DE3326535C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Ab­ dichtungen, wie sie bei Rotations- oder Umlaufmaschinen verwendet werden, um Leckströme oder Spaltströme eines Fluids zu vermeiden. Die Erfindung betrifft auch das Ge­ biet von schleifenden Dichtungen, die eine direkte Wechsel­ wirkung zwischen sich bewegenden Teilen verhindern.

Die steigenden Energiekosten machten die Verbesserung der Wirksamkeit von Gasturbinen zu einem lohnenden Forschungs- und Entwicklungs-Gebiet. Der Wirkungsgrad kann dabei durch Verminderung von Leckverlusten gesteigert werden. Der Wir­ kungsgrad wird daher verbessert, wenn die Toleranzen und Spalten zwischen sehr nahe benachbarten beweglichen Teilen vermindert werden. Daher wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um verbesserte Dichtungen zu entwickeln. Ein Weg, der dabei beschritten wurde, kann durch den Begriff "abschleifbare Überzüge" gekennzeichnet werden. Derartige Überzüge sind so beschaffen, daß sie durch die sich be­ wegenden Teile leicht abgetragen werden, was es ermög­ licht, daß die Teile einen wirksamen Gleichgewichtszustand erreichen, ohne daß es zu einem übermäßigen Verschleiß der Teile kommt. Typische derartige abschleifbare Dichtungen sind in den US-PSen 34 13 136 und 38 79 831 offenbart. Ein alternativer Weg, der in geringerem Umfange begangen wurde, kann als "Technik der schleifenden Dichtung" be­ zeichnet werden. Bei einer Dichtung vom schleifenden Typ ist ein beweglicher Bestandteil mit einem schleifenden Ma­ terial oder Schleifmittel überzogen, und das andere, sich gegenüber diesem Teil bewegende zweite Teil, ist so nahe angeordnet, daß beim Betrieb der Vorrichtung das Schleifmittel in das zweite Teil einschneidet, wodurch ein minimaler Spalt zwischen dem mit dem Schleifmittel be­ schichteten Teil und dem unbeschichteten Teil entsteht. Eine derartige Technik ist in der US-PS 33 39 933 be­ schrieben.

Zur Herstellung von Gasturbinen-Triebwerks-Abdichtungen wurden Pulvermetallurgie-Techniken angewandt; derartige Techniken sind in den US-PSen 38 44 011 und 31 47 087 be­ schrieben. Es ist auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie auch bekannt, Gegenstände herzustellen, die unterschied­ liche Dichten aufweisen und einen beträchtlichen Porosi­ tätsgrad aufweisen.

Die US-PS 38 80 550 beschreibt eine massive Metalldichtung zur Verwendung im Turbinenabschnitt von Gasturbinen-Trieb­ werken, die über die Dicke der Dichtung variierende Eigen­ schaften aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zusammengesetzte, durch Plasmaspritzen erzeugte Abdichtung, die ganz be­ sonders für Gasturbinen-Triebwerke, und zwar insbesondere für solche vom Axialstrom-Typ nützlich ist. Derartige Triebwerke weisen alternierende Reihen von stationären Leitschaufeln und beweglichen Laufschaufeln auf, wobei die Laufschaufeln auf dem Umfang von rotierenden Scheiben angeordnet sind, die auf einer Welle montiert sind.

Es ist dabei Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Gas­ turbinen zur Verbesserung der Abdichtung ohne gleichzeitige Erhöhung des Betriebsrisikos sich einander sehr nah kommen­ de Teile, die sich relativ zueinander mit einer großen Ge­ schwindigkeit bewegen, insbesondere aus Titan oder Titan­ legierungen hergestellte Teile von Gasturbinen, so auszu­ gestalten, daß die Toleranzen und Spalten zwischen diesen Teilen minimal gehalten werden können, ohne Extratoleranzen für anomale Betriebsbedingungen vorsehen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit Teilen, die sich sehr nahe kommen und sich relativ zueinander bewegen, wobei der Spalt zwischen diesen Teilen und der Durchfluß von Fluiden möglichst gering sein müssen und ein Reibkon­ takt vermieden werden muß, wie es bei Gasturbinen der Fall ist, durch die Merkmale des Kennzeichens des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Dichtung zwischen sich sehr nahe kommenden und sich relativ zu­ einander schnell bewegenden Teilen umfaßt einen schlei­ fenden und einen abschleifbaren Bereich. Die Dichtung wird auf die Oberfläche eines Maschinenteils aufgebracht, das mit einem anderen Teil wechselwirkt oder für das eine Wechsel­ wirkung zu erwarten ist. Der schleifende Bereich ist dabei unmittelbar auf dem Teil angeordnet, und der ab­ schleifbare Bereich auf dem schleifenden Bereich. Die Spaltgröße zwischen den Teilen und die Dichtungsabmessungen sind dabei so gewählt, daß unter normalen Betriebsbedin­ gungen eine Wechselwirkung zwischen dem unbeschichteten Teil und dem abschleifbaren Bereich der Dichtung erfolgt, während unter anormalen Betriebsbedingungen das unbe­ schichtete Teil den schleifenden Bestandteil berührt. Die Berührung mit dem schleifenden Bestandteil verhindert einen direkten Reibkontakt zwischen den beiden Teilen.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist ganz besonders für den Kompressor-Abschnitt von Gasturbinen-Triebwerken geeignet, wo ein direkter Kontakt von Titan-Teilen vermieden werden muß.

Nachfolgend werden die oben beschriebene erfindungsgemäße Dichtung sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegen­ den Erfindung unter Bezugnahme auf drei Figuren in einer detaillierteren Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch einen typischen Kompressor eines Gasturbinen-Trieb­ werks.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die die Bezie­ hung zwischen den Kompressor-Laufschaufeln und dem Kompressor-Gehäuse zeigt.

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die die Kom­ pressor-Leitschaufeln und die innere Luft­ abdichtung zeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 zeigt diese einen Teil-Quer­ schnitt des Kompressor-Abschnitts eines modernen Gas­ turbinen-Triebwerks. Teile, die zum Verständnis der vor­ liegenden Erfindung wichtig sind, sind eine Vielzahl von rotierenden Scheiben 1, auf deren Außenumfang eine Viel­ zahl von Laufschaufeln 2 montiert sind. Die Laufschaufeln 2 rotieren innerhalb des inneren Gehäuses 3 und kommen diesem sehr nahe. Minimale Spaltströme zwischen den Lauf­ schaufeln 2 und dem inneren Gehäuse 3 werden dadurch er­ reicht, daß man eine Dichtung 4 (die äußere Luftabdichtung) im inneren Gehäuse montiert.

Innerhalb des Gehäuses 3 und auf dessen Innenfläche sind eine Vielzahl von Leitschaufeln 5 montiert, an deren innere freie Enden 6 eine weitere Dichtung 7 (die innere Luftab­ dichtung) montiert ist, die sehr nahe an Messerkanten 8 angeordnet ist, die sich an Vorsprüngen der Scheiben 1 befinden. Bei einem alternativen Triebwerks-Schema weisen die Scheiben keine direkt mit ihnen verbundenen Vorsprünge auf, sondern sind durch Abstandshalter voneinander ge­ trennt, auf die die Messerkanten montiert sein können. Die Messerkanten 8 und die innere Luftabdichtung 7 wirken gemeinsam so, daß sie Leckströme vermindern und den Wir­ kungsgrad verbessern.

Die Dichtungen, für die die vorliegende Erfindung ganz besonders geeignet ist, sind auf dem Innengehäuse 3 im Bereich der freien Enden der Laufschaufeln 2 (als äußere Luftabdichtung), sowie auf den freien Enden 6 der Leit­ schaufeln 5 (als innere Luftabdichtung) angeordnet. Die erfindungsgemäßen Dichtungen werden vorzugsweise auf stationären Trägerteilen angeordnet, so daß sie mit sich bewegenden (unbeschichteten) Bestandteilen wechselwirken.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Be­ ziehung zwischen den freien Enden der Laufschaufeln 20 und dem inneren Gehäuse 30 zeigt, so daß eine detaillierte­ re Ansicht der äußeren Luftabdichtung 40 erhalten wird. Die erfindungsgemäße Dichtung 40 ist an das Gehäuse 30 gebunden. Die gezeigte Ausführungsform betrifft eine dreischichtige Ausführungsform, zu der eine innere schlei­ fend wirkende Schicht 41, die an das Gehäuse 30 ge­ bunden ist, eine Zwischenschicht 42, die an die Schleif­ schicht 41 gebunden ist sowie eine äußere abschleifbare Schicht 43 gehören, die an die Zwischenschicht 42 ge­ bunden ist.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die in einer anderen Ausführungsform die Verwendung der erfindungsge­ mäßen Dichtung zur Erzeugung der inneren Luftabdichtung darstellt. Die Figur zeigt das innere Gehäuse 30, auf dem eine Vielzahl von Leitschaufeln 50 montiert sind. Mit den freien Enden der Leitschaufeln 50 sind Flächen oder Bänder als Träger 110 für die innere Luftabdichtung verbunden, auf denen die erfindungsgemäßen Dichtungen angeordnet sind. In der Figur ist eine zweischichtige Ausführungsform dar­ gestellt, die eine innere schleifende Schicht 111 auf­ weist, die an die Trägerflächen gebunden ist, sowie eine äußere abschleifbare Schicht 112, die an die schlei­ fende Schicht 111 gebunden ist. Während des Betriebs wirken Messerkanten (sie sind nicht dargestellt) so, daß sie eine Nut in die Dichtung einschleifen, so daß eine Ab­ dichtung erhalten wird.

Aus aerodynamischen Gründen ist es wesentlich, daß die Leckverluste, d.h. der Durchfluß von Gasen zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Gehäuse oder den Leit­ schaufel-Enden und den Scheiben oder Abstandshaltern mini­ mal sind (nachfolgend wird aus Gründen der Vereinfachung allgemein der Begriff "Laufschaufel" verwendet, um Tur­ binenteile zu bezeichnen, die mit Dichtungen wechselwirken). Dieses Problem wird durch die Dimensionsveränderungen noch verschärft, die während des Betriebs des Triebwerks auf­ grund der Temperatur und aufgrund von Spannungen auf­ treten.

Auf dem vorliegenden Fachgebiet wurden bisher abschleif­ bare Dichtmaterialien verwendet. Derartige Materialien weisen eine spröde brüchige Natur auf, was es ihnen er­ möglicht, abgetragen zu werden, ohne daß es zu einer nennenswerten Abnutzung oder Zerstörung kommt, was es er­ möglicht, die Betriebsspaltweiten im Triebwerk zu vermin­ dern und auf diese Weise das Betriebsverhalten des Trieb­ werks zu verbessern.

Auf ein weiteres beträchtliches Problem trifft man bei den Turbinen-Kompressoren. Die Kompressorteile sind üb­ licherweise aus einer Titanlegierung hergestellt. Titan ist ein reaktives Metall, und im Falle von Reibkontakten, an denen Titanteile beteiligt sind, kann es zu einem an­ haltenden katastrophalen Brand kommen. Ein derartiger Brand wird durch die im Kompressor herrschenden Bedin­ gungen begünstigt, die Temperaturen bis zu etwa 482°C (900°F) und Drücke bis zu etwa 2,064 MPa (300 psi) um­ fassen können, die in Kombination miteinander eine At­ mosphäre bilden, die einen Brand überträgt.

Die erfindungsgemäße neue Dichtzusammensetzung und deren Aufbau weisen unter normalen Betriebsbedingungen abschleif­ bare Eigenschaften auf, während sie unter anormalen Be­ triebsbedingungen schleifende Eigenschaften aufweisen. Genauer kommt es unter Betriebsbedingungen, bei denen Laufschaufelauslenkungen in die Dichtung hinein auf­ treten, die die von der Konstruktion vorgegebenen Grenzen überschreiten, dazu, daß die rotierenden Laufschaufeln einen schleifenden Bereich der Dichtung berühren und daß die Laufschaufeln abgetragen werden. Das verhindert einen Reibkontakt zwischen den Laufschaufeln und dem Triebwerks­ gehäuse, wodurch die Möglichkeit des Ausbruchs eines Brandes vermindert wird.

Der Bereich der Dichtung, der sich in unmittelbarer Nach­ barschaft zu dem stationären Teil (dem Innengehäuse oder den Leitschaufelenden) befindet, besteht aus einem ab­ riebbeständigen schleifenden Material. Der Begriff "schleifend" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material, das beim Reibkontakt mit einem Teil aus einer Titanlegierung zu einem wesentlichen Abtragen von Teilen des Titanlegierungs-Teils führen, ohne daß es gleichzeitig zu einer nennenswerten Abnutzung des schlei­ fenden Materials kommt. Genauer gesprochen wird der Be­ griff "schleifend" dazu verwendet, solche Materialien zu bezeichnen, bei denen eine Wechselwirkung unter Abnutzung der beteiligten Teile dazu führt, daß wenigstens 80% der gesamten Abnutzung bei dem unbeschichteten Teil erfolgt, und daß weniger als 20% der gesamten Abnutzung bei dem schleifenden Material erfolgt. Für den abschleifbaren Be­ standteil gilt das Umgekehrte; d.h., daß die Abnutzung oder die Materialabtragung im Bereich des abschleifbaren Bestandteils erfolgt und weniger bei dem unbeschichteten Teil. Genauer gesagt, treten wenigstens 60% der Abnutzung bei einer gegebenen Wechselwirkung im Bereich des ab­ schleifbaren Bestandteils auf, und weniger als 40% bei dem unbeschichteten Teil. In den obigen Ausführungen be­ deutet "unbeschichtet", daß keine schleifend wirkende oder abschleifbare Beschichtung vorgesehen ist; selbstverständ­ lich können Schutzschichten oder Überzüge, die andere Haupt-Funktionen erfüllen, vorhanden sein.

Die Dichtungselemente werden nach einem Plasmaspritz- Auf­ tragsverfahren erzeugt. Bei einem derartigen Verfahren wird das Ausgangsmaterial in Pulverform in einem Plasma derart erhitzt, daß es wenigstens zu einer Erweichung der Ober­ flächen der Pulverteilchen kommt, und das erhitzte Pul­ ver wird dann mit einer hohen Geschwindigkeit auf das Trägermaterial gespritzt, wo es zu einer Bindung kommt. Es können schleifende Materialien oder Schleifmittel aus einem weiten Bereich derartiger Materialien verwendet werden, zu denen Wolframcarbid, Chromcarbid, Siliciumnitrid, Alu­ miniumoxid, Siliciumcarbid und Mischungen derartiger Ma­ terialien gehören; die verwendeten Teilchengrößen können im Bereich von etwa 0,037 bis 0,250 mm liegen. Mit besonde­ rem Erfolg wurden jedoch schleifende Zusammensetzungen auf der Basis von Wolframcarbid und Chromcarbid angewandt, wo­ bei derartige Zusammensetzungen bevorzugt sind. Im Falle intermetallischer Schleifmittel wie Chromcarbid und Wolf­ ramcarbid wird dabei allgemein festgestellt, daß es wünschenswert ist, ein metallisches Bindemittel zu verwen­ den, um eine Bindung zwischen den Teilchen und eine Bin­ dung der Teilchen an das Trägermaterial zu gewährleisten. Soweit ein Bindemittel verwendet wird, wird dieses so aus­ gewählt, daß es mit dem Schleifmittel im wesentlichen nicht reagiert. Im Falle von Wolframcarbid wurde eine Pulver­ mischung verwendet, die etwa 88 Gew.-% Wolframcarbid und etwa 12 Gew.-% eines Kobaltbindemittels enthielt, während im Falle einer Schleifmittelschicht aus Chromcarbid ein Pulver verwendet wurde, das etwa 75 Gew.-% Cr₃C₂ und etwa 25 Gew.-% einer Legierung enthielt, die aus 80% Nickel und 20% Chrom bestand. Es erweist sich dabei oftmals als wünschenswert, eine erste Bindungsbeschichtung vorzusehen, um sicherzustellen, daß das Schleifmaterial an dem Trä­ germaterial haftet; eine derartige Bindungsschicht kann beispielsweise die gleiche oder ähnliche Legierungen ent­ halten, wie sie als Matrixmaterial oder Bindemittelmaterial zusammen mit dem schleifenden Material verwendet werden. Andere Bindungsbeschichtungen können jedoch auch verwendet werden, zu denen Legierungen vom MCrAl-Typ gehören, wobei M ein Metall aus der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt und deren Mischungen ist; Cr bedeutet Chrom in einer Menge von etwa 5 bis 25 Gew.-%; und Al bedeutet Aluminium in einer Menge von etwa 5 bis etwa 20 Gew.-%. In der Größen­ ordnung von 0,1% bis 2% können reaktive Metalle wie Y, La, Sc, Hf und dergleichen zugesetzt sein.

Die gesamte Dicke der Dichtung liegt üblicherweise im Be­ reich von 0,051 cm bis 0,381 cm (0,020 bis 0,150 inches), wobei die Dicke des äußeren abschleifbaren Bereichs zwischen etwa 30% und etwa 80% der Gesamtdicke liegt. Der äußere, abschleifbare Bereich der Dichtung wird ebenfalls durch Plasmaspritzen erzeugt. Abschleifbare Materialien sind dabei solche, die leicht abgeschliffen oder abgenutzt wer­ den; die Abschleifbarkeit kann dadurch geschaffen werden, daß man Teilchen eines spröden Materials in einer duk­ tileren Matrix dispergiert. Ein derartiges sprödes dis­ pergiertes Teilchen kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus Graphit, Glimmer, Molybdändisulfid, Bornitrid, Vermiculit, Asbest, Diatomeenerde, Glas, Rhyolit, Bento­ nit, Cordierit und deren Mischungen besteht. Eine Menge von bis zu 65Vol.-% kann dabei verwendet werden. Zusätz­ lich zu diesen Materialien kann eine Abschleifbarkeit da­ durch erhalten werden, daß man eine gewisse Menge (bis zu 70 Vol.-%) an Porosität in dem Material vorsieht; eine derartige Porosität kann dadurch erhalten werden, daß man die Parameter des Plasmaspritzens variiert oder größere Teilchen verwendet oder gleichzeitig ein Material wie ei­ nen Polyester oder ein Salz aufspritzt, das nachfolgend aus der abgeschiedenen Schicht ausgebrannt oder ausgelaugt werden kann. Die Matrix enthält vorzugsweise 5 bis 25% Cr, 0% bis 20% Al, 0% bis 2% eines Materials, das aus einer Gruppe ausgewählt ist,die aus Y, Hf, La, Sc und deren Mischungen besteht, wobei die Restmenge bis 100% aus einem Material aus einer Gruppe besteht, die aus Eisen, Nickel, Kobalt und Mischungen aus Nickel und Kobalt besteht. Die Gesamtmenge an spröden Materialien und an Porosität sollte im Bereich von 30 bis 70 Vol.-% liegen. In der US-PS 38 79 831 werden ausführlich abschleifbare Materialien be­ schrieben, und die Offenbarung dieser Patentschrift ist aufgrund der ausdrücklichen Bezugnahme als Teil der vor­ liegenden Patentschrift anzusehen.

Innerhalb der oben angegebenen Grenzen können eine Viel­ zahl von Ausführungsformen verwendet werden. Die ein­ fachste Ausführungsform besteht in einem zweischichtigen System, das einen inneren schleifenden Bereich in der Nähe des Gehäuses sowie eine äußere abschleifbare Schicht auf­ weist. Das Schleifmittel ist aus der oben angegebenen Grup­ pe von Materialien ausgewählt, und es kann eine dünne erste Bindungsschicht zur Anwendung kommen. Die innere Schicht weist keine absichtlich erzeugten Poren auf. Die Dicke des inneren Bereichs liegt zwischen etwa 10% bis etwa 50% der gesamten Dichtungsdicke. Der äußere abschleif­ bare Bereich wird von einem duktilen (zähen) Matrixma­ terial gebildet, das ein dispergiertes sprödes Material und/oder eine gewisse Porosität aufweist. Im Falle der zweischichtigen Ausführungsform ist zwischen den Schichten keine besondere Übergangszone vorgesehen, obwohl bei einer zweischichtigen Dichtung, die durch Plasmaspritzen erzeugt wurde, eine dünne gemischte Zwischenschicht vorhanden sein könnte.

Ein etwas komplexerer Dichtungsaufbau ist einer, bei dem drei Schichten vorgesehen sind. Die innere Schicht ist die gleiche wie die innere Schicht bei der zweischich­ tigen Ausführungsform und enthält ein Schleifmittel. Ähn­ lich ist die äußere Schicht bezüglich der Zusammensetzung die gleiche, wie oben für die zweischichtige Ausführungs­ form beschrieben wurde, und sie besteht aus einer me­ tallischen Matrix, die ein abschleifbares Material und/oder eine absichtlich erzeugte Porosität aufweist. Das besondere Merkmal einer dreischichtigen Schicht besteht in der An­ wesenheit einer absichtlich erzeugten Zwischenschicht. Eine Variante einer dreischichtigen Dichtung umfaßt eine Zwischen­ schicht, die weniger abschleifbar ist als die abschleif­ bare Schicht, und zwar infolge einer Verminderung des Ge­ halts an abschleifbarem Material und/oder an Porosität. Bei einer anderen dreischichtigen Ausführungsform ent­ hält die Zwischenschicht einen beliebigen Zusatz an schleifendem Material, wobei dessen Anteil jedoch unter dem in der inneren Schicht liegt. Schließlich ist es auch möglich, eine dreischichtige Dichtung mit einer Zwischen­ schicht zu erzeugen, innerhalb derer sich die Zusammen­ setzung des Schleifmittels und die Abschleifbarkeit kon­ tinuierlich über die Zwischenschicht verändern.

Es ist möglich, die Zahl der Schichten zu steigern, wobei jede Schicht geringfügig von der Nachbarschicht verschiedene Zusammensetzungen aufweist, wobei jedoch das Grundschema eines hohen Schleifmittelgehalts in der innenliegenden Dichtungsschicht und eines hohen Abschleifbarkeits-Ge­ halts an der Außenseite der Dichtung beibehalten wird, wo­ bei sowohl der Gehalt an Schleifmittel und der Gehalt an abschleifbarem Material über die Dicke der Dichtung vari­ ieren. Als Grenzfall können die Anteile an schleifendem und nicht-schleifendem Material sich kontinuierlich über die Dicke der Dichtung verändern, was zu einer Dichtung mit sich kontinuierlich ändernden Eigenschaften führt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert, das der Illustration dient, jedoch die Erfindung nicht einschränken soll.

Beispiel

Es wurden Teile hergestellt, die eine Kompressor-Lauf­ schaufel und ein Gehäuse (wie in der oben behandelten Fig. 2 gezeigt) simulieren,und diese Teile wurden getestet. Die Gehäusesegmente wurden aus der Titanlegierung AMS 4911 hergestellt, und die Laufschaufel aus der Titanlegierung AMS 4928. Das Gehäusesegment wies eine flache Nut auf, die dem vorgesehenen Reibungsweg entsprach.

Auf den Bereich der Nut in dem Gehäusesegment wurde wie folgt eine erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht:

1. Eine Schleifmittelbeschichtung aus 88% WC, 12% Co, mit einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inches) wurde unter Verwendung eines METCO 7MB-Plasmabrenners, der bei 40 V, 800 A betrieben wurde und in einem Abstand von 10,16 cm (4,0 inches) von dem Gehäuse gehalten wurde, durch Plasma­ spritzen aufgetragen. Während der Brenner mit einer Ge­ schwindigkeit von 25,4 cm/min über das Gehäuse geführt wurde, wurde ein Pulver einer Teilchengröße von 0,042 bis 0,074 mm abgeschieden;

2. Eine abschleifbare Beschichtung aus einer porösen Nickel-Chromlegierung (Nichrom 80% Ni, 20% Cr) einer Dicke von 0,19 cm (0,073 inches) wurde unter Verwendung eines METCO 7MB Plasmabrenner, der bei 38 V, 500 A betrieben wurde und in einem Abstand von 11,4 cm (4,5 inches) von dem Gehäuse entfernt gehalten wurde, durch Plasmaspritzen aufgebracht. Eine Pulvermischung aus 7 Teilen der Nickel- Chrom-Legierung und 2 Teilen Polyester wurde abgeschieden, und das Polyester wurde ausgebrannt, indem man eine 2-stündi­ ge Behandlung an der Luft bei einer Temperatur von 538°C (1000°F) durchführte. Die erhaltene Struktur wies eine Porosität von etwa 50% auf.

Die wie beschrieben aufgebrachte Dichtung umfaßte eine schleifende Beschichtung einer Dicke von etwa 0,03 cm (0,010 inches) und eine abschleifbare Beschichtung einer Dicke von etwa 0,19 cm (0,073 inches).

Diese Dichtungs-Kombination wurde hinsichtlich ihrer Ei­ genschaften bewertet, indem man die (unbeschichtete) Lauf­ schaufel mit einer Geschwindigkeit von 20 116,8 m/min (66 000 feet/min) auf einem Weg bewegte, der der be­ schichteten Nut parallel war, während man die Dichtung so lange mit einer Geschwindigkeit von 1,52 cm/min (0,60 inches/min) darauf zubewegte, bis ein Kontakt erfolgte. Die Relativbewegung wurde fortgesetzt, bis die Lauf­ schaufel 0,84 cm (0,330 inches) in den beschichteten Trä­ ger eingedrungen war. Der Zustand der Probe wurde perio­ disch bewertet. Dabei wurde beobachtet, daß dann, wenn die Probe-Laufschaufel in den abschleifbaren Bereich der Dichtung eindrang, das Verhältnis der Laufschaufel-Ab­ nutzung zur Dichtungsabnutzung etwa 10:90 betrug, daß jedoch dann, wenn die Probe-Laufschaufel auf den schlei­ fenden Bereich traf, das Abnutzungsverhältnis von Lauf­ schaufel zu Dichtung sich auf einen Wert von mehr als 99:1 veränderte, und daß es zu keinem direkten Titan/- Titan-Kontakt kam, d.h. die unbeschichtete Laufschaufel wurde abgeschliffen, und es kam zu keiner Zerstörung des mit dem Schleifmittel beschichteten Gehäuses, dessen Integrität gewahrt blieb.

Claims (8)

1. Vorrichtung mit Teilen, die sich sehr nahekommen und sich relativ zueinander bewegen, wobei der Spalt zwischen diesen Teilen und der Durchfluß von Fluiden mög­ lichst gering sein müssen und ein Reibkontakt vermieden werden muß, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Teile (3, 30, 110) mit einer zusammengesetzten Dichtbeschichtung (4, 40) versehen ist, die eine auf dem Teil (3, 30, 110) angeordnete schleifend wirkende Schicht (41, 111) und auf dieser eine abschleifbare Schicht (43, 112) aufweist, wobei die Dicken der schleifenden und ab­ schleifbaren Schichten (41, 111, 43, 112) und der Spalt zwischen den Teilen (2, 20, 8, 3, 30, 110) so gewählt sind, daß beim normalen Betrieb das unbeschichtete Teil (2, 20, 8) auf die abschleifbare Schicht (43, 112) trifft und diese ab­ trägt, ohne selbst wesentlich abgeschliffen zu werden, während bei von der Norm abweichenden Betriebsbedingungen das unbeschichtete Teil (2, 20, 8) auf die schleifende Schicht (41, 111) trifft und von dieser abgeschliffen wird, ohne das beschichtete Teil (3, 30, 110) selbst zu berühren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eines der Teile (2, 20, 8, 3, 30, 110) aus einer Titanlegierung hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (2, 20, 8, 3, 30, 110) aus einer Titanlegierung hergestellt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die schleifende Schicht (41, 111) als primären schleifenden Bestandteil ein Material aus der Gruppe Wolframcarbid, Chromcarbid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und deren Mischungen ent­ hält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine metallische Bindungsschicht zwischen dem tragenden Teil (3, 30, 110) und der schleifenden Schicht (41, 111) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Zwischen­ schicht (42) zwischen der schleifenden Schicht (41, 111) und der abschleifbaren Schicht (43, 112) aufweist.

7. Vorrichtung mit rotierenden Teilen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie umfaßt:

• a) ein stationäres Teil (3, 30, 110);
• b) eine schleifend wirkende Beschichtung (41, 111), die an das stationäre Teil (3, 30, 110) gebunden ist;
• c) eine abschleifbare Beschichtung (43, 112), die auf die schleifende Beschichtung (41, 111) aufgebracht ist; und
• d) ein bewegliches Teil (2, 20, 8), das so angeordnet ist, daß unter normalen Betriebsbedingungen dieses beweg­ liche Teil (2, 20, 8) mit der abschleifbaren Schicht (43, 112) wechselwirkt, während das bewegliche Teil (2, 20, 8) bei von der Norm abweichenden Betriebsbedingungen mit der schleifend wirkenden Beschichtung (41, 111) wechsel­ wirkt, ohne mit dem stationären Teil (3, 30, 110) in Wechselwirkung zu treten.

8. Verfahren zur Erzeugung einer Fluidabdichtung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Vor­ richtungs-Teilen unter Vermeidung schädlicher Reibungs­ kontakte, gekennzeichnet durch das Aufbringen einer haften­ den schleifenden Beschichtung auf eines der Teile und das Aufbringen einer haftenden abschleifbaren Beschichtung auf die schleifende Beschichtung in einer solchen Weise, daß durch die Wechselwirkung des unbeschichteten Teils mit der abschleifbaren Beschichtung eine Abdichtung geschaffen wird, während gleichzeitig eine schädliche Reibungswechsel­ wirkung zwischen den Bestandteilen durch die schleifende Beschichtung verhindert wird.