-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung hochtemperaturbeständiger Schalldämmplatten in Sandwichbauweise der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
-
Die Schalldämmplatten sind speziell zur Anwendung unter erschwerten Umgebungsbedingungen bei erhöhten Temperaturen bis ca. 870°C vorgesehen, beispielsweise in Ausströmbereich eine Strahltriebwerkes.
-
Bei der Konstruktion und Herstellung von Schalldämmplatten, die als Integralbauteile gegenüber erschwerten Umgebungsbedingungen beständig sind, ist ein Aufbau üblich, bei dem ein Kernwerkstoff mit Wabenstruktur in Sandwichbauweise zwischen einem gelochten und einem nicht gelochten Blech angeordnet ist. Herkömmliche Schalldämmplatten dieser Bauart sind zur Abschwächung einiger spezifischer Schallfrequenzen geeignet, aber sie reichen nicht zur Schallabschwächung in einem breiten Frequenzbereich aus, wie er üblicherweise im Inneren und in der unmittelbaren Umgebung von Strahlentriebwerken vorliegt. Es wurde auch festgestellt, daß die Löcher herkömmlicher Schalldämmplatten in der Nähe schneller Gas- oder Luftströmungen, wie sie im Inneren oder in der Nähe von Strahlentriebwerken auftreten, Turbulenzen erzeugen, welche die Gesamtleistung des Triebwerkes vermindern. Außerdem werden derartige Schalldämmplatten im alllgemeinen mit Hilfe von Klebstoffen zusammengefügt, welche die Anwendung auf niedrigere Temperaturen begrenzen, um Schäden und schnelles Unbrauchbarwerden beim Einsatz zu vermeiden. Es wurden bereits Schalldämmplatten vorgeschlagen, die durch ihren besonderen Aufbau und ihr Herstellverfahren die Probleme der Turbulenzerzeugung und der Schalldämmung in unzureichender Frequenzbandbreite bei Anwendung im Inneren und in der unmittelbaren Umgebung von Flugtriebwerken überwinden, die aber wegen ihrer Klebekonstruktion nicht im Hochtemperaturbereich der Triebwerke einsetzbar sind.
-
In der US-PS 39 81 429, von der die Erfindung ausgeht, wird eine aus Vollblech, Wabenkern und Lochblech bestehende Schalldämmplatte beschrieben, die mittels Grenzflächen-Diffusion einer eutektischen, aus einer Beschichtung von Kupfer, Silber und Nickel entstehenden Schmelze hergestellt wird. Zwischen dem Wabenkern und dem Vollblech einerseits und dem Wabenkern und dem Lochblech andererseits wird dazu je eine Folie aus Titan oder einer Titanlegierung zwischengelegt. Diese Folien werden vor dem Zusammensetzen der Sandwichkomponenten mit Kupfer, Silber und Nickel beschichtet. Für die Verbindung kann auch Hartlot eingesetzt werden.
-
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren für die gesamte Schalldämmplatte wesentlich zu vereinfachen und dabei sicherzustellen, daß die Löcher des Lochbleches und damit der Wabenkern bei der Verbindung der Sandwichelemente durch den Schmelzfluß nicht verstopft werden.
-
Die Lösung gelingt einerseits nach dem Verfahren des Anspruches 1, bei dem auf der Außenseite des Lochbleches ein Drahtgewebe vorgesehen ist und das Einfügen der Zwischenschichten durch Auftragen vor dem Zusammenschichten der Sandwichkomponenten auf die gereinigte Innenfläche des Vollbleches sowie die gereinigte Innen- und Außenfläche des Lochbleches in der Folge Silber, Kupfer und Nickel vorgenommen wird.
-
Andererseits läßt sich die Eingangs genannte Schalldämmplatte auch nach dem Verfahren nach Anspruch 2 herstellen, gemäß dem auf die Außenseite des Lochbleches ein Drahtgewebe aufgebracht wird und auf die Außenfläche des Lochbleches sowie die Innenflächen des Wabenkerns ein Bindemittel aufgetragen und das Hartlot in Form von Pulver auf die noch feuchte Oberfläche der Bindemittelschicht aufgebracht wird.
-
Fig. 1 in perspektivische Ansicht und teilweise im Schnitt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schalldämmplatte in Sandwichbauweise; und
-
Fig. 2 die Schalldämmplatte in Fig. 1 in größerem Maßstab im senkrechten Schnitt.
-
In Fig. 1 und 2 ist eine Schalldämmplatte 8 in Sandwichbauweise mit Wabenkern 10 im einzelnen dargestellt. Die Komponenten dieser Sandwichplatte sind der Wabenkern 10, der eine Vielzahl quergerichteter, aus dünnem Blech gebildeter Zellen 12 besitzt, sowie Außenbleche 14 und 16 und ein Faserwerkstoff, z. B. ein Drahtgewebe 20, das beispielsweise aus Fäden aus rostfreiem Stahl besteht, die in Körper-Bindung verwebt sind. Bei einem bevorzugten Herstellverfahren werden als Werkstoffe für die Außenbleche und die Bleche des Wabenkerns Titanlegierungen, rostfreier Stahl des Typs AISI 321, ausscheidungshärtbarer austenitischer Stahl der Typenreihe PH oder ähnliche Werkstoffe eingesetzt. Andere Werkstoffe, die bis in den Temperaturbereich von 870°C beständig sind. Das Außenblech 14 ist als Lochblech ausgebildet mit einer Vielzahl kleiner Löcher 18, deren Größe beispielsweise von 1,2 bis 6,5 mm reichen kann. Der Querschnittsanteil der Löcher 18 und des Lochbleches 14 kann zwischen 12 und 35% der Blechfläche liegen. Die Löcher 18 können durch Stanzen, Bohren oder chemische Bearbeitung hergestellt werden. Chemische Bearbeitung ist vorzuziehen, weil der Lochquerschnitt beliebig vorgebbar ist und beide Seiten des Bleches 14 glatt bleiben und kein Entgraten, Abschleifen oder sonstiges Glätten vor der Weiterverarbeitung erfordern. Die Löcher können beispielsweise in 6,4 mm-Abstand stehen und beipielsweise in versetzten Reihen angeordnet sein. Andere Lochabstände und Lochmuster können im Rahmen der Erfindung gewählt werden. Das Außenblech 16 ist als Vollblech ausgebildet und schließt die Zellen 12 des Wabenkerns 10 ab, die Helmholtz-Resonanzhohlräume bilden. Das auf der Außenseite des Lochbleches 14 befindliche Drahtgewebe besteht bevorzugt aus Werkstoffen auf Nickel- Basis, beispielsweise der Typenreihe Inconel, aus Monel, aus rostfreiem Stahl oder aus ähnlichen Werkstoffen mit vergleichbaren Eigenschaften.
-
Der ersten Schritt des Herstellverfahrens besteht im Zuschneiden der Sandwichkomponenten im Hinblick auf die gewünschte Größe der Schalldämmplatte oder im Hinblick auf wirtschaftliche Herstellgrößen. Hierzu können verschiedene bekannte Metallbearbeitungsverfahren benutzt werden wie z. B. Zuschneiden mit der Schlagschere oder Bearbeiten mit der Reibsäge oder andere Verfahren. Die zugeschnittenen Sandwichkomponenten werden sodann gereinigt, um von allen oberflächeaktiven Substanzen befreit zu werden, welche die spätere Verbindung der Komponenten beeinträchtigen könnten. Jede vor dem Metallbeschichten übliche Reinigungsmethode kann hierzu benutzt werden.
-
Nach dem Reinigen erfolg ein Spülen in deionisiertem Wasser, dann ein Tauchen in einer schwachen Säure und ein abschließendes Spülen in deionisiertem Wasser mit anschließendem Trocknen.
-
Bei einer ersten Ausbildung des Herstellverfahrens wird zur Verbindung der Sandwichkomponenten die Flüssigkeit-Grenzflächen-Diffusion benutzt. Nach dem Reinigen wird das Vollblech 16 auf seiner Außenseite mit einer geeigneten Maske versehen wie z. B. mit einer Maske mit der Bezeichnung " Microshield". Die Innenseite des Vollbleches 16 wird durch Sandstrahlen oder ein anderes Verfahren auf die spätere Metallbeschichtung vorbereitet. Das Vollblech 16 wird sodann mit Schichten von Silber, Kupfer und Nickel in dieser Folge beschichtet, wodurch eine Gewichtzunahme von 85 bis 110 g/m2 eintritt. Die Schichtaufbringung erfolgt gleichmäßig über die gesamte Fläche und die einzelnen Schichten weisen ähnliches Flächengewicht (ca. 28 bis 37 g/m2) auf. Das Beschichten erfolgt bevorzugt durch Galvanisieren.
-
Das Lochblech 14 wird auf beiden Seiten sandgestrahlt und in der gleichen Weise wie das Vollblech 16 galvanisiert. Jede Seite des Lochbleches wird mit Silber, Kupfer und Nickel in dieser Folge galvanisiert, wobei das Flächengewicht in der Größenordnung von 28 bis 37 g/m2 liegt, was zu einer Gewichtserhöhung des Lochbleches 14 von etwa 170 bis 220 g/m2 führt.
-
Die Sandwichkomponenten sind nun zu ihrer Verbindung vorbereitet. Sie werden wie in Fig. 1 und 2 gezeigt zusammengeschichtet. Der Wabenkern 10 wird zwischen dem auf der Innenseite galvanisierten Vollblech 16 und dem Lochblech 14 angeordnet. Der Faserwerkstoff oder das Drahtgewebe 20 wird auf der Außenseite des Lochbleches 14 aufgelegt. Die zusammengeschichteten Sandwichkomponenten werden in ihrer gegenseitigen Lage durch Halteklammern 22 gesichert, die aus rostfreiem Stahlblech oderaus einem ähnlichen Werkstoff bestehen. Die Klammern 22 werden beispielsweise auf die vier Außenkanten der Sandwichkomponenten festgeschweißt. Andere Verfahren zur Sicherung der gegenseitigen Lage der Sandwichkomponenten im Hinblick auf ihre Verbindung können ebenfalls angewandt werden.
-
Die zusammengeschichteten und gesicherten Sandwichkomponenten werden sodann auf eine Bezugsfläche einer Unterlage aufgelegt, die aus Graphit, Keramik, legiertem Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen kann. Sodann wir von der freien Außenfläche der Sandwichkomponenten her eine Druckkraft in Richtung auf die Unterlage aufgebracht. Zur Aufbringung eine gleichmäßigen Druckes kann eine Gewichtsbelastung dienen, die auf das Drahtgewebe 20 wirkt oder eine Spannvorrichtung, die einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die zusammengeschichteten Sandwichkomponenten. Eine weitere Beschreibung dieser in der Verbindungstechnik bekannten Spannvorrichtung ist nicht erforderlich.
-
Die von den zusammengeschichteten und gesicherten Sandwichkomponenten, der Unterlage und der Spannvorrichtung gebildeten Einheit wird sodann in einem Vakuumofen eingebracht, der anschließend auf etwa 1 × 10-5 Torr (1,3 mal 10-8 bar) evakuiert wird. Die Ofentemperatur wird sodann auf ca. 940°C gebracht und auf dieser Höhe gehalten. Wenn die Ofentemperatur einen Wert von ca. 890°C erreicht hat, bilden die als Schicht aufgebrachten Plattierwerkstoffe eine eutektische Schmelze, welche die Spalte zwischen dem Wabenkern und den Außenblechen schließt und auch eine Verbindung zwischen dem Drahtgewebe und dem Lochblech bildet. Die Temperatur von 940°C, auf welcher der Ofen etwa 10 bis 90 Minuten lang gehalten wird, ermöglicht eine Feststoffdiffusion zwischen den Sandwichkomponenten, sobald die Schmelzbedingungen nicht mehr vorliegen. Dieses Diffunsionsschweißen (LID-Verfahren) führt zu einem Kornwachstum zwischen den Sandwichkomponenten und hierdurch zu einer festen einheitlichen Sandwichstruktur, bei der die Löcher im Lochblech und die Poren im Drahtgewebe offenbleiben, wodurch eine optimale Schalldämmfunktion der Sandwichplatte sichergestellt ist. Nach dem Verbeiben der zusammengeschichteten Komponenten auf der hohen Temperatur während der gewünschten Zeitdauer wird der Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt, und die Schalldämmplatte in Sandwichbauweise ist einsatzfertig.
-
Bei einer anderen Ausbildungsform des Herstellverfahrens werden die Sandwichkomponenten durch Hartlöten verbunden. Nach dem Zuschneiden und Reinigen der Komponenten wird ein Hartlot auf Nickel-Basis auf die Außenfläche des Lochbleches 14 aufgebracht. Die Lotmenge richtet sich hierbei nach der Maschenweite des Drahtgewebes 20. Je kleiner die Maschenweite ist, um so weniger Lot wird eingesetzt. Die Beschränkung der Lotmenge folgt dem Prinzip, daß die Maschen oder Poren des Drahtgewebes der fertigen Schalldämmplatte frei von Lot bleiben müssen. Die Lotmenge bewegt sich etwa zwischen 65 und 110 g/m2 bei gleichmäßiger Lotverteilung. Bei einer Maschenweite des Drahtgewebes von 23 Rhyl werden beispielsweise 65 bis 75 g/m2 Hartlot benötigt.
-
Bevorzug wird das Lot mit Hilfe eine Besprühens der Blechfläche mit einem Acrylbinder aufgebracht, wie z. B. "Microbraz 600"-Zement von "Wall Calmonoy" oder ein ähnlicher Stoff. Solange der aufgesprühte Binder noch feucht ist, wird das Lot in Pulverform gleichmäßig auf den Binder aufgebracht. Das Hartlotpulver kann eine Korngröße von beispielweise -140 bis +270 mesh besitzen, und es kann beispielsweise eine Menge von etwa 85 g/m2 eingesetzt werden. Auf gleicher Weise werden die Innenflächen des Wabenkerns 10 mit etwa 1300 g/m2 Hartlot beschichtet.
-
Das Hartlot wird auf die Binderschicht der Innenflächen des Wabenkerns mit einem bekannten Sprühgerät aufgebracht, um eine gleichmäßige Verteilung sicherzustellen. Ein Beispiel eines derartigen Sprühgerätes ist in US-PS 36 56 224 beschrieben.
-
Die verschiedenen Sandwichkomponenten sind nun zur Verbindung vorbereitet. Sie werden wieder wie in den Figuren angegeben zusammengeschichtet, wobei der Wabenkern 10 zwischen dem Vollblech 16 und der freien Seite des Lochbleches 14 angeordnet wird. Das Drahtgewebe wird auf die mit Lot beschichtete Seite des Lochbleches 14 aufgelegt. Die zusammengeschichteten Komponenten werden mit Hilfe der Halteklammern 22 gesichert.
-
Weiterhin werden wie bei der Verbindung der Sandwichkomponenten nach vorstehendem Ausführungsbeispiel diese Komponenten wieder auf eine Unterlage gelegt und unter eine Druckkraft gebracht oder mit einer Spannvorrichtung verspannt.
-
Die mit der Unterlage verspannten Komponenten werden wieder in einen Vakuumofen eingebracht, der auf ein Vakuum von etwa 1 mal 10-5 Torr (1,3 mal 10-8 bar) gebracht wird. Die Ofentemperatur wird sodann auf den Schmelzpunkt des Hartlotes gebracht. Beim Schmelzen fließt das Lot durch Kapillarwirkung längs der Zellwände des Wabenkerns, längs der Blechseiten und der Drähte des Drahtgewebes, wobei die Löcher 18 und die Poren des Drahtgewebes 20 offenbleiben.
-
Die Anordnung wird sodann abgekühlt, wobei das Hartlot erstarrt. Hierdurch bildet sich eine einheitliche Struktur einer Sandwichplatte, die als Schalldämmplatte im Hochtemperaturgebiet anwendbar ist.
-
Zur einfachen Darstellung wurden flache Schalldämmplatten beschrieben. Jedoch können auch gekrümmte oder gewölbte Schalldämmplatten hergestellt werden. Hierzu erhalten die Sandwichkomponenten vor dem Reinigen die gewünschte Krümmung oder Wölbung, mit welcher sie dann nach einem oder anderen der vorstehend erläuterten Verfahren verbunden werden.