DE102015226612A1

DE102015226612A1 - Verfahren zum Beschichten

Info

Publication number: DE102015226612A1
Application number: DE102015226612.5A
Authority: DE
Inventors: Jakub Pasek
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung der Innenwand eines Kanals, insbesondere Kühlkanals, der von einem Fluid durchströmbar ist, wobei der Kanal durch eine Baugruppe verläuft, die aus zumindest zwei Bauteilen besteht, mit folgenden Schritten: – montieren der Bauteile zu einer Baugruppe – verbinden des Kanals mit einer Beschichtungsanlage – spülen des Kanals mit einem Beschichtungsmedium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Innenwand eines Kanals, insbesondere Kühlkanals, der von einem Fluid durchströmbar ist, wobei der Kanal durch mindestens zwei Bauteile gebildet wird.
Kanäle, die von einem Fluid durchströmt werden, kommen in allen Bereichen der Technik vor. Bei Maschinen wie Motoren, Hubkolbenmaschinen usw. ist es beispielsweise erforderlich, den Kanal für das Kühlfluid durch mehrere Bauteile zu führen, um möglichst einen Kanal zur Kühlung des Aggregats zu erhalten.
Dabei kommt es auch vor, dass der Kanal durch zwei Bauteile gebildet wird. Darunter versteht man, dass der Kanal von Kanalsegmenten gebildet wird, die unterschiedlichen Bauteilen zuzuordnen sind.
Wird ein derartiger Kanal von einem aggressiven Fluid durchflossen kommt es regelmäßig zu Schäden wie z.B. erhöhte Korrosion.
Diese Schäden werden vermieden, wenn die Innenwand des Kanals beschichtet wird. Da es schwierig ist nur die Innenwandung des Kanals zu beschichten, wird meist gleich das ganze Bauteil/ alle Bauteile beschichtet. Der Zusammenbau z.B. durch Löten, Schweißen usw. der Baugruppe erfolgt nach dem Beschichten.
An den Stellen, an denen die Bauteile beim Zusammenbau durch Löten verbunden werden, kommt es zu weiteren Problemen. Insbesondere wenn Kupferlot verwendet wird, führt dies im Kühlsystem zu einer starken Korrosion, da ein nachträgliches Beschichten der Lötstellen nicht möglich ist. Der Aufwand für das Beschichten ist somit nicht nur relativ hoch und teuer, sondern auch keine gute technische Lösung.
Insbesondere bei Hubkolbenverdichter bzw. Kompressoren ist eine aufwendige Kühlkanalführung notwendig um alle relevanten Bereiche zu erreichen.
Im Wesentlichen besteht ein Hubkolbenverdichter aus einem Kolbengehäuse, in dem Hubkolben bewegbar sind, und einem Zylinderkopf mit Ventilen zum Ein- und Auslass eines Fluides, wie zum Beispiel der Umgebungsluft, welche mittels des Kompressors verdichtet wird. Beim Verdichten erhitzt sich Luft und muss gekühlt werden.
Zur Kühlung sind im Kolbengehäuse und/oder im Zylinderkopf Kühlkanäle integriert, die von einem Kühlfluid durchströmt werden. Zum Schutz vor Korrosion muss dem Kühlfluid ein Korrosionsschutzmittel, in der Regel ein Frostschutzmittel, beigefügt werden. Wird das geforderte Mischungsverhältnis nicht eingehalten kommt es zu Korrosion/Abrasion.
Die Kühlkanäle von Kolbengehäuse und Zylinderkopf sind in der Regel miteinander verbunden, so dass die Bauteile bzw. Kühlkanalabschnitte, nacheinander durchströmt werden. Der gemeinsame Kühlkanal ist an einen Kühlkreislauf angeschlossen.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Auftragen einer Korrosionsschutzbeschichtung vorzuschlagen, das einen verbesserten Korrosionsschutz bietet und die Herstellkosten reduziert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zu Beschichtung der Innenwand eines Kanals, insbesondere Kühlkanal, der von einem Fluid durchströmbar ist, vorgeschlagen. Der zu beschichtende Kanal verläuft durch eine Baugruppe die aus zumindest zwei Bauteilen besteht, wobei folgende Schritte vorgesehen sind um dem Kanal zu beschichten:

– montieren der Bauteile zu einer Baugruppe
– verbinden des Kanals mit einer Beschichtungsanlage
– spülen des Kanals mit einem Beschichtungsmedium.

Als Beschichtungsmedium kann beispielsweise Nickel verwendet werden, wobei die Beschichtung durch „chemisch Vernickeln“ aufgebracht werden kann. Alternativ kann als Beschichtungsmedium ein Kunststoff verwendet werden. Beim chemischen Vernickeln werden die zur Abscheidung, Reduktion, der Nickelionen notwendigen Elektronen mittels chemischer Oxidationsreaktion im Bad selbst erzeugt. Dadurch erhält man beim chemischen Vernickeln konturtreue Beschichtungen, deren Maße bei einer Toleranz von ±2 µm bis ±3 µm im Bereich von 8 µm bis 80 µm liegen können.
Dieses Verfahren hat insbesondere folgende Vorteile:
Die Beschichtung findet nur an den relevanten Stellen statt, wodurch der Einsatz von Nickel wesentlich reduziert wird.
Eine Baugruppe kann vormontiert werden und erst anschließend muss eine Entscheidung über die Beschichtung getroffen werden. Dadurch wird die Reaktionszeit auf Kundenwünsche reduziert.
Zusätzliche Bauteile, deren Beschichtung zu teuer, oder nicht möglich war, können günstig mitbeschichtet werden z.B. das Kurbelgehäuse.
Je nach Beschichtungsverfahren können auch Kunststoffteile geschützt werden z.B. Dichtungen.
Das Kupferlot von gelöteten Bauteilen (z.B. Lamellenventil) wird durch die Beschichtung vom Kühlkreislauf getrennt und damit Korrosion im Fahrzeugkühlsystem vermieden.
Fügeverfahren können eingesetzt werden, die sonst nur ohne eine Beschichtung zum Einsatz kommen können.
In einer Anwendung kann die Baugruppe der Zylinderkopf für eine Hubkolbenmaschine sein. Dabei kann der Zylinderkopf mehrere Bauteile umfassen, wobei durch die Bauteile ein Kühlkanal führt, der aus mehreren Teilabschnitten besteht, wobei einzelne Kühlkanalabschnitte durch unterschiedliche Bauteile gebildet werden und die Innenwand des gesamten Kanals beschichtet ist. Vorteilhaft ist es wenn die Beschichtung des Kanals mittels eines Verfahrens wie oben beschrieben aufgebracht ist.
In einer Ausführung kann der Zylinderkopf der Zylinderkopf eines mehrstufigen Kompressors sein. Weiterhin kann der Zylinderkopf ein Zylinderkopfoberteil, eine Zwischenplatte, ein Zylinderkopfunterteil und eine Ventilsitzplatte, auf der die Ventile für den Einlass und Auslass des Arbeitsmediums in den Hubkolbenraum angeordnet sind, umfasst. Der Kühlkanal, der durch die Bauteile der Baugruppe führt, kann so mittels des Beschichtungsverfahrens in einem Arbeitsschritt beschichtet werden.
Weiterhin kann ein mehrstufiger Kompressor mit einem Zylinderkopf und einem darin verlaufenden Kühlkanal vorgesehen sein, wobei der Kompressor ein Hubkolbengehäuse umfasst, durch welches ein Kühlkanal führt, wobei der Kühlkanal einen Teilabschnitt des Kühlkanals des Zylinderkopfes bildet, sodass die Kühlmittelzuführung an einem Bauteil des Zylinderkopfes und die Kühlmittelabfuhr über das Hubkolbengehäuse erfolgen können.
Ist der Kompressor bereits vollständig montiert, bildet dieser die Baugruppe. Auch hier kann der Kühlkanal mittels des Beschichtungsverfahrens in einem Arbeitsschritt beschichtet werden.
Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:
1 eine Hubkolbenmaschine
2 Schnitt durch den Zylinderkopf zur Darstellung des Kühlkanals
3 Schnitt durch den Kühlkanal
1 zeigt eine Hubkolbenmaschine oder einen Kompressor. Ein derartiger Kompressor wird in 2 verschiedenen Varianten hergestellt. Bei der Serienvariante ist keine Beschichtung des Kühlkanals 10 erforderlich. Für die Nachmarktvariante muss der Kühlkanal 10 beschichtet sein.
Der dargestellte Kompressor besteht im Wesentlichen aus einem Zylinderkopf und einem Kompressorgehäuse 17 in dem die Hubkolben der ersten Stufe 18 und der zweiten Stufe 19 angeordnet sind.
Auf dem Kompressorgehäuse 17 ist der Zylinderkopf 1 angeordnet. Dieser besteht aus etlichen Bauteilen wie dem Zylinderkopfoberteil 8, der Zwischenplatte 7, dem Zylinderkopfunterteil 6 und der Ventilsitzplatte 9, auf der die Ventile für den Einlass und Auslass des Arbeitsmediums in den Hubkolbenraum angeordnet sind.
Über den Arbeitsmediumeinlass 14 und die Saugkammer 4 strömt das Arbeitsmedium, wie Umgebungsluft, in die erste Stufe 18 ein. von dort gelangt es vorkomprimiert über einen Zwischenkanal in die zweite Stufe 19. Die komprimierte Luft aus der zweiten Stufe strömt anschließend über die Druckkammer 5 und den Arbeitsmediumauslass 15 zu einem hier nicht dargestellten Druckspeicher.
Zur Kühlung der vorkomprimierten und komprimierten Luft ist ein Zwischenkühler im Zylinderkopf angeordnet. Der Zwischenkühler ist im Wesentlichen in die Bauteile des Kompressors integriert. So setzt sich der Kühlkanal aus mehreren Teilabschnitten zusammen, wobei einzelne Abschnitte segmentartig zusammengesetzt sein können. Das heißt, ein Kanalabschnitt ist aus mehreren Segmenten in mehreren Bauteilen zusammengesetzt. Der Kanal kann beispielsweise durch das Zylinderkopfunterteil 6 und die Trennplatte 7 gebildet werden.
In 2 ist ein Schnitt durch das Zylinderkopfunterteil 6 zur Darstellung des Kühlkanals 10 zu sehen. Aus dieser Ansicht ist ersichtlich, dass der Verlauf des Kühlkanals 10 sehr komplex ist. So kann der Kühlkanal 10 auch Kanäle 20 umfassen die von einem Bauteil zu einem benachbarten Bauteil führen.
In 3a, b sind zwei Beispiele dargestellt, wie der Kühlkanal 10 aufgebaut sein kann. Insbesondere ist der segmentartige Aufbau zu erkennen, durch den der Kanal im Querschnitt zusammengesetzt ist. Beim vorgeschlagenen Beschichtungsverfahren wird nur noch die Wandung des Kanals beschichtet. Kontaktflächen zwischen den Bauteilen werden nicht beschichtet. Zudem würden auch Dichtungen zwischen den Bauteilen an den Flächen beschichtet die ein Segment des Kanals bilden und somit zur Wandung des Kanals gehören.
Das Verfahren kann vorteilhaft bei allen denkbaren Baugruppen angewendet werden, bei denen durch den Zusammenbau ein Kanal gebildet wird, wobei auch Kanäle durch einzelne Bauteile mittels des Verfahrens beschichtet werden können.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2: Kühlwassereinlass
3: Kühlwasserauslass
4: Saugkammer
5: Druckkammer
6: Zylinderkopfunterteil
7: Trennplatte
8: Zylinderkopfoberteil
9: Ventilsitzplatte
10: Kühlkanal
14: Arbeitsmediumeinlass
15: Arbeitsmediumauslass
17: Kompressorgehäuse
18: erste Stufe
19: zweite Stufe
20: Kanal
21: Druckluftkanal

Claims

Verfahren zur Beschichtung der Innenwand eines Kanals (10), insbesondere Kühlkanals, der von einem Fluid durchströmbar ist, wobei der Kanal (10) durch zumindest eine Baugruppe (1) verläuft, die aus zumindest zwei Bauteilen (6, 7, 8, 9) besteht, mit folgenden Schritten, – montieren der Bauteile (6, 7, 8, 9) zu einer Baugruppe (1) – verbinden des Kanals (10) mit einer Beschichtungsanlage – spülen des Kanals (10) mit einem Beschichtungsmedium.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmedium Nickel umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch chemisches Vernickeln aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmedium ein Kunststoff ist.
Zylinderkopf (1) umfassend mehrere Bauteilen (6, 7, 8, 9), wobei durch die Bauteile (6, 7, 8, 9) ein Kühlkanal (10) führt, der aus mehreren Teilabschnitten besteht, wobei einzelne Kühlkanalabschnitte durch unterschiedliche Bauteile gebildet werden, wobei die Innenwand des gesamten Kanals beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Kanals (10) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgebracht ist.
Zylinderkopf (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) der Zylinderkopf eines mehrstufigen Kompressors ist.
Zylinderkopf (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf ein Zylinderkopfoberteil 8, eine Zwischenplatte 7, ein Zylinderkopfunterteil 6 und eine Ventilsitzplatte, auf der die Ventile für den Einlass und Auslass des Arbeitsmediums in den Hubkolbenraum angeordnet sind, umfasst.
Mehrstufiger Kompressor mit einem Zylinderkopf und einem darin verlaufenden Kühlkanal (10) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor ein Hubkolbengehäuse (17) umfasst, durch welches ein Kühlkanal führt, wobei der Kühlkanal einen weiteren Teilabschnitt des Kühlkanals (10) bildet, sodass die Kühlmittelzuführung (2) an einem Bauteil des Zylinderkopfes und die Kühlmittelabfuhr (3) über das Hubkolbengehäuse erfolgen können.