DE102005041830A1

DE102005041830A1 - Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen

Info

Publication number: DE102005041830A1
Application number: DE102005041830A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Walter
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Ein Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen an Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere einem Flugantrieb, sieht folgende Schritte vor: Aufbringen einer Schlickerschicht auf der mit der Wabenstruktur zu bestückenden Oberfläche; Eindrücken der Wabenstruktur in die noch weiche Schlickerschicht und Aushärten der Schlickerschicht. Ferner wird ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugantriebs, mit darauf aufgebrachter Wabenstruktur, angegeben, wobei die Wabenstruktur auf dem Bauteil mittels einer Schlickerschicht aufgesintert ist. Hierdurch werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und ein Lösen der Verbindung Wabe/Bauteil durch Wiederaufschmelzen einer Lotverbindung wird verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen an Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere einem Flugantrieb. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugantriebs, mit darauf aufgebrachter Wabenstruktur. Ferner wird ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugantriebs, mit darauf aufgebrachter Wabenstruktur angegeben.

Bei Gasturbinen, insbesondere bei Flugantrieben ist es bekannt durch einzelne Triebwerkskomponenten erzeugten Lärm, der an der Quelle nicht sinnvoll vermieden werden kann, durch schalldämmende Auskleidungen zu reduzieren. Hier kommen insbesondere Wabenstrukturen zur Anwendung, die akustische Energie in Wärmeenergie umwandeln. Diese können an den unterschiedlichsten Stellen, beispielsweise im Einlaufbereich, dem Fan-Gehäuse, dem Verdichtergehäuse, etc. angeordnet sein, wie 2 zu entnehmen ist. Außerdem werden Wabenstrukturen in Gasturbinen bei Dichtungsanwendungen, z.B. outer air seals, eingesetzt.

Derzeit werden die Waben mit der Oberfläche des mit den Waben zu versehenden Bauteils verklebt bzw. verlötet. Insbesondere in Bereichen höherer Temperaturen kommt das Auflöten zur Anwendung. Dabei kommt es vor, dass die Wiederaufschmelztemperatur des Lotes für den Betriebseinsatz nicht ausreicht. Auch müssen in diesen Bereichen die Waben häufig zum Schutz vor Heißgaskorrosion alitiert werden. Dies führt zu einer ungünstigen Werkstoffkombination Lot und Alitierung mit unerwünschter Schmelzpunkterniedrigung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Lösen der Verbindung Wabe/Bauteil durch Wiederaufschmelzen einer Lotverbindung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen an Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere einem Flugantrieb, sieht folgende Schritte vor:

– Aufbringen einer Schlickerschicht auf der mit der Wabenstruktur zu bestückenden Oberfläche,
– Eindrücken der Wabenstruktur in die noch weiche Schlickerschicht; und
– Aushärten der Schlickerschicht.

Unter einer Schlickerschicht wird im vorliegenden Fall eine korrosions- und oxidationsbeständige Schicht aus Metallpulver mit einem Bindemittel bzw. einer Bindemittellösung verstanden. Diese wird verfahrensgemäß auf die Oberfläche eines Bauteils einer Gasturbine in dem Bereich aufgebracht, in dem eine Wabenstruktur befestigt werden soll. Anschließend, d.h. im weichen Zustand der Schlickerschicht, wird die Wabenstruktur mit ihren Wabenstegen in die noch weiche und feuchte Schlickerschicht hineingedrückt. Durch das anschließende Aushärten der Schlickerschicht entsteht eine feste und temperaturbeständige Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff des zu beschichtenden Bauteils und der Wabenstruktur.

Hierdurch werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und ein Lösen der Verbindung Wabe/Bauteil durch Wiederaufschmelzen einer Lotverbindung wird verhindert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Schlickerschicht 1 mm bis 5 mm dick, vorzugsweise 2 mm bis 3 mm dick aufgetragen wird. Hierdurch wird genügend Halt für die Füße der Wabenstege geschaffen und eine sichere und reproduzierbare Verbindung sichergestellt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vorzugsweise ein MCrAlY-Schlicker verwendet wird. Bei dem MCrAlY steht das M für eine Mischung aus Ni und Co. Zur Herstellung des Schlickerwerkstoffs werden beispielsweise 75 Gew.-% MCrAlY und 25 Gew.-% Al bezogen auf das Gesamtgewicht aus Ausgangs- und Zugabepulver gemischt. Zugemischt wird ferner ein organisches oder anorganisches Bindemittel bzw. eine Bindemittel-Lösung oder Suspension, wie z. B. eine 30%-ige Chromphosphat-Lösung. Zur Herstellung der Schlickerschicht wird der so gemischte Schlickerwerkstoff auf ein Bauteil mit einem Pinsel aufgetragen.

Eine Vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Wabenstruktur mittels Punktschweißen fixiert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Wabenstruktur sich nicht während des 0,5 bis vier Stunden dauernden Aushärtvorgangs verschiebt. Die Schlickerschicht härtet bei Temperaturen zwischen 350°C bis 450°C aus.

Noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass durch Alitieren der Schlickerschicht die Wabenstruktur und das Bauteil fest zusammengesintert werden. Mit Alitieren wird hier das Herstellen einer aluminiumreichen, wenig verformungsfähigen Diffusionsschicht durch Glühen bei Temperaturen von 800°C bis 1200°C, vorzugsweise bei 950°C bezeichnet. Der Alitierungsvorgang dauert dabei zwischen einer und 12 Stunden.

Schließlich ist erfindungsgemäß ein Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugantriebs, mit darauf aufgebrachter Wabenstruktur vorgesehen, wobei die Wabenstruktur auf dem Bauteil mittels einer Schlickerschicht aufgesintert ist. Hierdurch wird ein Lösen der Verbindung Wabe/Bauteil durch Wiederaufschmelzen einer Lotverbindung wird verhindert und eine reproduzierbare Wabe/Bauteilverbindung geschaffen. Durch die Verwendung einer Schlickerschicht als Verbindungskomponente anstelle eines Lotes, tritt keine Schmelzpunktverringerung und damit einhergehend kein Festigkeitsverlust auf.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Wabenbefestigung mittels Schlicker und Alitierung;
2 schematische Darstellung eines Flugantriebs mit Stallen, an denen Wabenstrukturen vorgesehen sind.
Die in 1 wiedergegebene vergrößerte fotografische Abbildung, ein so genanntes Metallobild, zeigt eine erfindungsgemäße Wabenbefestigung mittels Schlicker und Alitierung.
Das Bauteil 1 mit Wabenstruktur weist dabei einen Grundwerkstoff 2 auf, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel IN 713 ist. Auf den Grundwerkstoff 2 ist mit einem Pinsel eine Schlickerschicht 4 aus MCrAlY aufgetragen. In die noch feuchte, weiche Schlickerschicht wird die Wabenstruktur mit ihren nach unten offenen Wabenstegen 3 hineingedrückt, so dass die Wabenfüße 5 den Grundwerkstoff 2 berühren oder nahezu berühren und anschließend mit Schweißpunkten (nicht gezeigt) fixiert.
Die Schlickerschicht weist dabei eine Dicke 6 von 1 mm bis 2 mm auf. Dadurch wird den Wabenfüßen genügend Verankerung gegeben.
Das anschließende Alitieren bei 950°C für fünf Stunden lässt den Schlicker 4, die Wabenstege 3 und den Grundwerkstoff 2 fest zusammensintern.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

1: Vorrichtung zur aktiven Spaltkontrolle
2: Plenum
3: Kühlkanal
4: Rotorgehäuse
5: Ausströmöffnung
6: Kühlluftstrom
7: Verbindungssteg

Claims

Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen an Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere einem Flugantrieb, welches folgende Schritte vorsieht: – Aufbringen einer Schlickerschicht auf der mit der Wabenstruktur zu bestückenden Oberfläche, – Eindrücken der Wabenstruktur in die noch weiche Schlickerschicht; und – Aushärten der Schlickerschicht.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlickerschicht 1 mm bis 5 mm dick, vorzugsweise 2 mm bis 3 mm dick aufgetragen wird.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise ein MCrAlY-Schlicker verwendet wird.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur mittels Punktschweißen fixiert wird.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlickerschicht bei Temperaturen zwischen 350°C bis 450°C ausgehärtet wird.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Alitieren der Schlickerschicht die Wabenstruktur und das Bauteil fest zusammengesintert werden.
Verfahren zum Anbringen von Wabenstrukturen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alitierung bei Temperaturen von 800°C bis 1200°C, vorzugsweise bei 950°C aufgebracht wird.
Bauteil einer Gasturbine, insbesondere eines Flugantriebs, mit darauf aufgebrachter Wabenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenstruktur auf dem Bauteil mittels einer Schlickerschicht auf gesintert ist.