dünnen Metall- oder Keramikschicht (2, 3) wenigstens teilweise überzogen werden, wor- ι ο auf die Formkörper (1) in einer äußeren Hülle (8) so angeordnet werden, wie die Hohlräume im zu fertigenden Bauteil zu liegen kommen, und daß die Hülle (8) vakuumdicht verschlossen, evakuiert und im evakuierten Zustand einem Preßzyklus unterworfen wird, und anschließend die Hülle (8) und die Formkörper (1) zumindest teilweise chemisch oder mechanisch entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) mit der Schicht (2, 3) mit einer Dicke in etwa der halben Dicke der gewünschten späteren verdichteten Bauteilewand überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schichten (2, 3) mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften auf dem Formkörper (1) aufgetragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (2,3) aus verschiedenen Materialien mit stetigen und/oder unstetigen Übergangen auf dem Formkörper aufgetragen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Preßzyklus in der Hülle (8) zwischen den Formkörpern (1) an Stellen, an denen im späteren Bauteil (20) eine dickere Wandstärke ausgebildet sein soll, zumindest ein massives Teil oder Pulver aus dem gewünschten Wandmaterial eingebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) aus einem bei Preßtemperatur duktilen nichtgasenden bzw. Flüssigkeit absondernden Material gebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper aus einem Material mit einer Festigkeit ausgebildet werden, die der Festigkeit des Schichtmaterials in etwa entspricht.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (t) so ausgebildet werden, daß sie nur grob den späteren Hohlräumen des zu fertigenden Bauteils entsprechen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (1) mit einem Volumen der späteren Hohlräume des zu fertigenden Bauteils ausgebildet werden, wobei die Form der Formkörper (1) von der Hohlkörperform des Bauteils abweicht.