DE10330001B4 - Dämpfungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Dämpfungsanordnung für Bauteile von Gasturbinen, insbesondere für schwingungsbelastete Bauteile von Flugzeugtriebwerken, wobei das Bauteil zur Dämpfung eine mindestens einlagige Beschichtung aus einem thermisch gespritztem Keramikwerkstoff aufweist, wobei die Beschichtung mehrere Lagen aus thermisch gespritztem, relativ hartem Keramikwerkstoff aufweist, und wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen aus thermisch gespritztem, relativ hartem Keramikwerkstoff eine Lage aus einem relativ weichen Werkstoff angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung für Bauteile von Gasturbinen, insbesondere von Flugzeugtriebwerken.
  • Bauteile von Gasturbinen, insbesondere von Flugzeugtriebwerken, sind starken, dynamischen Belastungen, wie Schwingungen, ausgesetzt. Durch die hohen Schwingungen wird die Lebensdauer der Bauteile begrenzt. Um die Lebensdauer von Gasturbinen, insbesondere Flugzeugtriebwerken, zu erhöhen, ist es wünschenswert, die Schwingungen an den Bauteilen zu begrenzen. Dämpfungsanordnungen dienen der Begrenzung solcher Schwingungen.
  • Ein Weg, der nach dem Stand der Technik zur Begrenzung der Schwingungen beschritten wird, liegt in aufwendigen konstruktiven Änderungen der Bauteile, um eine entsprechende Dämpfungswirkung zu erzielen. Konstruktive Änderungen an den Bauteilen sind jedoch zeitintensiv und teuer.
  • Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, zur Schwingungsdämpfung auf den Bauteilen polymerbasierte Folien aufzubringen. Hierdurch lassen sich zwar konstruktive Änderungen an den Bauteilen vermeiden, die polymerbasierten Folien sind jedoch temperaturempfindlich, so dass ihr Einsatzbereich auf ca. 100 °C bis 200 °C begrenzt ist.
  • Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zur Schwingungsdämpfung bei der Herstellung der Bauteile sogenannte Formgedächtnislegierungen zu verwenden. Derartige Legierungen sind jedoch auch temperaturempfindlich und verfügen daher über einen beschränkten Einsatzbereich.
  • Aus der DE 30 23 441 C2 ist eine äußere Luftabdichtung bekannt, die die Spitzen von Laufschaufeln in dem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerks umgibt. Bei dieser Gestaltung ist ein Keramikdeckmaterial vorgesehen, das zu 80 Gew.-% aus ZrO3 und zu 20 Gew.-% aus Y2O3 besteht und durch einen Spritzvorgang aufgebracht wurde.
  • Die DE 102 25 532 C1 schlägt ein Schichtsystem für eine Rotor-/Statordichtung einer Strömungsmaschine vor, das eine Haftschicht, eine dieser Haftschicht benachbarte erste keramische Schicht sowie eine zweite keramische Schicht aufweist, wobei die Haftschicht, die erste Schicht und die zweite Schicht unmittelbar aufeinander folgen.
  • Die DE 35 34 641 offenbart einen abriebtoleranten Dichtbelag für einen Hochtemperatur-Turbinenmantel.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Schwingungsdämpfung von Gasturbinenbauteilen zu schaffen.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass eine eingangs genannte Dämpfungsanordnung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 5 ausgebildet ist.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, nachfolgend näher erläutert.
  • Im Sinne der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Dämpfungsanordnung für Bauteile von Gasturbinen, insbesondere eine Dämpfungsanordnung für schwingungsbelastete Bauteile von Flugzeugtriebwerken, dadurch bereitzustellen, dass das Bauteil zur Dämpfung eine Beschichtung aus einem thermisch gespritzten Keramikwerkstoff aufweist, wobei die Beschichtung mindestens einlagig ausgebildet ist. Eine derartige Dämpfungsanordnung ist temperaturbeständig sowie einfach und kostengünstig realisierbar. Weiterhin ist im Sinne der Erfindung vorgesehen, dass die Beschichtung aus mehreren Lagen aus thermisch gespritztem Keramikwerkstoff ist, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen aus thermisch gespritztem, relativ hartem Keramikwerkstoff jeweils eine Lage aus einem relativ weichen Material angeordnet ist. Bei dem relativ weichen Material kann es sich um einen haftungsvermittelnden Werkstoff oder um einen metallischen Werkstoff auf Eisenbasis oder auf Nickel-Chrom-Basis oder um einen Werkstoff auf Kunststoffbasis handeln. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass thermisch gespritzte Schichten aus Keramikwerkstoff gute dämpfende Eigenschaften aufweisen.
  • Die Lagen aus Zirkondioxid bzw. einem alternativen Keramikwerkstoff bilden demnach harte Schichten und die Lagen aus dem haftungsvermittelnden Werkstoff oder den anderen, oben genannten Werkstoffen bilden relativ weiche Schichten der mehrlagigen Dämpfungsanordnung. Im Sinne dieser Ausführungsform wird demnach eine Dämpfungsanordnung bereitgestellt, die abwechselnd aus weichen und harten Lagen besteht. Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, dass die weichen Schichten zwischen den harten Keramikwerkstoff-Schichten in einer mehrlagigen Dämpfungsanordnung vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aufweisen.
  • Als Keramikwerkstoff wird eine Oxidkeramik verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Zirkondioxid als Keramikwerkstoff der Beschichtung. Dies gewährleistet eine besonders vorteilhafte Dämpfungsanordnung.
  • Die haftungsvermittelnde Schicht kann zum Beispiel eine Schicht auf Nickel- und/oder Kobaltbasis sein.
  • Erfindungsgemäß wird ferner insbesondere eine Dämpfungsanordnung vorgeschlagen, bei der die Dämpfungsanordnung durch eine Beschichtung mit einer einzigen Lage gebildet wird, wobei die einzige Lage aus einer Mischung aus einem Keramikwerkstoff, insbesondere Zirkondioxid, und einem haftungsvermittelnden Werkstoff gebildet wird, und wobei die Mischung durch thermisches Spritzen auf das zu dämpfende Bauteil bzw. die entsprechenden Oberflächen des Bauteils aufgetragen wird. Insofern wird die Beschichtung hier durch ein Gemisch bzw. Agglomerat aus einem weichen und steifen Material gebildet. Bei dem harten Material handelt es sich wiederum um den Keramikwerkstoff, vorzugsweise das Zirkondioxid, bei dem weichen Material um den haftungsvermittelnden Werkstoff. Die haftungsvermittelnde Schicht kann zum Beispiel eine Schicht auf Nickel- und/oder Kobaltbasis sein.
  • Es ist also insbesondere eine Dämpfungsanordnung vorgesehen, die als einlagige Beschichtung ausgebildet aus, d.h., dass auf dem Bauteil eine einzige Lage aus thermisch gespritztem Werkstoff aufgetragen ist. Hierzu wird der Keramikwerkstoff, vorzugsweise das Zirkondioxid, durch thermisches Spritzen unmittelbar auf die entsprechenden Oberflächen des zu dämpfenden Bauteils aufgetragen.
  • Mithilfe der Erfindung können komplexe Bauteilgeometrien auf einfache und kostengünstige Art und Weise mit einer Dämpfung versehen werden. Die Dämpfungsanordnung wird durch thermisches Spritzen auf das Bauteil aufgetragen. Sie ist kostengünstig herstellbar. Auch ist sie lediglich lokal auf ausgewählte Oberflächenbereiche des Bauteils auftragbar. Die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung ist größtenteils temperaturunempfindlich und verfügt daher über einen großen Einsatzbereich. Die Dämpfungsanordnung ist sowohl bei der Produktion von Neuteilen als auch bei der Instandhaltung bzw. Reparatur bestehender Bauteile einsetzbar.
    •

Claims (7)

  1. Dämpfungsanordnung für Bauteile von Gasturbinen, insbesondere für schwingungsbelastete Bauteile von Flugzeugtriebwerken, wobei das Bauteil zur Dämpfung eine mindestens einlagige Beschichtung aus einem thermisch gespritztem Keramikwerkstoff aufweist, wobei die Beschichtung mehrere Lagen aus thermisch gespritztem, relativ hartem Keramikwerkstoff aufweist, und wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen aus thermisch gespritztem, relativ hartem Keramikwerkstoff eine Lage aus einem relativ weichen Werkstoff angeordnet ist.
  2. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der relativ weiche Werkstoff als haftungsvermittelnder Werkstoff ausgebildet ist.
  3. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der relativ weiche Werkstoff als metallischer Werkstoff ausgebildet ist.
  4. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der relativ weiche Werkstoff als Werkstoff auf Kunststoffbasis ausgebildet ist.
  5. Dämpfungsanordnung für Bauteile von Gasturbinen, insbesondere für schwingungsbelastete Bauteile von Flugzeugtriebwerken, wobei das Bauteil zur Dämpfung eine einlagige Beschichtung aus einem thermisch gespritztem Keramikwerkstoff aufweist, wobei die Beschichtung eine einzige Lage aufweist, die aus einer Mischung auf einem Keramikwerkstoff und einem haftungsvermittelnden Werkstoff gebildet ist.
  6. Dämpfungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikwerkstoff eine Oxidkeramik ist.
  7. Dämpfungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikwerkstoff Zirkondioxid ist.
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