DE102020127076A1 - Verfahren zur Dünnbeschichtung innenliegender Oberflächen von Durchgangsausnehmungen - Google Patents

Verfahren zur Dünnbeschichtung innenliegender Oberflächen von Durchgangsausnehmungen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung einer Dünnbeschichtung auf eine innenliegende Oberfläche (10) einer Durchgangsausnehmung (9), insbesondere einer Durchgangsausnehmung (9) eines Lamellenwärmetauschers (12) und/oder einer Durchgangsbohrung, wobei ein Beschichtungsmittel (2) in einen Druckluftstrom (1) eingegeben und dadurch in Feinsttröpfchen zerlegt wird und anschließend mittels eines durch eine konvergent-divergente Strahldüse (4) mit einer Engstellte (5) erzeugten Düsenstrahls (3) bei hoher Strömungsgeschwindigkeit auf die zu beschichtenden Oberfläche (10) aufgetragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Dünnbeschichtung auf eine innenliegende Oberfläche einer Durchgangsausnehmung, insbesondere einer Durchgangsausnehmung eines Lamellenwärmetauschers und/oder einer Durchgangsbohrung. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens zum Dünnbeschichten von innenliegenden Oberflächen eines Lamellenwärmetauschers und oder von innenliegenden Oberflächen von Durchgangsbohrungen
  • Mit Druckluft betriebene Lackierprozesse sind seit langem bekannt. Die Austrittsgeschwindigkeit eines Druckluftstrahls wird hier durch eine nur geringe Düsenöffnung und die Strahlführung begrenzt. Damit wird auch das sogenannte „overspray“ begrenzt, das nicht genau die zu lackierende Oberfläche trifft. Der Strahlwinkel beträgt hier möglichst nahe 90°, das heißt der Druckluftstrahl trifft im Wesentlichen Senkrecht auf die zu lackierende Oberfläche.
  • Eine Dünnbeschichtung innenliegender Oberflächen von Lamellenwärmetauschern mit Bautiefen von typischerweise bis zu 800mm ist so nicht möglich.
  • Beschichtungen von Lamellenwärmetauschern zum Beispiel zwecks Korrosionsschutzes werden während der Herstellung oder im ausgebauten Zustand des Lamellenwärmetauschers im Tauchverfahren hergestellt. Die Beschichtungsdicke liegt hier verfahrensbedingt jedoch in einem höheren Bereich. Aufgrund der vergleichsweise großen Beschichtungsdicke kann der Wärmeübergang bereits merklich beeinträchtigen sein. Zudem ist die Dünnbeschichtung von Lamellenwärmetauschern im eingebauten Zustand mit den bekannten beziehungsweise üblicherweise eingesetzten Beschichtungsmitteln bisher nicht möglich.
  • Ebenso ist die Dünnbeschichtung der Innenflächen von Durchgangsbohrungen mit kleinen Durchmessern wie z.B. 3mm, wie diese beispielsweise an Lochwalzen in der Papierindustrie in großer Stückzahl vorgesehen sind, ist mit den bisher vorhandenen Verfahren / den optimalen Beschichtungsmitteln schwierig bis unmöglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Aufbringung einer Dünnbeschichtung auf eine innenliegende Oberfläche von Durchgangsbohrungen und von Lamellenwärmetauschern aufgebracht werden kann.
  • Die Bautiefe der Tauscher kann dabei bis zu 800mm und mehr betragen.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Demzufolge sieht das Verfahren zur Aufbringung einer Dünnbeschichtung auf eine innenliegende Oberfläche einer Durchgangsausnehmung, insbesondere einer Durchgangsausnehmung eines Lamellenwärmetauschers und/oder einer Durchgangsbohrung, vor, dass ein Beschichtungsmittel in einen Druckluftstrom eingegeben und dadurch in Feinsttröpfchen zerlegt wird und dass das Beschichtungsmittel anschließend mittels eines durch eine konvergent-divergente Strahldüse mit einer Engstellte erzeugten Düsenstrahls bei hoher Strömungsgeschwindigkeit auf die zu beschichtenden Oberfläche aufgetragen wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den nachfolgenden Unteransprüchen angegeben.
  • Die im Unterschied zu den üblichen Sprayverfahren hohe Ausgangsgeschwindigkeit des neuen Verfahrens beträgt abhängig von der zu beschichtenden Bautiefe des Tauschers bzw. der Durchgangsbohrung zumindest 30m / sec bis zu Überschallgeschwindigkeit. Dadurch wird garantiert, dass der Düsenstrahl auch in größerer Bautiefe liegende Oberflächen beschichten kann.
  • Der auf die Oberflächen gerichtete Strahl verläuft dabei parallel oder größtenteils parallel, das heißt unter einem spitzen Winkel zu der zu beschichtenden Oberfläche. Die Reibung des Strahls an der Oberfläche führt dennoch zu der gewünschten Dünnbeschichtung der Oberflächen. Durch die hohe Geschwindigkeit des Düsenstrahls wird überschüssiges Material sofort wieder abgetragen, so dass die Beschichtung dünn aufgetragen beziehungsweise hergestellt werden kann. Je nach Einstellung des Strahldrucks und der damit verbundenen Strahlgeschwindigkeit kann so auch die Schichtdicke der Oberfläche reguliert werden. Insgesamt gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Dünnbeschichtungen mit einer Dicke von 100 nm bis 40 µm bereitzustellen. Hierbei gelingt es, eine vorgegebene Solldicke mit einer Genauigkeit von maximal 20 % herzustellen.
  • Eine weitere Regulierungsmöglichkeit besteht über die Dosierungsmenge des Beschichtungsmittels.
  • Die Dünnbeschichtung bringt neben dem Korrosionsschutz eine Glättung der vorhandenen Oberflächen mit sich, Poren der Oberflächen werden dadurch geschlossen. Das führt zu der Verbesserung der Durchgangswerte von Druckluft oder Fluiden. Die glatteren Oberflächen lassen sich zudem besser reinigen.
  • Als Beschichtungsmittel kommen grundsätzlich Liquide beziehungsweise Liquide mit Partikeln zur Anwendung. Beim Einsatz von hydrophoben Beschichtungsmitteln wird im Bereich von nicht überdachten Lamellenwärmetauschern im Außenbereich zusätzlich ein Selbstreinigungseffekt durch Regen erreicht. Als hydrophobes Beschichtungsmittel kommen beispielsweise Silazane zur Anwendung. Beispielsweise können halogenierte Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel PTFE oder Hybride mit anorganischem Grundgerüst mit organischen Seitenketten als Beschichtungsmittel dienen.
  • Die nachfolgenden Figuren und die Figurenbeschreibung verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung des Verfahrens bei der Dünnbeschichtung von Durchgangsausnehmungen in einem Walzenmantel und
    • 2 eine Prinzipdarstellung des Verfahrens bei der Dünnbeschichtung von innenliegenden Oberflächen eines Lamellenwärmetauschers.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird exemplarisch anhand eines in 1 gezeigten ersten Anwendungsbeispiels verdeutlicht.
  • In 1 ist eine Strahldüse 4 dargestellt, die einen ersten Anschluss zum Zuführen von Druckluft 1 und einen weiten Anschluss vom Zuführen eines Beschichtungsmittels 2 aufweist. Die Strahldüse 4 ist als konvergent-divergente Strahldüse mit einer Engstelle 5 ausgebildet. Die Strahldüse 4 dient zum Zerstäuben des Strahlmittels 2 und stellt am Ausgang eines Düsenstrahl 3 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 30 m/sec bereit. Das Beschichtungsmittel 2 wird vorliegend in einem Abstand 6 von 40 mm vor der Engstelle 5 der Strahldüse 4 in die Druckluft 1 eindosiert.
  • Die Druckluft 1 weist bevorzugt einen Taupunkt von mindestens 3 °C auf. Ein Druck des eindosierten Beschichtungsmittel 2 ist bevorzugt größer als ein Druck der zugeführten Druckluft 1.
  • Der Düsenstrahl 3 wird auf eine Mantel 8 einer Walze gerichtet, der eine Vielzahl von Durchgangsausnehmungen 9 aufweist. Die Durchgangsausnehmungen 9 sehen innenliegende Oberflächen 10 vor, auf die eine Dünnbeschichtung mit einer Dicke im Bereich von 100 nm bis 40 µm aufgebracht ist. Die innenliegende Oberfläche 10 erstreckt sich parallel zu einer Strahlrichtung 7 des Düsenstrahls 3, der auf den Mantel 8 der Walze gerichtet ist.
  • Optional kann der Düsenstrahl 3 unter einem spitzen Winkel 11 auf die innenliegenden Oberflächen 10 der Durchgangsausnehmungen 9 gerichtet werden. Der spitze Winkel 11 sollte - bezogen auf die Strahlrichtung 7 - kleiner sein als 30°.
  • 2 zeigt ein zweites Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Hierbei werden die innenliegenden Oberflächen 9 eines Lamellenwärmetauschers 12 dünnbeschichtet, wobei benachbarte Lamellen 13 des Lamellenwärmetauschers 12 die Durchgangsausnehmungen 9 bilden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Aufbringung einer Dünnbeschichtung auf eine innenliegende Oberfläche (10) einer Durchgangsausnehmung (9), insbesondere einer Durchgangsausnehmung (9) eines Lamellenwärmetauschers (12) und/oder einer Durchgangsbohrung, wobei ein Beschichtungsmittel (2) in einen Druckluftstrom (1) eingegeben und dadurch zerstäubt wird und anschließend mittels eines durch eine konvergent-divergente Strahldüse (4) mit einer Engstelle (5) erzeugten Düsenstrahls (3) bei hoher Strömungsgeschwindigkeit auf die zu beschichtenden Oberfläche (10) aufgetragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Düsenstrahls (3) beim Verlassen der Strahldüse (4) mindestens 30 m/sec beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel (3) bei einer Eindosierung mindestens 40 mm vor der Engstelle (4) der Strahldüse (4) mit zumindest 80 % eines Drucks der Druckluft (1) zugeführt wird, vorzugsweise jedoch mit einem Druck oberhalb des Drucks der Druckluft.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel (3) bei der Eindosierung in einer Entfernung von weniger als 40 mm von der Engstelle (5) der Strahldüse (4), in der Engstelle (5) oder stromaufwärts der Engstelle (5) der Strahldüse (4) mit einem Druck von weniger als 80 % des Drucks der Druckluft (1) und/oder drucklos zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnbeschichtung mit einer Dicke nach der Aushärtung von wenigstens 100 nm und maximal 40 µm hergestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluft (1) ein hydrophobes Beschichtungsmittel (2) zugegeben wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluft (1) ein Beschichtungsmittel (2) aus fluorierten Polymeren zugegeben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus organisch modifizierten keramischen Beschichtungsmitteln hergestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Oberflächen (10) zur zusätzlichen Konditionierung der Dünnbeschichtung unmittelbar nach der Herstellung der Beschichtung zusätzlich mit dem Druckluftstrahl (1) bestrahlt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Druckluft (1) einen Taupunkt von zumindest +3°C aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Engstelle (5) der Strahldüse (4) einen Querschnitt von mindestens acht Quadratmillimeter aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (4) eine Flachdüse ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftstrom (1) durch ein Ventil geregelt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel (2) durch eine Dosiereinheit und/oder ein Nadelventil und/oder eine Blende dosiert wird.
  15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Dünnbeschichten von innenliegenden Oberflächen (10) eines Lamellenwärmetauschers (12) und oder von innenliegenden Oberflächen (10) von Durchgangsbohrungen, die an einem Mantel (8) einer Walze und/oder Trommel vorgesehen sind.
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