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Dokumentenidentifikation DE102006022683A1 22.11.2007
Titel Flugtriebwerk-Baugruppe, nämlich Verdichter oder Turbine eines Flugtriebwerks, Flugtriebwerk-Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils
Anmelder MTU Aero Engines GmbH, 80995 München, DE
Erfinder Meier, Reinhold, 84405 Dorfen, DE
DE-Anmeldedatum 16.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006022683
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse F02C 7/00(2006.01)A, F, I, 20060516, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02C 7/30(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   F01D 5/28(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   F01D 25/00(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   B23P 6/04(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   B23K 26/34(2006.01)A, L, I, 20060516, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Flugtriebwerk-Baugruppe (1), nämlich Verdichter oder Turbine eines Flugtriebwerks, die ein erstes Bauteil (2) sowie ein in unmittelbarem Kontakt mit diesem ersten Bauteil (2) stehendes zweites Bauteil (32) aufweist. Das erste Bauteil (2) ist aus einem Werkstoff hergestellt, der Titan oder eine Titanlegierung aufweist. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und/oder Temperatur- und/oder Korrosionsbeständigkeit und/oder Maßkorrektur ist das erste Bauteil (2) mit einer durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachten Beschichtung (38) aus Nickel oder einer Nickellegierung versehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Flugtriebwerk-Baugruppe, nämlich Verdichter oder Turbine eines Flugtriebwerks, ein Flugtriebwerk-Bauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils.

Schäden an Flugtriebwerk-Baugruppen, nämlich Verdichtern oder Turbinen eines Flugtriebwerks, oder an Flugtriebwerk-Bauteilen können die Flugpassagiere in sehr gefährliche Situationen bringen. Vor diesem Hintergrund ist es nicht nur wichtig, dass Flugtriebwerke bzw. Flugtriebwerk-Baugruppen bzw. Flugtriebwerk-Bauteile regelmäßig gewartet bzw. Instand gesetzt werden, sondern auch zweckmäßig, dass sie gut an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst sind, also beispielsweise eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder eine hohe Verschleißfestigkeit und/oder eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Kumulativ mit oder Alternativ zu diesem Bedürfnis wäre es wünschenswert, wenn sich im Rahmen von Instandsetzungsarbeiten an Flugtriebwerk-Baugruppen, nämlich Verdichtern oder Turbinen eines Flugtriebwerks, bzw. von Flugtriebwerk-Bauteilen in diversen Situationen, wie beispielsweise bei Schaufelreparaturarbeiten, mit möglichst geringem Aufwand Maßkorrekturen an beschädigten Flächen, Stegen, Durchmessern oder dergleichen vornehmen ließen.

In Richtung der skizzierten Bedürfnisse sind bereits diverse Verfahren und Gestaltungsmöglichkeiten vorgeschlagen worden. Im Hinblick auf einer oder mehrerer der vorgenannten Anforderungen hinreichend genügende Gestaltungsmöglichkeiten oder Herstellungsverfahren von Flugtriebwerk-Bauteilen aus Titan oder aus einer Titanlegierung besteht allerdings noch ein erheblicher Bedarf. Denn aufgrund der Besonderheiten in der Flugtriebwerkstechnik, und insbesondere im Hinblick auf die vergleichsweise zu anderen technischen Gebieten in aller Regel besonders hohen Anforderungen hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit und/oder Verschleißfestigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit von Triebwerks-Bauteilen, lassen sich etwaige aus anderen Bereichen oder Werkstoffanwendungen bekannte Gestaltungsmöglichkeiten nicht ohne Weiteres in einfacher Weise auf die Gestaltung von aus Titan bestehenden Bauteilen übertragen, die in Flugtriebwerken zum Einsatz kommen sollen. So werden beispielsweise diverse Bauteile in Flugtriebwerken auf Basis von Kobalt-Nickel-Werkstoffen hergestellt. Derartige Werkstoffe weisen eine verhältnismäßig gute Temperaturbeständigkeit auf. Vergleichsweise weniger gut ist allerdings die Temperaturbeständigkeit von Titan. Titan ist allerdings andererseits beispielsweise aufgrund seines geringen (spezifischen) Gewichts ein für den Flugtriebwerksbau prinzipiell attraktiver Werkstoff. Anderseits ist Titan aufgrund seiner speziellen Eigenschaften – wie bereits beispielhaft erwähnt – auch nur eingeschränkt im Flugtriebwerksbau einsetzbar.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, durch welche Flugtriebwerk-Baugruppen, nämlich Verdichter oder Turbine eines Flugtriebwerks, bzw. Flugtriebwerk-Bauteile, im Lichte der besonderen Anforderungen an Flugtriebwerk-Bauteile bei hoher Lebensdauer gut den im Betrieb an sie gestellten Anforderungen gerecht werden. Besonders wünschenswert wäre es ferner, wenn sich derartige Flugtriebwerk-Baugruppen bzw. Flugtriebwerk-Bauteile auf einfache aber betriebssichere Weise Instand setzen ließen.

Es wird nun eine Flugtriebwerk-Baugruppe, nämlich Verdichter oder Turbine eines Flugtriebwerks, gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein erfindungsgemäßes Flugtriebwerk-Bauteil ist Gegenstand des Anspruchs 2. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils ist Gegenstand des Anspruchs 3. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus dem Unteranspruch, der Beschreibung sowie der Figur.

Es wird also eine Flugtriebwerk-Baugruppe vorgeschlagen, die ein erstes Bauteil aufweist, sowie ein zweites Bauteil, das mit dem ersten Bauteil in unmittelbarem Kontakt steht. Dabei ist zumindest das erste Bauteil aus einem Werkstoff, der Titan oder eine Titanlegierung aufweist. Dies kann beispielsweise so sein, dass dieses erste Bauteil – abgesehen von der durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachten Beschichtung, die im Folgenden noch angesprochen wird – vollständig aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Es kann auch vorgesehen sein, dass auch das zweite Bauteil aus einem Werkstoff ist, der Titan oder eine Titanlegierung aufweist. Auch diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass das zweite Bauteil im Wesentlichen vollständig aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, bzw. – sofern auch das zweite Bauteil mit einer Beschichtung versehen ist, was gemäß einer bevorzugten Gestaltung der Fall ist – abgesehen von dieser Beschichtung vollständig aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. Das erste Bauteil ist – und entsprechendes kann in vorteilhafter Weiterbildung entsprechend auch beim zweiten Bauteil gegeben sein – zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und/oder Temperatur- und/oder Korrosionsbeständigkeit und/oder zur Maßkorrektur mit einer durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachten Beschichtung aus Nickel oder einer Nickellegierung versehen. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise in dem für den unmittelbaren Kontakt mit dem zweiten Bauteil ausgebildeten Kontaktbereich des ersten Bauteils aufgebracht sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oberfläche des zweiten Bauteils im Wesentlichen vollständig oder abgesehen von dem Kontaktbereich vollständig mit einer derartigen Beschichtung versehen ist. Die letztgenannte Gestaltung kann beispielsweise in Gestaltungen bevorzugt sein, in denen der Kontaktbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil so ausgebildet ist, dass eine – wenn auch geringe – Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil in diesem Kontaktbereich – beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Kopplung des ersten mit dem zweiten Bauteil im Kontaktbereich nicht möglich ist. Eine Gestaltung bei der – insbesondere im Wesentlichen nur – im Kontaktbereich des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil die Beschichtung vorgesehen ist, kann in vorteilhafter Gestaltung vorgesehen sein, wenn in diesem Kontaktbereich eine – ggf. geringe – Relativbewegung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ermöglicht wird, um Verschleiß oder andere Beschädigungen, die durch diese Relativbewegung bzw. den dabei gegebenen Kontakt bedingt sind, zu vermeiden oder zu reduzieren.

Anzumerken ist, dass die Flugtriebwerk-Baugruppe ein Verdichter, insbesondere Niederdruckverdichter, oder eine Turbine, insbesondere Niederdruckturbine, eines Flugtriebwerks ist.

Ferner wird ein Flugtriebwerk-Bauteil vorgeschlagen, dass beispielsweise ein vorerwähntes zweites Bauteil ist und das aus einem Werkstoff ist, welcher Titan oder eine Titanlegierung aufweist. Dieses Flugtriebwerk- bzw. zweites Bauteil weist ferner eine auf dieses Titan bzw. diese Titanlegierung durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachte Beschichtung aus Nickel oder einer Nickellegierung auf.

Überdies wird ein Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils bzw. eines (im Sinne der Erfindung) ersten Bauteils vorgeschlagen. Dieses Verfahren kann beispielsweise ein Herstellungs- oder Instandsetzungsverfahren zur Herstellung bzw. Instandsetzung des ersten Bauteils einer erfindungsgemäßen Flugtriebwerk-Baugruppe bzw. des erfindungsgemäßen Flugtriebwerk-Bauteils sein. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist das Flugtriebwerk-Bauteil bzw. erste Bauteil Titan oder eine Titanlegierung auf. Hier zu wird zunächst ein Bauteil aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt bzw. bereitgestellt, wobei dieses Bauteil beispielsweise im Wesentlichen dem Flugtriebwerk-Bauteil bzw. dem ersten Bauteil entspricht bzw. sich von diesem im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die im Folgenden noch angesprochene Beschichtung nicht vorgesehen ist; es kann aber auch vorgesehen sein, dass nach dem Aufbringen der Beschichtung weitere Arbeitsschritte zur Herstellung oder Instandsetzung des Flugtriebwerk-Bauteils bzw. des ersten Bauteils durchgeführt werden. Nach Herstellung bzw. Bereitstellung des angesprochenen Bauteils aus Titan oder aus einer Titanlegierung wird auf dieses Titan bzw. auf diese Titanlegierung bzw. auf die Oberfläche oder einen Oberflächenabschnitt dieses Bauteils eine Beschichtung aus Nickel oder aus einer Nickellegierung durch Laserpulverauftragsschweißen zur Herstellung oder Instandsetzung des Flugtriebwerk-Bauteils bzw. ersten Bauteils – beispielsweise in Bahnen – aufgebracht.

Die Beschichtung kann beispielsweise eine Beschichtung aus NiBSi oder aus NiCrBSi oder dergleichen sein.

Die durch Laserpulverauftragsschweißen erzeugte Beschichtung aus Nickel oder einer Nickellegierung kann beispielsweise für eine Maßkorrektur, wie beispielsweise eine Maßkorrektur von beschädigten Flächen und/oder Stegen und/oder Durchmessern oder dergleichen von Flugtriebwerk-Bauteilen erzeugt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die durch Laserpulverauftragsschweißen erzeugte Beschichtung aus Nickel oder einer Nickellegierung für das Erzeugen einer verschleißfesten und/oder korrosionsfesten Schicht auf Titanbauteilen bzw. einem Titanbauteil bzw. einem ersten Bauteil aus Titan bzw. aus einer Titanlegierung bzw. einem Flugtriebwerk-Bauteil aus Titan bzw. aus einer Titanlegierung gegeben ist bzw. aufgebracht wird.

Die Erfindung bzw. ihre Weiterbildungen bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die – je nach Bedürfnis bzw. Erfordernis in konkreten Einsatzfällen – gezielt genutzt werden können. Beispielsweise wird ermöglicht, fest haftende Schichten auf Titan-Bauteilen aufzubringen. Ferner wird ermöglicht wirtschaftlich auftragbare Maßkorrekturschichten zu erzeugen, die dicht, fest und korrosionsbeständig sind. Überdies wird ermöglicht, integrale Funktionsflächen an Titan-Bauteilen bzw. an Flugtriebwerk-Bauteilen aus Titan oder aus einer Titanlegierung herzustellen bzw. vorzusehen.

Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel anhand der Figur näher erläutert werden. Dabei zeigt:

1 eine beispielhafte, hier als Niederdruckverddichter gestaltete, Flugtriebwerk-Baugruppe mit einem beispielhaften, erfindungsgemäßen Flugtriebwerk-Bauteil, wobei anhand dieser Figur ferner ein beispielhaftes, erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung bzw. Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils erläutert wird.

1 zeigt einen Niederdruckverdichter 1 (entsprechendes kann z.B. für eine Niederdruckturbine gelten) eines Flugtriebwerks, der ein Beispiel einer Flugtriebwerk-Baugruppe ist, in schematischer, teilweiser Ansicht. Der Niederdruckverdichter 1 weist ein Verdichtergehäuse 10 auf, das sich umfangsmäßig im Wesentlichen geschlossen um die Drehachse 12 einer Niederdruckwelle 14 erstreckt. Innerhalb dieses Verdichtergehäuses 10 wird ein Strömungskanal 16 für eine Luftdurchströmung ausgebildet. In diesen Strömungskanal 16 ragen – bezüglich der Umfangsrichtung der Drehachse 12 – mehrere umfangsmäßig verteilt angeordnete fest am Verdichtergehäuse 10 angeordnete Leitschaufeln 18. Diese Leitschaufeln 18 sind für das Zusammenwirken mit stromabwärts dieser Leitschaufeln 18 angeordneten Laufschaufeln 20 vorgesehen, die – bezüglich der Umfangsrichtung der Drehachse 12 – umfangsmäßig verteilt an einem Rotor 22 gehalten sind. Dieser Rotor 22 weist einen Ring oder eine Scheibe 24 auf, an welchem die Laufschaufeln 20 gehalten sind. Der Rotor 22 bzw. der Ring oder die Scheibe 24 ist drehfest mit der Niederdruckwelle 14 gekoppelt. Die Niederdruckwelle 14 ist über Wälzlager gegenüber dem Verdichtergehäuse 10 drehbeweglich gelagert. Eines dieser Wälzlager ist in 1 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 26 versehen. Dieses in 1 gezeigte Wälzlager 26 dient der axialen und radialen Abstützung der Niederdruckwelle 14. Der Innenring des Wälzlagers 26 kann beispielsweise einerseits mittels eines Absatzes 28 der Niederdruckwelle 14 und andererseits mittels einer auf die Niederdruckwelle 14 geschraubten Wellenmutter 30 axial fixiert sein. Für die die Aufnahme des Außenrings des Wälzlagers 26 ist ein Lageraufnahmeteil 2 vorgesehen. Dieses Lageraufnahmeteil 2 ist hier ein erstes Bauteil 2 bzw. ein Flugtriebwerk-Bauteil 2 im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Das Lageraufnahmeteil 2 ist als Hülse bzw. Ring ausgebildet und bildet eine zylindrische Lagerfläche für das Wälzlager 26 aus. Zur axialen Lagerung des Wälzlagers 26 im Bereich seines Außenringes ist einerseits ein Sicherungsring 32 und andererseits ein sich radial nach innen erstreckender Absatz bzw. Vorsprung 34 des Lageraufnahmeteils 2 vorgesehen. Statt dieses sich radial nach innen erstreckenden Absatzes bzw. Vorsprungs 34 kann aber auch ein anders gestaltetes axiales Sicherungsmittel vorgesehen, das beispielsweise auch ein Sicherungsring sein kann. Zur Aufnahme des Sicherungsrings 32 ist auf der radialen Innenseite des Lageraufnahmeteils 2 eine Nut in dieses Lageraufnahmeteil 2 eingebracht. Der Sicherungsring 32 bildet ein zweites Bauteil, das mit dem das erste Bauteil 2 bildenden Lageraufnahmeteil 2 in Kontakt steht. Die Nut sowie der entsprechende Kontaktbereich sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht gesondert mit einem Bezugszeichen hervorgehoben. Dieser Kontakt bzw. dieser Kontaktbereich wird innerhalb der Nut dadurch gebildet, dass der Sicherungsring 32 dort eingesetzt ist und mit Nutwandungen in Kontakt steht bzw. in Kontakt treten kann.

Um das Lageraufnahmeteil 2 fest an bzw. gegenüber dem Verdichtergehäuse 10 zu halten, ist eine Halteinrichtung 34 vorgesehen. Diese Halteeinrichtung 34 ist in der Gestaltung gemäß 1 so, dass sie eine haltende Verbindung zwischen der radial innen gelegenen Begrenzungswand 36 des Strömungskanals 16 und dem Lageraufnahmeteil 2 erzeugt. Beispielsweise besteht diese Halteeinrichtung 34 aus mehreren – bezüglich der Umfangsrichtung der Drehachse 12 – umfangsmäßig verteilt angeordneten Streben oder aus einem bzw. einer oder mehreren Ringen oder Scheiben oder aus einer Kombination solcher Teile.

Das Lageraufnahmeteil 2 ist aus Titan oder aus einer Titanlegierung bzw. aus einem Werkstoff, der Titan oder eine Titanlegierung aufweist, und mit einer Beschichtung 38 aus Nickel oder einer Nickellegierung versehen.

Mit der Beschichtung 38 aus Nickel bzw. der Nickellegierung ist beispielsweise – wie in 1 angedeutet – die gesamte Außenoberfläche des Lageraufnahmeteils 2 versehen, in diesem Ausführungsbeispiel zumindest aber die die Nut des Lageraufnahmeteils 2 begrenzenden Wandabschnitte, so dass das Lageraufnahmeteil 2 bzw. das Titan bzw. die Titanlegierung verbessert gegen Verschleiß geschützt ist, der durch Reibung zwischen dem Sicherungsring 32 und dem Lageraufnahmeteil 2 innerhalb der Nut im Betrieb auftreten könnte.

Die Beschichtung kann beispielsweise eine Beschichtung aus NiBSi oder aus NiCrBSi oder dergleichen sein.

1
Niederdruckverdichter
2
Lageraufnahmeteil für 26 bzw. erstes Bauteil 2 bzw. Flugtriebwerk-Bauteil
10
Verdichtergehäuse
12
Drehachse von 14
14
Niederdruckwelle
16
Strömungskanal innerhalb von 10
18
Leitschaufel
20
Laufschaufel
22
Rotor
24
Ring bzw. Scheibe von 22
26
Wälzlager
28
Absatz von 14
30
Wellenmutter an 14
32
Sicherungsring, zweites Bauteil
34
Halteinrichtung
36
radial innen gelegene Begrenzungswand von 16
38
Beschichtung


Anspruch[de]
Flugtriebwerk-Baugruppe, nämlich Verdichter oder Turbine (1) eines Flugtriebwerks, mit einem ersten Bauteil (2) und einem mit dem ersten Bauteil (2) in unmittelbarem Kontakt stehenden zweiten Bauteil (32), wobei zumindest das erste Bauteil (2) aus einem Werkstoff ist, der Titan oder eine Titanlegierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) – insbesondere in seinem für den unmittelbaren Kontakt mit dem zweiten Bauteil (32) ausgebildeten Kontaktbereich – zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und/oder Temperatur- und/oder Korrosionsbeständigkeit und/oder zur Maßkorrektur mit einer durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachten Beschichtung (38) aus Nickel oder einer Nickellegierung versehen ist. Flugtriebwerk-Bauteil, insbesondere für eine Flugtriebwerk-Baugruppe gemäß Anspruch 1, welches Flugtriebwerk-Bauteil (2) aus einem Werkstoff ist, welcher Titan oder eine Titanlegierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Flugtriebwerk-Bauteil (2) eine auf diesem Titan oder dieser Titanlegierung durch Laserpulverauftragsschweißen aufgebrachte Beschichtung (38) aus Nickel oder einer Nickellegierung aufweist. Verfahren zur Herstellung oder Instandsetzung eines Flugtriebwerk-Bauteils, und zwar insbesondere zur Herstellung oder Instandsetzung der ersten Bauteils (2) der Flugtriebwerk-Baugruppe gemäß Anspruch 1 oder des Flugtriebwerk-Bauteils (2) gemäß Anspruch 2, wobei dieses erste Bauteil (2) bzw. Flugtriebwerk-Bauteil (2) Titan oder eine Titanlegierung aufweist, mit den Schritten:

– Fertigen oder Bereitstellen eines Bauteils (2) aus Titan oder einer Titanlegierung;

– Aufbringen einer Beschichtung (38) aus Nickel oder aus einer Nickellegierung auf dieses aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigten oder bereitgestellten Bauteils durch Laserpulverauftragsschweißen zur Herstellung oder Instandsetzung des Flugtriebwerk-Bauteils (2) bzw. des ersten Bauteils (2).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus Nickel oder aus einer Nickellegierung beim Laserpulverauftragsschweißen in Bahnen aufgebracht wird.






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