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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Entschichtungsvorrichtung für rotationssymmetrische Bauteile,
insbesondere aus Flugzeugtriebwerken wie Schaufelelemente eines
BLISK-Bauteils, wobei die Entschichtung mittels einer Entschichtungsflüssigkeit erfolgt,
welche lokal mit dem zu entschichtenden Bauteil in Kontakt gebracht
ist.
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Bauteile
aus Flugzeugtriebwerken wie Schaufelelemente, welche an einen BLISK-Bauteil angeordnet
sind, sind häufig
mit einer Beschichtung versehen. Diese häufig unterschiedlichen Beschichtungen
betreffen Erosionsschutzschichten, Oxidationsschutzschichten, Korrosionsschutzschichten oder
auch Wärmeschutzschichten
an den Oberflächen
der Schaufelelemente. Die BLISKs bestehen aus einer Scheibe, der „dISK" mit radial außenseitig auf
dem Umfang einzeln verteilt angeordneten Schaufelelementen, den
sog. „BLades".
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Vorzugsweise
werden die Schaufelelemente mit Schaufelspitzenpanzerungen zum verschleißarmen Anstreifen
der Schaufeln in einem Gehäuse
versehen. Für
Reparaturzwecke ist es jedoch in der Regel erforderlich, vom zu
reparierenden Schaufelelement die Beschichtung bereichsweise, teilweise
oder auch insgesamt zu entfernen bzw. abzutragen. Das Entfernen
bzw. Abtragen von Beschichtungen bezeichnet man daher als Entschichten.
Entschichtungsverfahren werden gemäß des Standes der Technik unterschieden
zwischen einem mechanischen, einem chemischen oder einem elektrochemischen
Entschichtungsverfahren.
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Beim
chemischen Entschichten sind Verfahren bekannt, bei dem die zu entschichtenden
Bauteile in einem Tauchverfahren mit einer Entschichtungsflüssigkeit
in Kontakt gebracht werden. Dabei wird das Bauteil zum Entschichten
vollständig
in ein elektrochemisches Bad getaucht, so dass nicht nur die beschichteten,
sondern sämtliche
Oberflächen
des Bauteils einem Materialangriff ausgesetzt sind. Ein lokales
Eintauchen der beschichteten Bereiche des Bauteils ist durch die
Bauteilgeometrie, welche bei Anwendung der BLISKs auf den radial
außenseitigen Umfang
begrenzt sind, häufig
stark eingeschränkt. Der
Einsatz von Abdeckungen für
die unbeschichteten Bereiche des Bauteils führt durch eingeschränkte Benetzbarkeit
zu Grenzflächenreaktionen
und somit zu einem unkontrollierten Angriff der unbeschichteten Bereiche.
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Jedoch
wird die Möglichkeit,
beschichtete Bauteile auch wieder entschichten zu können, als Vorraussetzung
einer technischen Realisierung von BLISK-Beschichtungen gesehen.
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Das
Entschichten von Bauteilen durch chemische Verfahren wird häufig auch
als Strippen bezeichnet, und für
Serienanwendungen bevorzugt. Hierfür sind eine Reihe unterschiedlicher
Strip-Lösungen
und Prozessfolgen für
die Entschichtung von Erosionsschutzschichten hinreichend bekannt.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
101 28 507 A1 ist eine Vorrichtung zum lokalen Entschichten
von Bauteilen bekannt, bei der eine Halteeinrichtung für ein wenigstens
abschnittsweise mit einer Beschichtung versehenes Bauteil und wenigstens
einer Aufnahmevorrichtung für
ein saugfähiges,
eine Entschichtungsflüssigkeit
enthaltendes Medium vorgesehen sind. Die Halte- und/oder die Aufnahmevorrichtungen
sind so zueinander positionierbar, dass das die Entschichtungsflüssigkeit
enthaltende Medium den zu entschichtenden Bereich des Bauteils kontaktiert.
Als Medium zur Aufnahme der Entschichtungsflüssigkeit ist Watte, ein Schwamm
oder ein poröses
Material auf keramischer oder synthetischer Basis vorgesehen.
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Diese
bekannte Lösung
des partiellen Entschichtens von Bauteilen, sowie gebräuchliche
Techniken, die auf einem Abdecken der zu schützenden Bauteilbereiche beruhen,
weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum Abdecken der zu schützenden Bauteilbereiche
werden Lacke, Wachse oder Einkapselungen mit Abdeckvorrichtungen
vorgesehen. Bei jeder dieser Abdecktechniken wird in der Regel das gesamte
Bauteil in die Strip-Lösung eingetaucht,
wobei die abgedeckten Bauteilbereiche nicht mit der Strip-Lösung benetzt
werden. Generell verursacht das Abdecken vor dem Strippen hohe Kosten.
Vor allem bei Lack- oder Wachsverfahren sind die Durchlaufzeiten
für eine
Serienproduktion oft nicht akzeptabel. Ein Abdecken durch das Einkapseln
der zu schützenden
Bauteilbereiche ist ferner nur an einfachen Bauteilgeometrien möglich. Gewölbte oder sphärische Flächen von
Hinterschneidungen sind oft nicht mit vertretbarem Aufwand durch
Kapseltechniken zu schützen,
da die komplexen Konturen beispielsweise der Saugseite oder Druckseite
von Schaufelelementen eine ebenso komplexe Kontur der Abdeckung
erforderlich macht. Ein weiteres Problem ergibt sich am Übergang
von benetzter, d.h. nicht abgedeckter zur unbenetzten, abgedeckten Oberfläche. Gebräuchliche
Abdeckungen neigen zur Unterwanderung, so dass ein scharfes Abgrenzen
in den meisten Fällen
nicht möglich
ist. Auch kann das Strippen zur Stufenbildung im Übergangsbereich
führen,
deren Kerbwirkung aus Festigkeitsgründen des Schaufelelementes
oder des BLISKs nicht akzeptabel ist.
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Eine
Tauchlösung
scheidet bei den scheibenförmigen
BLISKs häufig
aus, da nur die radial außenseitig
angebrachten Schaufelelemente in Kontakt mit der Entschichtungsflüssigkeit
gebracht werden müssen.
Ein einfaches Eintauchen ist insofern nicht möglich, als dass ein Bad aus
der Entschichtungsflüssigkeit
ein Eintauchen lediglich in der Senkrechten ermöglicht.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entschichtungsvorrichtung
für das Entschichten
von Bauteilen aus Flugzeugtriebwerken zu schaffen, welches die Nachteile
des Standes der Technik vermeidet und ein einfaches Entschichten von
radialsymmetrischen Bauteilen im radial außenseitigen Bereich ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird von einer Entschichtungsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass ein um wenigstens eine Rotationsachse
rotierender Aufnahmebehälter
zur Aufnahme der Entschichtungsflüssigkeit vorgesehen ist, und
die Entschichtungsflüssigkeitsoberfläche durch
die Rotation einen Rotationsparaboloid bildet, wobei das oder die
lokal zu entschichtenden Bauteile im Behälter aufgenommen sind und radial
außenseitig
in die Entschichtungsflüssigkeit
eintauchen.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
in der Schaffung eines ringförmigen
Entschichtungsbades, welches aus der Entschichtungsflüssigkeit
selbst gebildet ist. Durch die Rotation des Aufnahmebehälters wird
ebenso die darin aufgenommene Entschichtungsflüssigkeit in Rotation versetzt.
Dafür weist
die Entschichtungsvorrichtung einen Aufnahmebehälter auf, in den das zu entschichtende Bauteil
eingebaut bzw. ausgebaut werden kann. Der Aufnahmebehälter und
das zu entschichtende Bauteil sind somit fest miteinander verbunden
und in einer Drehvorrichtung montiert. Damit wird insgesamt eine
karussellartige Vorrichtung geschaffen, welche den Aufnahmebehälter mit
dem zu entschichtenden Bauteil und der darin aufgenommenen Entschichtungsflüssigkeit
in Rotation versetzt. Der Aufnahmebehälter ermöglicht dabei entweder direkt
die Aufnahme der Entschichtungsflüssigkeit oder es ist zumindest
eine geeignete Zuführung
der Entschichtungsflüssigkeit
möglich.
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Wird
der karussellartige Aufnahmebehälter mit
der Entschichtungsflüssigkeit
in eine Drehbewegung versetzt, so wirkt auf die Entschichtungsflüssigkeit
eine Zentrifugalkraft. Diese auch als Fliehkraft bezeichnete Zentrifugalkraft
wirkt dabei von der Rotationsachse weg, so dass auf die Flüssigkeit
eine nach außen
fliehende Kraft senkrecht zur Drehrichtung wirkt. Bei einer ausreichend
großen
Drehzahl wird daher die Entschichtungsflüssigkeit in den äußeren Bereich
des Aufnahmebe hälters
gedrückt.
Die Rotation des aus dem Aufnahmebehälter, der Entschichtungsflüssigkeit
sowie dem zu entschichtenden Bauteil gebildeten Gesamtsystems bedingt
eine paraboloide Verformung der Oberfläche der Entschichtungsflüssigkeit
und erlaubt dadurch eine gezielte Benetzung der Außenbereiche
des rotationssymmetrischen zu entschichtenden Bauteils. Durch die
gewählte
Geometrie und die richtige Anordnung des BLISKS-Bauteils und der
Geometrie des Aufnahmebehälters
kommt es zur Bildung eines ringförmigen
Entschichtungsbades. Der gesamte Schaufelblattkranz des BLISK-Bauteils
taucht daher in das ringförmige
Entschichtungsbad ein und wird so mit der Entschichtungsflüssigkeit
benetzt. Hingegen bleiben die Bereiche des BLISKs, welche innenliegend angeordnet
sind und nicht entschichtet werden müssen, von der Entschichtungsflüssigkeit
unbenetzt.
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Damit
wird eine komplette Benetzung des BLISK-Bauteils mit der Entschichtungsflüssigkeit durch
die erfindungsgemäße Entschichtungsvorrichtung
ausgeschlossen. Ein zusätzliches
Abdecken von Bauteiloberflächen,
die nicht mit der Entschichtungsflüssigkeit benetzt werden dürfen, entfällt somit vollständig. Über den
Füllstand
der Entschichtungsflüssigkeit,
die Drehzahl des Aufnahmebehälters
sowie die Eintauchtiefe des zu entschichtenden Bauteils sowie die
Form des Benetzungshorizontes des Schaufelkranzes kann die Entschichtung
gezielt reguliert werden. Zwischen der be- und unbenetzten Oberfläche bildet
sich eine scharfe Grenze aus, die die Wirkung der Entschichtungsflüssigkeit
nur auf den zu entschichtenden Oberflächenbereich begrenzt. Durch
die Variation des Flüssigkeitsspiegels der
Entschichtungsflüssigkeit,
also durch die Füllmenge
während
des Entschichtens eines Bauteils, besteht die Möglichkeit, den Übergangsbereich
zwischen der entschichteten und der nicht entschichteten Oberfläche des
Bauteils auf eine größere Bauteiloberfläche zu verteilen.
Die Änderung
der Füllmenge erfolgt
dabei während
des Betriebes der Entschichtungsvorrichtung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, dass das zu entschichtende Bauteil ein
BLISK-Bauteil und/oder ein BLING-Bauteil ist und innerhalb des Aufnahmebehälters aufnehmbar
ist, wobei das Bauteil mit dem Rotationsaufnahmebehälters mitrotiert.
BLING-Bauteile unterscheiden sich von BLISK-Bauteilen im Wesentlichen
dadurch, dass ein ringartiger Innenteil zur Aufnahme der Schaufelelemente
vorgesehen ist, und das Bauteil somit außenseitige „BLades" und einen innenseitigen „rING" umfasst.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung eine Aufnahmescheibe, um einzelne Schaufelelemente
innerhalb des Aufnahmebehälters
auf der Aufnahmescheibe aufzunehmen, um diese rotationssymmetrisch
radial nach außen
gerichtet anzuordnen. Somit können
auch einzelne Schaufelelemente auf gleiche Weise in Kontakt mit
der Entschichtungsflüssigkeit
innerhalb des ringförmigen
Entschichtungsbades gebracht werden. Daher sind mehrere Anwendungsmöglichkeiten
gemäß der vorliegenden Erfindung
möglich,
so dass die Entschichtungsvorrichtung zum Entschichten von Schaufeln,
von Schaufelspitzenpanzerungen, von Alitierschichten sowie von Wärmedämmschichten,
sogenannten Heißgaskorrosionsschutzschichten
(HGK) eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung eine Heizeinrichtung zur gesamten oder teilweisen
Beheizung der Entschichtungsflüssigkeit.
Die Heizeinrichtung entspricht einer Zusatzeinrichtung, welche die
Entschichtungsflüssigkeit
innerhalb des Aufnahmebehälters
beheizen kann. Damit ist der Vorteil gegeben, dass durch die Erwärmung der
Entschichtungsflüssigkeit
die Entschichtungszeiten verkürzt
werden können.
Manche chemischen Reaktionen, die für das Entschichten notwendig
sind, laufen unterhalb von einer Mindesttemperatur nur sehr langsam
oder gar nicht ab. Die Heizeinrichtung kann direkt am rotierenden
Entschichtungsbehälter
montiert sein oder beispielsweise auch über eine Strahlung auf die
Entschichtungsflüssigkeit
einwirken.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Kühleinrichtung zur Kühlung der
Entschich tungsflüssigkeit
umfasst. Bei Beendigung eines Entschichtungszyklus ist es vorteilhaft,
die Entschichtungsflüssigkeit
zu kühlen,
da ein schnelles Abkühlen
der Entschichtungsflüssigkeit
nach Abschluss des Entschichtungsvorgangs vor der Verringerung der
Karusselldrehzahl einem Aufkrusten von Salzen der Entschichtungsflüssigkeit
auf den Innenwänden
des Aufnahmebehälters
entgegenwirkt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Rotationsachse der Entschichtungsvorrichtung
raumveränderlich
ist, so dass die Rotationsachse horizontal, vertikal oder unter
einem beliebigen Winkel zur Horizontalen ausrichtbar ist. Die Vertikale
beschreibt die Richtung der Schwerkraft, so dass die Horizontale
90° verdreht
zur Vertikalen angeordnet ist. Damit ergibt sich bei einer geneigten
Betriebsweise der Entschichtungsvorrichtung durch eine Abstimmung
zwischen der Bauteilgeometrie und der Bauteilform sowie der erzielbaren Oberfläche der
Entschichtungsflüssigkeit
ein veränderter
Rotationsparaboloid, um die Entschichtungsgrenze über dem
Bauteil zu ändern.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
umfasst die Vorrichtung ein oder mehrere Flüssigkeitsbehälter, in
denen die Entschichtungsflüssigkeit
während
des Betriebes aufnehmbar ist. Einige Entschichtungsprozesse basieren
auf einer Folge von Strip-Zyklen mit unterschiedlichen Strip-Lösungen.
Um eine Entschichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
auch für
solche Entschichtungsprozesse heranzuziehen zu können, bei denen die Strip-Lösung während des
Betriebes gewechselt werden muss, ist ein Austausch der Strip-Lösung eine
wesentliche Voraussetzung. Zu diesem Zweck können zwei oder mehrere Vorratsbehälter am
rotationssymmetrischen Aufnahmebehälter außenseitig oder innenseitig
integriert sein, die je nach Strip-Zyklus die gewünschte Strip-Lösung aufnehmen
bzw. freigeben. Das Befüllen
und Entleeren des Aufnahmebehälters
kann über
geeignete Vorrichtungen erfolgen, wobei die Vorrichtungen auch so konzipiert
sein können,
dass ein Befüllen
und Entleeren während
des Betriebes, d.h. während
der Rotati on des Aufnahmebehälters
durchgeführt
werden kann. Ferner kann vorteilhaft sein, das Volumen des Strip-Bades
an die Größe der zu
entschichtenden Bauteiloberfläche
anzupassen. Dabei erfolgt eine Abstimmung zwischen Volumen der Strip-Lösung, der
chemischen Reaktivität
der Strip-Lösung
und der zu entschichtenden Bauteiloberfläche des abzutragenden Volumens.
Das Volumen des Strip-Bades wird so gewählt, dass die Strip-Lösung nach
der Entschichtung des Bauteils aufgebraucht ist und keine weitere
chemische Reaktivität
besitzt.
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Daher
ist vorgesehen, dass der Aufnahmebehälter unterseitig ein ringförmig umlaufendes
Vorratsvolumen aufweist, in welchem während des Stillstandes des
Aufnahmebehälters
die Entschichtungsflüssigkeit
bevorratet ist. Wird nun der Aufnahmebehälter in Rotation versetzt,
so weist dieser zur Aufnahme der Entschichtungsflüssigkeit
und zur Anpassung der Füllmenge
eine entsprechend angepasste Kontur auf. Mittels dieser angepassten
Kontur ist ein Arbeitsvolumen geschaffen, wobei der Aufnahmebehälter zur
Anpassung der Füllmenge
der Entschichtungsflüssigkeit
ein rotationssymmetrisch umlaufendes Arbeitsvolumen umfasst, in
welche die Entschichtungsflüssigkeit
während
des Betriebes des Aufnahmebehälters
aufgenommen ist. Erst beim Abbremsen bzw. im Stillstand des Aufnahmebehälters fließt die Entschichtungsflüssigkeit
in das Vorratsvolumen zurück,
da die Fliehkraft nicht weiter auf die Entschichtungsflüssigkeit
wirkt.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht der Entschichtungsvorrichtung mit
einer Entschichtungsflüssigkeit,
welche innerhalb eines Aufnahmebehälters aufgenommen ist;
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2 einen
quergeschnittenen Halbschnitt der Entschichtungsvorrichtung mit
einem Aufnahmebehälter,
wobei die Entschichtungsvorrichtung im ruhenden Zustand gezeigt
ist; und
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3 einen
quergeschnittenen Halbschnitt der Entschichtungsvorrichtung, wobei
sich die Entschichtungsvorrichtung im Betrieb befindet.
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Die
in 1 gezeigte Entschichtungsvorrichtung 1 dient
zur Entschichtung von Schaufelelementen 2, welche radial
außenseitig
an einem rotationssymmetrischen BLISK-Bauteil 3 angeordnet
sind. Die Entschichtungsvorrichtung 1 umfasst einen Aufnahmebehälter 6,
in welchem eine Entschichtungsflüssigkeit 4 aufgenommen
ist. Der Aufnahmebehälter 6 kann
um eine Rotationsachse 5 in Rotation versetzt werden, so
dass sich die Entschichtungsflüssigkeit 4 ebenfalls
dreht. Aufgrund der Drehbewegung der Entschichtungsflüssigkeit 4 bildet
sich in der Entschichtungsflüssigkeitsoberfläche 7 eine
paraboloidartige Kontur aus. In Abhängigkeit von der Drehzahl des
Aufnahmebehälters 6 wirkt
die Fliehkraft in horizontaler Richtung auf die Entschichtungsflüssigkeit 4 so
stark ein, dass ein ringförmiges
Entschichtungsbad gebildet werden kann. Zur Sicherung gegen den
Austritt der Flüssigkeit
kann noch ein Ringdeckel 8a aufgesetzt werden. Wird nun
das BLISK-Bauteil 3 mit den radial außenseitig angeordneten Schaufelelementen 2 in
das Entschichtungsbad eingetaucht, so werden lediglich die Schaufelelemente 2 oder
sogar nur die außenseitigen
Bereiche der Schaufelelemente 2 mit der Entschichtungsflüssigkeit 4 benetzt.
Dafür muss
das BLISK-Bauteil 3 in vertikaler Richtung verfahren werden,
um die Eintauchtiefe der Schaufelelemente 2 in die Entschichtungsflüssigkeit 4 zu
bestimmen. Die vertikale Bewegung des BLISK-Bauteils 3 ist
durch zwei Pfeile, welche nach oben zeigen und zwei Pfeile, welche
nach unten zeigen, angedeutet.
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In
den 2 und 3 ist ein jeweiliger Halbschnitt
durch den Aufnahmebehälter 6 der
Entschichtungsvorrichtung 1 dargestellt. Gemäß der Darstellung
in 2 befindet sich die Entschichtungsflüssigkeit 4 in
einem Vorratsvolumen 8 innerhalb des Aufnahmebehälters 6,
wobei das Vorratsvolumen 8 auf der Unterseite des Aufnahmebehälters 6 vorgesehen
ist. Befindet sich die Entschichtungsvorrichtung 1 im hier
gezeigten Ruhezustand, so wirkt auf die Entschichtungsflüssigkeit 4 lediglich
die Schwerkraft, so dass sich diese innerhalb des Vorratsvolumens 8 befindet.
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Gemäß der Darstellung
in 3 befindet sich die Entschichtungsvorrichtung 1 in
Betrieb, so dass der Aufnahmebehälter 6 und
die Entschichtungsflüssigkeit 4 um
die Rotationsachse 5 rotieren. Aufgrund der Fliehkraft,
welche auf die Entschichtungsflüssigkeit 4 wirkt,
läuft diese
aus dem Vorratsvolumen 8 heraus und füllt ein radial umlaufendes
Arbeitsvolumen 9. Die Schaufelelemente 2 sind
nunmehr innerhalb der Entschichtungsflüssigkeit 4 eingetaucht,
wobei die Entschichtungsflüssigkeit
ringförmig
innerhalb des Aufnahmebehälters 6 umlaufend angeordnet
ist. Erst bei erneutem Abbremsen und einem Stillstand des Aufnahmebehälters fließt die Entschichtungsflüssigkeit 4 in
das Vorratsvolumen 8 zurück, und das BLISK-Bauteil 3 kann
aus der Entschichtungsvorrichtung 1 entnommen werden.
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Die
Entschichtungsvorrichtung 1 kann insbesondere für chemische
und/oder elektrochemische Verfahren geeignet sein. Der Aufnahmebehälter kann
in vorteilhafter Gestaltung ganz oder teilweise als Gegenelektrode
zum Bauteils, vorzugsweise als Kathode, verwendet werden. Es kann
auch vorgesehen sein, dass im Bereich 4 einsetzbare Mitnehmer vorgesehen
sind.
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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.
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- 1
- Entschichtungsvorrichtung
- 2
- Schaufelelement
- 3
- BLISK-Bauteil
- 4
- Entschichtungsflüssigkeit
- 5
- Rotationsachse
- 6
- Aufnahmebehälter
- 7
- Entschichtungsflüssigkeitsoberfläche
- 8
- Vorratsvolumen
- 8a
- Ringdeckel
- 9
- Arbeitsvolumen