DE2950239A1 - Schutzabdeckung fuer erosionsgefaehrdete teile sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Schutzabdeckung fuer erosionsgefaehrdete teile sowie verfahren zur herstellung

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Description

Dipl.-Ing Cu-'t Waiiacll Qipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 13. Dezember 1979
Unser Zeichen: 16 796 - K/Aρ
Anmelder: British Aerospace
Brooklands Road
Weybridge, Surrey KTO OSJ
England
Titel: Schutzabdeckung für erosionsgefährdete
Teile sowie Verfahren zur Herstellung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine gegen mechanische Beschädigung widerstandsfähige Schutzabdeckung. Insbesondere aber nicht ausschließlich bezieht sich die Erfindung auf eine erosionsfeste Schutzabdeckung für den Vorderrand eines Propellerblattes. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Elektroplattierung einer solchen Schutzabdeckung, die aus ausvulkanisierbarem Gummi oder gummiartigem Material besteht.
Der Vorderrand einer Propellerschaufel ist der Gefahr einer Beschädigung und Erosion, beispielsweise durch schleifenden Staub und Wasserdampf ausgesetzt, die in der Atmosphäre schweben, durch die sich die Schaufel mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wenn sich der Propeller dreht. Dies ist insbesondere, aber nicht ausschließlich der Fall bei einem Plugzeug, beispielsweise einem Hovercraft und hier mehr als bei einem gewöhnlichen Flugzeug, da ein Hovercraft, d.h. ein Luftkissenfahrzeug in der Nähe des Bodens bewegt wird, wo die Atmosphäre mehr Schleifspuren hinterlassende Teile aufweist als in höheren Regionen, insbesondere in verlassenen Gebieten.
Die großen Propeller der Luftkissenfahrzeuge sind viel zu kostspielig um nach relativ kurzer Zeit weggeworfen zu werden, und tatsächlich ist die Zeit kurz, bis der Vorderrand gefährlich weit erodiert ist und man hat daher bereits vorgeschlagen, die Schaufelränder mit relativ leicht ersetzbaren Schutzabdeckungen zu versehen. Ein praktischer Weg der Fixierung einer solchen Schutzabdeckung besteht in der Anwendung eines Klebers, jedoch muß die Schutzabdeckung extrem gut dem Propellerblatt angepaßt sein, wenn eine genügend feste Klebeverbindung erhalten werden soll, die die sehr großen Zentrifugalkräfte aushält, die auf die Schutzabdeckung einwirken wenn sich der Propeller dreht, da selbst ein geringer Luftein-
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Schluß oder ein Zwischenraum zwischen der Schaufel und der Abdeckung schließlich durch den Druck aufgebrochen wird, der auf die Schutzabdeckung über der Fehlstelle lastet, so daß ein Lösen der Schutzabdeckung zu befürchten ist. Ein solcher guter Paßsitz kann nicht mit einer Schutzabdeckung erlangt werden, die vollständig aus starrem Material hergestellt ist, und zwar einerseits deshalb, weil die Schutzabdeckung an Propellerblätter von Luftkissenfahrzeugen angebracht werden muß, die bei der Wartung in entfernten Teilen der Welt befindlich sind und bei denen, weil sie unter Wartung gestanden haben, das Propellerblatt etwas gegenüber seiner ursprünglichen Form verformt sein kann, weil beispielsweise der Vorderrand unregelmäßig abgenutzt wurde. Aus diesem Grund hat man für Luftkissenfahrzeuge Propellerschaufeln benutzt, die eine Schutzabdeckung aus synthetischem Gummi aufwiesen, der wenigstens annähernd der Form des Vorderrandes des Propellerblattes angepaßt war, jedoch nach Verklebung an dem Rand noch so an Ort und Stelle angepreßt werden kann, daß keine Hohlräume oder unverklebte Stellen verbleiben. Eine solche Gummischutzabdeckung kann sehr günstig an der Schaufel befestigt werden, jedoch ist die Lebensdauer begrenzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzabdeckung zu schaffen, welche unter den beschriebenen Bedingungen benutzt werden kann, um beispielsweise den Vorderrand eines Propellerblattes zu schützen und eine wesentlich verbesserte Lebensdauer aufweist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde versucht den Gummi galvanisch zu plattieren, indem dieser Gummi durch Einschluß leitfähiger Füllkörper leitfähig gemacht wurde, indem beispielsweise erosionswiderstandsfähiges Material wie Nickel eingebaut wurde. Außer einem verbesserten Verfahren zur Elektroplattierung
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des gununiartlgen Materials hat es sich Jedoch aus wirtschaftlichen Gründen nicht als zweckmäßig erwiesen, eine genügend dicke und harte Plattierung mit genügend fester Bindung zwischen Plattierung und Gummi zu erhalten. Dies kann jedoch durch das erfindungsgemäße verbesserte Verfahren geschehen, welches auch auf anderen Gebieten Anwendung finden kann, wo Gummi oder gummiartiges Material durch Metallplattierung behandelt werden soll, d.h. nicht nur bei der Herstellung von Schutzabdeckungen.
Demgemäß bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Elektroplattierung vulkanisierbarer elektrisch leitfähiger Gummimaterialien, wobei eine elektrisch leitfähige Schicht auf einer Oberfläche des vulkanisierbaren Materials abgelagert wird, wobei diese Schicht dann in die Oberfläche eingepreßt wird und das vulkanisierbare Material ausvulkanisiert wird. Dabei hat die Schicht zweckmäßigerweise eine unregelmäßig geformte Oberfläche, die der Oberfläche des vulkanisierbaren Materials zugewandt ist, derart, daß Teile des leitfähigen Materials in das vulkanisierbare Material einstehen und die Schicht in dem vulkanisierbaren Material verankert wird. Dann wird das vulkanisierbare Material über dieser Schicht einer Elektroplattierung unterworfen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Schutzabdeckung beispielsweise für den Vorderrand eines Propellerblattes vorgesehen, und die Schutzabdeckung besteht aus einem vulkanisierbaren elektrisch leitfähigen Gummi und gummiartigem Material mit einer Metallplattierung, und die Schutzabdeckung wird in der Weise hergestellt, daß eine elektrisch leitfähige Materialschicht auf einer Oberfläche des vulkanisierbaren Materials aufgebracht wird, daß dann die Schicht in die Oberfläche eingepreßt und das Material ausvulkanisiert wird, wobei die Schicht eine unregelmäßig geformte Oberfläche benachbart zur
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Oberfläche des vulkanisierbaren Materials aufweist, so daß Abschnitte des leitfähigen Materials in das vulkanisierbare Material eingedrückt werden, und die Schicht in dem vulkanisierbaren Material verankert wird. Schließlich kann das vulkanisierbare Material über der leitfähigen Schicht einer Elektroplattierung unterzogen werden.
Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Schicht aus Metall bestehen, z.B. aus Kupferpulver (dies ist zu bevorzugen), oder es kann eine Metallgaze oder ein perforiertes Blech oder eine aus Kohlenstoff-Fasern bestehende Matte Anwendung finden.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Propellerblattes, dessen Vorderrand mit einer Schutzabdeckung versehen ist;
Fig. 2 einen Querschnitt der Schutzabdeckung des Propellerblattes nach Fig. 1 in größerem Maßstab;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Schutzabdeckung;
Fig. 4 eine schematische Ansicht des Formgesenkes zur Herstellung der Abdeckung gemäß Fig. 2.
Figur 1 zeigt ein Propellerblatt 2 eines Luftkissenfahrzeugs, das am Vorderrand 1 gegen Erosion infolge Wasserdampf, Staub
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und dgl. durch eine vorgeformte Schutzabdeckung 3 geschützt ist, welche im Querschnitt etwa U-förmig oder V-förmig gestaltet ist. Die Schutzabdeckung paßt über den Vorderrand 1 und seine Flanken 3a, von denen in Fig. 1 nur eine ersichtlich ist, und die Schutzabdeckung verläuft ein kurzes Stück über die Ober- bzw. Unterseite des Propellerblattes. Die Schutzabdeckung ist am Propellerblatt durch ein geeignetes Klebemittel, beispielsweise durch einen Epoxyd-Harzkleber befestigt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Abdeckung 3 aus einem Substrat 4 aus synthetischem Gummi, auf dessen Vorderrandbereich eine Nickelschicht.5 aufplattiert ist. Die Abdeckung wird dadurch hergestellt, daß ein Streifen ungehärteten oder teilweise gehärteten synthetischen Gummis elektrisch leitfähig gemacht wird, indem in seine Zusammensetzung ein leitfähiges Füllmaterial, z.B. Ruß eingebaut wird und indem auf die Oberfläche des Streifens ein Überzug 6 aus Kupferpulver aufgebracht wird. Anstelle von synthetischem Gummi kann natürlicher Gummi oder ein gummiartiges Material, beispielsweise ein plastifiziertes Kunstharz für das Substrat 4 Anwendung finden. Dann wird der Überzug des Kupferpulvers in die Oberfläche des Streifens eingepreßt, während der Streifen zum Zwecke der Aushärtung erhitzt wird. Auf diese Weise werden die Kupferpartikel fest mit der Oberfläche des Streifens verbunden und in diesen eingebaut. Dann wird der ausgehärtete Streifen einer Elektroplattierung mit Nickel über dem Kupferpulverüberzug unterworfen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, endet die Nickelplattierung kurz vor der Grenzlinie des Kupferpulverüberzugs. Vor der Nickelplattierung kann auf das Kupferpulver durch kurzzeitiges oberflächliches galvanisches Verkupfern eine nicht dargestellte Nickelschicht auf den Kupferpulverüberzug aufgetragen werden.
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Anstelle eines Überzuges aus Kupferpulver könnte auf die Oberfläche des nicht ausgehärteten Gummistreifens auch eine feine Kupfergaze 7, wie aus Fig. 3 ersichtlich, aufgebracht und in die Oberfläche des Gummistreifens eingepreßt werden, während der Streifen ausgehärtet wird. Dann kann die Nickelschicht 5, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel mit oder ohne vorausgehender galvanischer Verkupferung aufgebracht werden. Anstelle von Kupfergaze kann ein Kohlenstoffgewebe oder ein perforiertes Metallblech (nicht dargestellt) benutzt werden, oder es können andere elektrisch leitfähige Materialien aufgebracht werden, die eine geeignete Textur aufweisen, um in die Oberfläche des ungehärteten Gummis eindringen und auf diese Weise fest im Gummi verankert werden können.
Im einzelnen umfaßt ein Herstellungsverfahren zur Erzeugung des Schutzrandes gemäß Fig. 2 die folgenden Schritte: Zunächst wird ein in geeigneter Weise geformter Streifen von einem Blatt ungehärteten elektrisch leitfähigen synthetischen Gummis abgeschnitten. Dann wird der Streifen, wie aus Fig. 4 ersichtlich, um einen Kern herum deformiert, dessen Profil dem Vorderrand des Propellerblattes 2 entspricht. Dann wird ein Überzug aus unregelmäßig gestalteten Kupferpulver über eine Oberfläche auf einer Seite eines Streifenabschnitts aufgebracht, der später plattiert werden soll. Dann wird überschüssiges Kupferpulver vom Streifen abgenommen, um einen gleichmäßig verteilten Überzug 9 aus Pulver zu erhalten.
Es ist zweckmäßig ein Lösungsmittel,beispielsweise Benzin auf die Gummioberfläche aufzubringen, bevor das Kupferpuder aufgebracht wird, oder das Lösungsmittel zusammen mit dem Kupferpulver aufzubringen, damit die Oberfläche klebrig wird und demgemäß eine größere Wahrscheinlichkeit besteht, einen
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gleichmäßigen Pulverüberzug zu erhalten. Je nach den benutzten speziellen Materialien kann es jedoch ausreichend sein, sich auf die natürliche Oberflächenanziehung zwischen Gummi und Kupferpuder zu verlassen, um diesen gleichmäßigen Überzug zu erhalten. Dann wird ein Abziehfilm 10 über den Streifen gefügt und beispielsweise mittels eines Klebebandes festgelegt. Der Abzeihfilm ist derart beschaffen, daß er am Kupferpuder nicht anklebt und die Erzeugung einer glänzenden und blanken Oberfläche für die Kupferpulverschicht unterstützt, nachdem dieses in den Gummi eingepreßt ist. Dieser Abziehfilm kann beispielsweise aus Capron bestehen. Zwischen dem Kern 8 und dem Gummistreifen 4 kann eine Schicht aus einem Abzugsstoff (nicht dargestellt) eingebracht werden, wie dieser an sich bekannt ist und der das Entfernen des Streifens vom Kern erleichtert, nachdem die Aushärtung vollendet ist,und der außerdem eine aufgerauhte innere Oberfläche am Streifen hinterläßt, und dadurch eine bessere Klebeverbindung zwischen dem Streifen und dem Propellerblatt gewährleistet, Ein Formgesenk 11 mit einer konkaven Oberfläche, die dem Profil des Kerns 8 angepaßt ist, wird dann über den Kern 8 bewegt, wobei der Gummistreifen und die Kupferpuderschicht dazwischen sowie der Kern und das Formgesenk werden durch eine nicht dargestellte Aushärtepresse gegeneinander gedrückt und der Gummi wird beispielsweise in einem nicht dargestellten Autoklaven vulkanisiert. Dabei wird das Kupferpuder in die Gummioberfläche eingepreßt und in dieser Gummioberfläche verankert.
Nach der Vulkanisation wird der Gummistreifen vom Kern 8 abgenommen und durch kurzzeitige galvanische Ablagerung wird eine Kupferschicht elektrolytisch über dem Puderüberzug aufgebracht. Schließlich erfolgt die erforderliche elektrolytische Nickelplattierung. Während der Nickelplattierung können
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bekannte Techniken benutzt werden, um die Nickelschicht in einer größeren Dicke über jenem Abschnitt des Gummis aufzubauen, der über dem tatsächlichen Vorderrand des Propellerblattes liegt, und man kann die Dicke progressiv vom Vorderrand nach beiden Seiten vermindern, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der den Vorderrand bedeckende Teil der Nickelschicht kann eine Dicke von etwa 1,3 mm besitzen und die Plattierung kann sich in der Dicke bis auf etwa 0,25 mm am Ende der Plattierung vermindern. Die größte Dicke braucht nicht genau über dem Vorderrand der Schaufel zu sein. Stattdessen kann das Erosionsmuster unterschiedlicher Ausbildungen von Schaufeln oder Blättern in Betracht gezogen werden, und die Plattierungsdicke kann diesem Beanspruchungsmuster angepaßt werden. Bei einer Schaufel bzw. einem Propellerblatt, bei dem eine Seite des Vorderrandes eine beträchtlich größere Wölbung besitzt als die andere, kann die gesamte Erosion oder ein Großteil derselben auf jener einen Seite mit großer Wölbung erfolgen, so daß die Plattierung die größte Dicke in diesem Abschnitt aufweist. Auf der anderen Seite kann die Plattierung relativ dünn sein, oder sie braucht überhaupt nicht vorhanden sein, d.h. es ist möglich, daß sich die Plattierung nur vom Vorderrand über jene Seite erstreckt, die der Erosion ausgesetzt ist.
Insbesondere dort, wo der Randschutzstreifen sich nicht wesentlich in mehr als einer Richtung zu krümmen braucht, z.B. wenn der Streifen sich nicht so dicht bis zum Schaufelblattfuß bzw. der Spitze zu erstrecken braucht, wie in Fig. 1 dargestellt, dann kann der Gummistreifen mit der Kupferpulverschicht durch Druck zwischen zwei flachen Platten vulkanisiert und dann um einen Kern deformiert werden, der das erforderliche Profil besitzt, Dann kann die Plattierung
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in der beschriebenen Weise erfolgen. Die Nickelplattierung hat eine relativ geringe Flexibilität und hält dann den Gummistreifen in der gewünschten Form.
Der Überzug des Kupferpulvers wird vorzugsweise über eine Gaze oder dgl. vorgenommen, da mit Puder der Preßvorgang so durchgeführt werden kann, daß die äußere Oberfläche der Kupferschicht eine glatte glänzende Oberfläche erhält und demgemäß eine glatte gleichförmige Nickelplattierung. Die offene Textur der Gaze findet ihren Niederschlag jedoch in der Nickelplattierungsschicht, die dadurch im Betrieb unterschiedlicher Erosion ausgesetzt wird. Außerdem ist es schwieriger, die Gaze und dgl. in eine Gestalt zu bringen, die sich in mehr als einer Richtung beträchtlich krümmt. Jedoch können Kohlenstoff-Fasern vorgeformt oder verwebt werden, um sich einer solchen Gestalt anzupassen.
Um die Probleme differentieller Erosion zu vermindern, wenn Gaze oder eine perforierte Schicht benutzt wird, könnte Kupferpulver zusätzlich zur Ausfüllung der offenen Löcher der Gaze vorgesehen werden.
Der dargestellte Gummistreifen besitzt, obgleich dies nicht unbedingt notwendig ist, eine gleichförmige Dicke, d.h. er ist am Vorderrand nicht dicker, wo die größte Erosion auftritt, sondern hat dort die gleiche Stärke wie an den Flanken. Stattdessen kann die größere Erosion, die an diesem Vorderrand auftritt, durch die Nickelplattierung aufgenommen werden, während der Gummistreifen selbst eine beträchtlich geringere Dicke besitzt als es erforderlich wäre, um einen Kantenschutz mit vertretbarer Lebensdauer zu schaffen, bei dem keine Metallplattierung vorhanden ist. Beispielsweise kann der Streifen
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z.B. eine Dicke von etwa 0,76 mm besitzen. Es hat sich gezeigt, daß ein optimales Verhältnis zwischen Dicke und Härte des Gummistreifens 4 und Dicke der Plattierung besteht, wodurch der beste Erosionsschutz erreicht werden kann. Um dieses optimale Verhältnis in den verschiedenen Bereichen des Schaufelblattes zu erhalten ist es zweckmäßig, den Gummistreifen 4 so zu formen, daß er sich in der Dicke über jenen unterschiedlichen Bereichen ändert.
Vorstehend wurde ein Schutzstreifen beschrieben, der eine Erosion oder Aufschlagbeschädigungen auf einem Propellerblatt verhindern soll. Die Erfindung ist jedoch auch für andere Zwecke anwendbar und kann in mancherlei Hinsicht abgeändert werden. Beispielsweise kann ein Glasfaserpropeller zunächst mit einem Überzug aus einer Mischung von Gummi und Kohlenstoff besprüht werden statt den Randschutzstreifen getrennt herzustellen, und die Gaze,das Kupferpuder, das Kohlenstoffgewebe oder dgl. kann durch geeignete Festlegungsmittel aufgebracht werden, und es kann dann unter Anwendung von Hitze und Druck der Gummi vulkanisiert werden. Dann kann die gesamte Schaufel in einem Elektroplattierungsbad angeordnet werden, und es beginnt der Plattierungsprozeß. Die Schutzvorrichtung kann eine Doppelfunktion haben. Zum Beispiel kann der Schutzüberzug so ausgebildet werden, daß er als Heizmatte für einen Flugzeugflügel oder einen anderen Teil dient, indem die plattierte Gaze oder das Pulver und die Gummi-Kohlenstoffmischung einen Teil eines elektrischen Stromkreises bilden. So könnte beispielsweise vor der Aushärtung ein Gummikörper mit einer bestimmten Gestalt selektiv mit einem Kupferpulver in einem Enteisungsmuster aufgebracht und plattiert werden, so daß sowohl ein Vereisungsschutz als auch ein Erosionsschutz gewährleistet wird.
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Außerdem kann, wenn die eingepreßte Lage Metall aufweist, auch ein anderes Metall als Kupfer Anwendung finden. Die Plattierung kann auch mit anderen Materialien als Nickel erfolgen.
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Schutzabdeckung für erosionsgefahrdete Teile, beispielsweise für den Vorderrand eines Propellerblattes,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzabdeckung aus vulkanisierbarem, elektrisch leitfähigem Gummi oder gummiartigem Material besteht, das eine Metallplattierung besitzt, daß der Schutzüberzug durch Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials auf der Oberfläche des vulkanisierbaren Materials hergestellt wird und die Schicht in die Oberfläche des Materials eingebracht und mit dieser vulkanisiert wird,und daß die Schicht eine unregelmäßige Oberfläche benachbart zur Oberfläche des vulkanisierbaren Materials besitzt, so daß Teile des leitfähigen Materials in das vulkanisierbare Material einstehen und die Schicht am aushärtbaren Material verankert wird, wobei das vulkanisierbare Material über der leitfähigen Schicht durch Elektro-Plattierung behandelt ist.
2. Schutzabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im aushärtbaren Material verankerte Schicht aus einem perforierten Metallblatt besteht.
3. Schutzabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer Metall-Gaze besteht.
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4. Schutzabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer Kohlenstoff-Pasermatte besteht.
5. Schutzabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Überzug von Metallpartikeln, beispielsweise Kupferpulver besteht.
6. Schutzabdeckung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorgang durch einen Preßkörper bewerkstelligt wird, der auf der Schicht eine glatte glänzende Oberfläche hinterläßt.
7. Schutzabdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennze i chne t, daß die Elektroplattierung eine galvanische Kupferablagerung und eine Nickelplattierung über der galvanischen Kupferablagerung enthält.
8. Verfahren zur Herstellung einer Schutzabdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein vulkanisierbarer elektrisch leitfähiger Gummi oder ein gummiartiges Material mit einer Elektroplattierung versehen wird, indem eine elektrisch leitfähige Schicht auf eine Oberfläche des vulkanisierbaren Materials aufgebracht wird, daß die Schicht in die Oberfläche eingepreßt und das vulkanisierbare Material ausvulkanisiert wird, daß die Schicht eine unregelmäßige
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Oberflächengestalt benachbart zur Oberfläche des vulkanisierbaren Materials derart aufweist, daß Abschnitte des leitfähigen Materials in das vulkanisierbare Material einstehen, und daß die Schicht in das Material einvulkanisiert wird, und daß dann das ausvulkanisierte Material über der Schicht einer Elektroplattierung unterworfen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus leitfähigem Material einen Überzug aus Metallpartikeln aufweist.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vulkanisierbare Material nach der Ausvulkanisierung auf die erforderliche Gestalt deformiert wird, und daß erst dann die Elektroplattierung erfolgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennze i chne t, daß das unvulkanisierte Material in die erforderliche Form gebracht und dann vulkanisiert und mit einer Metallplattierung versehen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird, wenn das Material auf die erforderliche Gestalt gebracht ist.
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