DE4228196C1 - Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen.

Der Wirkungsgrad von Turbinentriebwerken ist direkt von der Spaltgröße zwischen Gehäuse und Rotor abhängig. Eine minimale Spaltgröße wird beispielsweise durch einen Anstreifvorgang der Schaufelspitzen an den Spaltdichtungsflächen erreicht. Beim Anstreifen der Schaufenspitzen an den Spaltdichtungsflächen müssen Schaufelbeschädigungen vermieden werden. Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen sollen die Spaltbreiten in einem Triebwerk abreibbar und damit einstellbar machen, ohne daß die Schaufelspitzen wesentlich abgerieben werden. Dazu wird der Kunststoff in eine zähviskose Masse umgesetzt und auf die beanspruchten Gehäuseringe gespachtelt. In einer weiteren Technik werden auch vorgefertigte Kunststoffeinlaufbeläge auf die Gehäuseringe geklebt. Kleber und Spachtelmasse müssen anschließend aushärten. Des weiteren können Kunststoffeinlaufbeläge angegossen werden.

Ein Nachteil dieser Verfahren ist ein hoher Fertigungsaufwand, bei dem nach der Reinigung eine Grundierung aufzutragen ist, auf die nach einem Wärmebehandlungsschritt die Kunststoffmasse aufgeklebt, aufgespachtelt oder angegossen und anschließend ausgehärtet wird. Abschließend folgt eine spanabhebende Bearbeitung. Dabei sichtbar werdende Defekte im Belag müssen ausgespachtelt und ausgehärtet, sowie nachbearbeitet werden.

Bei gespachtelten, geklebten und angegossenen Kunststoffmassen liegt die gegenwärtige maximale Einsatztemperatur bei 180°C.

Die Präparation der einzelnen Komponenten für das Spachteln oder Kleben erfordert einen zusätzlichen Fertigungsaufwand, wobei die Komponenten nachteilig eine begrenzte Lagerzeit aufweisen. Gespachtelte, geklebte oder angegossene Kunststoffmassen können in ihrem Beschichtungsaufbau nicht variiert werden und sind zumeist durchgängig dicht, was sich auf das Abriebverhalten beim Anstreifvorgang ungünstig auswirken kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem in einem Bearbeitungsschritt ein gradueller Übergang in der Kunststoffbeschichtung für Spaltdichtungsflächen von dicht auf oberflächennah porös hergestellt werden kann und die Nachteile der bisherigen Verfahren überwunden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine Plasma- oder Acetylen- Sauerstoffflamme von einem Plasma- oder Flammspritzbrenner erzeugt wird, die unter einem Kühlgasstrom von 40 bis 150 Standard-Liter pro Minute (SLpM) eine Kunststoffmasse erschmilzt und auf eine Spaltdichtungsfläche spritzt.

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß Beläge mit unterschiedlicher Porosität und unterschiedlicher Härte erzeugt werden können, und die Beschichtungseigenschaften noch während des Herstellungsvorgangs variiert werden können, so daß in einem Arbeitsgang und in einer Schicht der Porositätsgrad von 0 auf 85 Vol.-% geändert werden kann. Darüber hinaus ist das nach dem Spritzen entstandene Kunststoffgefüge äußerst homogen. Schließlich ist dieses Verfahren schneller und damit kostengünstiger als das Klebe-, Spachtel- oder Angußverfahren.

Vorzugsweise wird zur Herstellung dichter bis poröser Spritzschichten die Stärke des Kühlgasstromes während der Spritzzeit variiert. Das hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen Hilfsmittel erforderlich werden und keine blasenbildenden oder aufschäumenden Mittel dem Kunststoff zugesetzt werden müssen.

In einer bevorzugten Durchführung der Erfindung wird die Kunststoffmasse in Pulverform zugegeben. Diese Form der Zugabe ist besonders vorteilhaft beim Flammspritzen, da die Pulverpartikel gleichmäßig durch die Flamme in Partikeltröpfchen umgesetzt werden können.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung der Erfindung wird die Kunststoffmasse als Kunststoffdraht zugegeben. Kunststoffdraht eignet sich vorteilhaft für ein Flammspritzverfahren, da die Kunststofftröpfchen erst in hochplastischem oder flüssigem Zustand von der Drahtspitze abreißen und auf die zu beschichtende Fläche spritzen.

Als bevorzugte Kunststoffmasse werden Polyphenylensulfide eingesetzt, die vorteilhaft Einsatztemperaturen bis 260°C zulassen, da eine Erweichung dieser Kunststoffmasse erst bei 275°C einsetzt.

Es können auch vorzugsweise bis zu 60 Vol.-% an Füllstoffen der Kunststoffmasse zugesetzt werden. Diese Füllstoffe verbessern das Anstreifverhalten.

Vorzugsweise werden als Füllstoffe Kalziumfluorid, Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Mischungen derselben zugegeben. Diese werden besonders dann vorteilhaft eingesetzt, wenn in der Einlaufphase des Triebwerks die Schaufelspitzen an den Spaltdichtungsflächen eingeschliffen werden sollen.

Die Figuren und Beispiele zeigen bevorzugte Ausbildungen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Schliff einer flammgespritzten, temperaturbeständigen Kunststoffschicht auf einer Spaltdichtungsfläche.

Fig. 2 zeigt einen Schliff einer plasmagespritzten, temperaturbeständigen Kunststoffschicht auf einer Spaltdichtungsfläche.

Beispiel 1

Auf einen Ring des Gehäuses eines Triebwerks wurde im Bereich des Verdichters auf den Grundwerkstoff 1 des Rings eine Heißgasflamme von einem Flammspritzbrenner mittels 2 bis 8 SLpM (Standard-Liter pro Minute) Sauerstoff und 2 bis 8 SLpM Acethylen (C₂H₂) gerichtet. Unter einem Kühlluftstrom von 40 SLpM mit zusätzlich 1 bis 5 SLpM Stickstoff wurde eine Kunststoffmasse mit einer Rate von 7 bis 40 g/min erschmolzen und auf die Ringinnenseite als Spaltdichtungsfläche aus einem Abstand von 50 bis 200 mm gespritzt.

Die Fig. 1 zeigt den Schliff diese flammgespritzten, temperaturbeständigen Kunststoffschicht auf einer Spaltdichtungsfläche. Die dichte Spritzschicht 2 wurde durch Erhöhung des Kühlgasstromes während der Spritzzeit auf 150 SLpM in eine oberflächennahe, poröse Kunststoffspritzschicht 3 überführt. Diese bevorzugte Schichtstruktur aus Polyphenylensulfiden hat den Vorteil, daß beim Anstreifen an der Schicht auf der Spaltdichtungsfläche zunächst von den Schaufelspitzen die weniger resistente poröse Schicht abzutragen ist und dadurch die Schaufelspitzen vorteilhaft geschont werden.

Beispiel 2

In einem weiteren Beispiel wird der poröse Bereich mit einem Schlickerverfahren mit keramischem Füllstoff verdichtet, so daß ein abrassiver Anstreifbelag entsteht, der die Aufgabe hat, die Leitschaufelspitzen in der Einlaufphase auf gleiches Maß herunterzuschleifen, so daß eine minimale Spaltbreite entsteht.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird dem Kunststoffpulver vor dem Spritzverfahren 25 Vol.-% CaF₂-Pulver als Füllstoff zugemischt, das danach mit dem Kunststoff aufgespritzt wird. Beim Aufspritzvorgang wird die Stärke des Kühlgasstromes so eingestellt, daß eine dichte Kunststoffschicht mit eingelagerten CaF₂-Partikeln entsteht.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wird die Schicht mittels Plasmaspritzen hergestellt. Dazu wird ein Kühlgasstrom von 90 bis 140 SLpM aus Argon eingesetzt und mit einem Sekundärgasstrom aus Wasserstoff von 5 bis 10 SLpM gefahren. Als Treibgas werden 5 bis 10 SLpM Argon hinzugegeben und die Kunststoffschicht auf einer Spaltdichtungsfläche in einem Abstand von 60 bis 160 mm vom Plasmabrenner erzeugt.

Die Fig. 2 zeigt einen Schliff dieser plasmagespritzten, temperaturbeständigen Kunststoffschicht aus Polyphenylsulfiden auf einer Spaltdichtungsfläche 1. Die dichte Spritzschicht 2 wurde durch Erhöhung des Kühlgasstromes von 100 SLpM Argon auf 140 SLpM Argon in eine poröse Zwischenschicht 4 überführt. Durch Verminderung des Kühlgasstromes auf 90 SLpM Argon gegen Ende des Verfahrens wurde eine dichte und äußerst glatte Deckschicht 5 gebildet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plasma- oder Acetylen- Sauerstoffflamme von einem Plasma- oder Flammspritzbrenner erzeugt wrd, die unter einem Kühlgasstrom von 40 bis 150 Standard-Liter pro Minute (SLpM) eine Kunststoffmasse erschmilzt und auf eine Spaltdichtungsfläche spritzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Kühlgasstromes zur Herstellung dichter bis poröser Spritzschichten während der Spritzzeit variiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmasse als Kunststoffpulver zugegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmasse als Kunststoffdraht zugegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmasse Polyphenylensulfide eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmasse ein Füllstoff bis zu 60 Vol.-% zugegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmasse Calciumfluorid, Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Mischungen derselben zugegeben werden.