DE102010062125A1

DE102010062125A1 - Verfahren zum Abtragen der Polyurethanbeschichtung von einem aus Verbundwerkstoff bestehenden Nasenkonus eines Strahltriebwerks

Info

Publication number: DE102010062125A1
Application number: DE201010062125
Authority: DE
Inventors: Matthias Dudeck
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-05-31
Also published as: WO2012072589A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtragen einer Polyurethanbeschichtung (4) von einem aus Verbundwerkstoff (5) bestehenden Nasenkonus (1) eines Strahltriebwerks. Um die Polyurethanbeschichtung (4) schonend vom Verbundwerkstoff (5) zu entfernen, ohne den Verbundwerkstoff (5) zu schädigen, wird die Polyurethanbeschichtung (4) vom Verbundwerkstoff (5) mit dem Laserstrahl (3) eines Gaslasers (2) abgetragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtragen der Polyurethanbeschichtung von einem aus Verbundwerkstoff bestehenden Nasenkonus eines Strahltriebwerks.
Strahltriebwerke werden im Bereich des Lufteinlaufs mit einer kegelförmigen Kappe, dem sogenannten Nasenkonus, der auch als Triebwerkseintrittskonus bezeichnet wird, vor der Fanstufe versehen. Dieser rotierende Nasenkonus wird aus einem faserverstärktem Polymerwerkstoff ausgeführt. Zur Verbesserung der Oberflächengüte, zum Schutz der Oberfläche vor Fremdkörpern und zur Verminderung der erosiven Beanspruchung durch angesaugte Sand- und Schmutzpartikel wird auf die Oberfläche des Nasenkonus eine widerstandsfähige Polymerbeschichtung aus Polyurethan (PU) aufgetragen. Während des Betriebes des Triebwerks kann es, bedingt durch Fremdkörper im Luftstrom, zu einer Erosion oder zu einer Zerstörung der Polyurethanbeschichtung kommen. Durch diese Beschädigungen kann das Faserverbundmaterial freigelegt werden, was über die Zeit zu einer Beschädigung oder einer erhöhten Alterung des Nasenkonus führen kann. Bei der Wartung der Strahltriebwerke erfolgt eine Überprüfung der Oberfläche des Nasenkonus auf Beschädigungen. Überschreiten die Beschädigungen ein tolerierbares Maß, muss der Nasenkonus ausgetauscht werden.
Aus Kosten- und Umweltschutzgründen ist eine Instandsetzung des beschädigten Nasenkonus vorteilhaft. Vor einer erneuten Beschichtung des Nasenkonus, beispielsweise durch Tauchen, Lackieren oder Aufspritzen, muss die mindestens einlagige PU-Beschichtung vom Nasenkonus entfernt werden.
Übliche abtragende Verfahren sind beispielsweise das Strahlen mit Sand, Glasperlen, Trockeneis oder das Abbeizen mit Abbeizmittel. Diese mechanischen und chemischen Verfahren haben den Nachteil, dass eine Beeinträchtigung oder Beschädigung des Verbundwerkstoffs oder der Matrix aus Epoxydharz zu erwarten ist, sobald die PU-Beschichtung abgetragen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Polyurethanbeschichtung eines Nasenkonus schonend vom Verbundwerkstoff zu entfernen und die Oberfläche des Verbundwerkstoffs für Folgeprozesse zu konditionieren, ohne den Verbundwerkstoff zu schädigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Abtragen der Polyurethanbeschichtung vom Nasenkonus aus Verbundwerkstoff mit dem Laserstrahl eines Gaslasers gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die im Vergleich zu mechanischen und chemischen Abtragsverfahren schonende Abtragung und gleichzeitige Vorbehandlung der Werkstoffoberfläche für Folgeprozesse. So kann durch einen nachgeschalteten Applikationsprozess eine neue Polyurethanbeschichtung auf den entschichteten Nasenkonus aufgebracht und den Zeichnungsanforderungen angepasst werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass das Verfahren ein präzises Arbeiten erlaubt und die Beschichtung rückstandsfrei entfernt werden kann. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Reinigungsmedien oder Prozessschritte notwendig.
Der Nasenkonus wird aus Gründen der Gewichtsreduktion aus einem Verbundwerkstoff gefertigt. Dieser Verbundwerkstoff besteht bevorzugt aus einer Matrix aus Epoxydharz und aus einer Verstärkungsphase, die aus Kohlenstoff- oder anderen technischen Fasern bestehen kann. Bekannt ist der Einsatz von Festkörperlasern, wie beispielsweise YAG-Lasern (Yttrium-Aluminium-Granat-Laser), für Reinigungsaufgaben. Es hat sich gezeigt, dass mit einem YAG-Laser das Polyurethan aufgrund eines zu hohen Wärmeeintrags in den Verbundwerkstoff des Nasenkonus nur angeschmolzen werden kann. Eine mechanische und/oder chemische Nachbehandlung zum Abtragen des Polyurethans ist daher notwendig.
Polyurethane weisen je nach Wahl des Isocyanats unterschiedliche Eigenschaften auf. Die Polyurethanbeschichtung des Nasenkonus besteht aus Polyurethan mit einem Isocyanatanteil zwischen 4% und 5%. Günstige Eigenschaften ergeben sich bei einem Isocyanatanteil von 4,75%. Die Polyurethanbeschichtung kann neben Polyurethan auch eine epoxydbasierte Farbe zwischen Verbundwerkstoff und Polyurethan umfassen.
Ein Gaslaser, im Besonderen ein TEA-CO₂-Laser (Transversal Elektrisch angeregter Atmosphärendruck-Laser), hat gegenüber Festkörperlasern, wie beispielsweise einem YAG-Laser, den Vorteil, dass die spezielle Polyurethanbeschichtung des Nasenkonus nicht nur angelöst wird. Mit einer Laserwellenlänge zwischen 9 und 11 μm, bevorzugt 10,6 μm, einer Pulsenergie von 6 Joule und einer mittleren Leistung des TEA-CO₂-Lasers zwischen 100 und 500 Watt, bevorzugt 250 Watt, verdampft diese spezielle Polyurethanbeschichtung und kann abgesaugt werden. Die Pulsdauer des TEA-CO₂-Lasers liegt dabei zwischen 100 ns und 2 μs (FWHM = full width at half maximum). In einem etwa 100 ns langen Puls sind ca. 50% der Pulsenergie enthalten.
Zur Entschichtung des Nasenkonus wird der Laserstrahl über die gekrümmte, komplexe Oberfläche geführt. Hierfür kann der Nasenkonus fixiert sein und der Laser um den Nasenkonus herum geführt werden oder aber der Laser wird variabel positioniert und der Laserstrahl bestreicht einen Bereich des rotierenden Nasenkonus. Auf diese Weise kann neben der fein justierbaren Abtragsleistung der zu bearbeitende Bereich genau eingegrenzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtragen der Polyurethanbeschichtung von einem aus Verbundwerkstoff bestehenden Nasenkonus eines Strahltriebwerks wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 einen Nasenkonus im Teilschnitt mit einem Laser mit Laserstrahl und
2 das Detail II aus 1 mit der Oberfläche des Nasenkonus vor und nach dem Abtragen der Polyurethanbeschichtung.
Die 1 zeigt den Nasenkonus 1 eines Strahltriebwerks als Teilschnitt. Der Nasenkonus 1 ist rotationssymmetrisch, hat die Form eines Kegelstumpfes und besitzt an der Außenseite, an welcher der Luftstrom passiert, eine Polyurethanbeschichtung 4. Die Polyurethanbeschichtung 4 ist mit dem darunter befindlichen Verbundwerkstoff verbunden. Der Laserstrahl 3 des TEA-CO₂-Lasers (ML-Type) 2 überstreicht die Mantelfläche des Nasenkonus 1. Hierfür rotiert der Nasenkonus 1 um seine Symmetrieachse, und der Laserstrahl 3 wird über die Polyurethanbeschichtung 4 geführt. Möglich ist auch eine Rotation des TEA-CO₂-Lasers 2 um den fixierten Nasenkonus 1. Zur Befestigung des Nasenkonus 1 an der Fanstufe des Strahltriebwerks sind Bohrungen 7 vorgesehen.
Die 2 zeigt den vergrößerten Ausschnitt II aus 1. Die Polyurethanbeschichtung 4 des Verbundwerkstoffs 5 ist im oberen Bereich der 2 vom Laserstrahl 3 durch Verdampfen abgetragen, und die Oberfläche 6 des Verbundwerkstoffs 5 ist freigelegt worden.
Bezugszeichenliste

1: Nasenkonus
2: TEA-CO₂-Laser
3: Laserstrahl
4: Polyurethanbeschichtung
5: Verbundwerkstoff
6: Oberfläche
7: Bohrung

Claims

Verfahren zum Abtragen der Polyurethanbeschichtung (4) von einem aus einem Verbundwerkstoff (5) bestehenden Nasenkonus (1) eines Strahltriebwerks, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethanbeschichtung (4) vom Verbundwerkstoff (5) mit dem Laserstrahl (3) eines Gaslasers abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaslaser ein TEA-CO₂-Laser (2) ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des TEA-CO₂-Lasers (2) zwischen 9 und 11 μm, bevorzugt bei 10,6 μm liegt, die Pulsenergie 6 Joule beträgt und die mittlere Leistung des Lasers zwischen 100 und 500 Watt, bevorzugt bei 250 Watt, liegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer des TEA-CO₂-Lasers (2) zwischen 200 ns und 2 μs beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyurethanbeschichtung (4) des Nasenkonus (1) aus Polyurethan mit einem Isocyanatanteil zwischen 4 und 5%, bevorzugt 4,75%, gebildet ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff (5) eine Matrix aus Epoxydharz und eine Verstärkungsphase, die aus Kohlenstoff- oder anderen technischen Fasern gebildet ist, umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (3) des TEA-CO₂-Lasers (2) relativ zum Nasenkonus (1) über die Oberfläche (6) der Polyurethanbeschichtung (4) geführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Polyurethanbeschichtung (4) und dem Verbundwerkstoff (5) eine epoxydbasierte Farbe aufgetragen ist.
Verwendung eines TEA-CO₂-Lasers (2) zum Abtragen einer Polyurethanbeschichtung (4) vom Nasenkonus (1) eines Strahltriebwerks.