EP0609417B1 - Verfahren zur herstellung temperaturbeständiger kunststoffschichten auf spaltdichtungsflächen - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/02—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
- B05D1/08—Flame spraying
Definitions
- the invention relates to a method for producing temperature-resistant plastic layers on gap sealing surfaces, a plasma or acetylene oxygen flame being generated by a plasma or flame spray burner and a cooling gas stream being added.
- GB 2 242 143A discloses a gap sealing surface and a method for its production, in which a simultaneous deposition of an aluminum-metal phase with a phase of organic, distributed material is applied in a ratio of 80:20. Damage to the blade must be avoided when brushing the blade tips against the gap sealing surfaces.
- Plastic layers on gap sealing surfaces are intended to make the gap widths abradable in an engine and thus to make them adjustable without the blade tips being significantly rubbed off. For this purpose, the plastic is converted into a viscous mass and filled on the stressed housing rings.
- prefabricated plastic inlet coverings are glued to the housing rings. The adhesive and filler must then harden. Furthermore, plastic inlet coverings can be cast on.
- a disadvantage of this method is a high manufacturing outlay in which, after cleaning, a primer has to be applied, onto which, after a heat treatment step, the plastic mass is glued, filled or poured on and then cured. This is followed by machining. Defects in the covering that become visible must be leveled out and hardened, and reworked.
- the current maximum operating temperature for filled, glued and cast-on plastic materials is 180 ° C.
- DE 36 40 906 discloses a further method for applying plastics to substrates by flame spray coating, powdered plastics being sprayed on in a melt-plastic state.
- the temperature of the plastic particles emerging from a spray nozzle is regulated, inter alia, by the amount of a cooling gas stream.
- the object of the invention is to provide a generic method with which a gradual transition in the plastic coating for gap sealing surfaces from close to close to the surface can be produced in one processing step and the disadvantages of the previous methods are overcome.
- An advantage of this method is that coatings with different porosity and different hardness can be produced, and the coating properties can be varied during the manufacturing process, so that the degree of porosity can be changed from 0 to 85% by volume in one operation and in one layer .
- the strength of the cooling gas flow is varied during the spraying time. This has the advantage that no additional aids are required and no bubble-forming or foaming agents have to be added to the plastic.
- the plastic structure created after spraying is extremely homogeneous. After all, this process is faster and therefore cheaper than the adhesive, spatula or sprue process.
- the plastic mass is usually added in powder form. This form of addition is particularly advantageous in flame spraying, since the powder particles can be converted evenly by the flame into particle droplets.
- the plastic mass is added as a plastic wire.
- Plastic wire is suitable is advantageous for a flame spraying process, since the plastic droplets only tear off the wire tip in a highly plastic or liquid state and spray onto the surface to be coated.
- Polyphenylene sulfides are used as the preferred plastic mass, which advantageously allow operating temperatures of up to 260 ° C., since this plastic mass only begins to soften at 275 ° C.
- fillers can also preferably be added to the plastic mass. These fillers improve the rub-on behavior.
- Calcium fluoride, zinc oxide, magnesium oxide or mixtures thereof are preferably added as fillers. These are used particularly advantageously when the blade tips are to be ground in at the gap sealing surfaces during the running-in phase of the engine
- a hot gas flame from a flame spray burner using 2 to 8 SLpM (standard liters per minute) oxygen and 2 to 8 SLpM acethylene (C2H2) was directed onto a ring of the engine casing in the area of the compressor onto the base material 1 of the ring.
- SLpM standard liters per minute
- C2H2 SLpM acethylene
- the dense spray layer 2 was made by increasing the cooling gas flow during the spraying time to 150 SLpM in a porous plastic spray layer close to the surface 3 transferred.
- This preferred layer structure made of polyphenylene sulfides has the advantage that when brushing against the layer on the gap sealing surface, the less resistant porous layer is first to be removed and the blade tips are thereby advantageously protected.
- the porous area is compacted with a ceramic filler using a slip process, so that an abrasive rubbing surface is created, which has the task of grinding the guide vane tips down to the same extent in the running-in phase, so that a minimal gap width is created.
- 25 vol.% CaF2 powder is added to the plastic powder before the spraying process, which is then sprayed on with the plastic.
- the strength of the cooling gas flow is adjusted so that a dense plastic layer with embedded CaF2 particles is created.
- the layer is produced by means of plasma spraying.
- a cooling gas flow of 90 to 140 SLpM from argon is used and a secondary gas flow from hydrogen of 5 to 10 SLpM is used.
- 5 to 10 SLpM argon are added as the propellant and the plastic layer is generated on a gap sealing surface at a distance of 60 to 160 mm from the plasma torch.
- the dense spray layer 2 was transferred into a porous intermediate layer 4 by increasing the cooling gas flow from 100 SLpM argon to 140 SLpM argon. By reducing the cooling gas flow to 90 SLpM argon towards the end of the process, a dense and extremely smooth cover layer 5 was formed.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen, wobei eine Plasma- oder Acetylen-Sauerstoffflamme von einem Plasma- oder Flammspritzbrenner erzeugt wird, die unter einem Kühlgasstrom von 40 bis 150 SLpM eine Kunststoffmasse erschmilzt und auf eine Spaltdichtungsfläche spritzt. Mit diesem Verfahren hergestellte Beschichtungen haben dichte bis poröse Schichtstrukturen und können bei Verwendung von Polyphenylensulfiden als Kunststoff bis 250 °C eingesetzt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen, wobei eine Plasma- oder Acetylen-Sauerstoffflamme von einem Plasma- oder Flammspritzbrenner erzeugt wird und ein Kühlgasstrom zugegeben wird.
- 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. Aus GB 2 242 143A ist eine Spaltdichtungsfläche und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt, bei dem eine gleichzeitige Abscheidung einer Aluminium-Metallphase mit einer Phase aus organischem, verteiltem Material im Verhältnis 80:20 aufgebracht wird. Beim Anstreifen der Schaufelspitzen 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. Desweiteren 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 sichtbarwerdende 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 angegossenen Kunststoffmassen können in ihrem Beschichtungsaufbau nicht variiert werden und sind zumeist durchgängig dicht, was sich auf das Abriebverhalten beim Anstreifvorgang ungünstig auswirken kann.
- Aus DE 36 40 906 ist ein weiteres Verfahren zum Auftrag von Kunststoffen auf Unterlagen durch Flammspritzbeschichten bekannt, wobei pulverförmige Kunststoffe in schmelzplastischem Zustand aufgespritzt werden. Die Temperatur der aus einer Spritzdüse austretenden Kunststoffpartikel wird dabei unter anderem durch die Menge eines Kühlgasstroms geregelt.
- 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 durch die Merkmale des Anspruchs 1.
- 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. Dazu wird 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. 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.
- Üblicherweise 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 flüssigen 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 Kalziumflorid, Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Mischungen derselben zugegeben. Diese werden besonders dann vorteilhaft eingesetzt, wenn in der Einlaufphase des Triebwerks die Schaufel spitzen 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
- 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 dieser 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 Kunststoffspritzuschicht 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 wird.
- 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.
- 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.
- 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 Polyphenylensulfiden auf einer Spaltdichtungsfläche. 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 (5)
- Verfahren zur Herstellung temperaturbeständiger Kunststoffschichten auf Spaltdichtungsflächen, wobei eine Plasma- oder AcetylenSauerstofflamme von einem Plasma- oder Flammspritzbrenner erzeugt wird und ein Kühlgasstrom zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme eine Kunststoffmasse erschmilzt und auf eine Spaltdichtungsfläche spritzt, wobei die Stärke des Kühlgasstromes zur Herstellung dichter bis poröser Spritzschichten als Spaltdichtungsflächen während der Spritzzeit von 40 bis 150 SLpM variiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmasse als Kunststoffdraht zugegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmasse Polyphenylensulfide eingesetzt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmasse ein Füllstoff bis zu 60 Vol.% zugegeben wird
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffmasse Kalziumflorid, Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Mischungen derselben zugegeben werden.
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