DE10209485A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Innenbeschichtung eines Rohres - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Innenbeschichtung eines RohresInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (01) zur Beschichtung der Innenwandung (14) eines Rohres (02) mit einer härtbaren Masse, wobei an der Vorrichtung (01) eine Spritzvorrichtung (04) vorgesehen ist, mittels der ein gerichteter Strahl (10) der härtbaren Masse erzeugbar ist. An der Vorrichtung (01) ist eine rotatorisch antreibbare Schleudervorrichtung (05) vorgesehen, wobei der Strahl (10) der härtbaren Masse derart auf die Schleudervorrichtung (05) gerichtet ist, dass die härtbare Masse von der Schleudervorrichtung (05) aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkraft gegen die Innenwandung (14) des Rohres (02) geschleudert wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Innenbeschichtung eines Rohres nach dem Oberbegriff der unabhängigen Hauptansprüche.
Gattungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren können bei der Sanierung von
Rohrleitungen, aber auch bei der Herstellung von neuen Rohren zum Einsatz kommen. Das
Rohrleitungsnetz ist an vielen Orten stark überaltert und brüchig, so dass es wegen der dabei
auftretenden Leckagen einen dringenden Sanierungsbedarf gibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine neue Vorrichtung und
ein neues Verfahren zur Innenbeschichtung von Rohren mit einer härtbaren Masse
vorzuschlagen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere darin, dass
der Strahl der härtbaren Masse, die nach ihrer Aushärtung die gewünschte Innenbeschichtung
des Rohres ergibt, auf eine rotatorisch antreibbare Schleudervorrichtung gerichtet wird. Nach
dem Aufprall der härtbaren Masse auf die Schleudervorrichtung wird die härtbare Masse dann
von der Schleudervorrichtung auf Grund der durch die Rotation wirkenden Fliehkräfte gegen
die Innenoberfläche des Rohres geschleudert. Durch diese Art der Verteilung der härtbaren
Masse kann eine außerordentlich gleichmäßige Beschichtung auf der Innenseite des Rohres
erzeugt werden. Außerdem ist es möglich, härtbare Massen zu verarbeiten, die innerhalb sehr
kurzer Topfzeiten aushärten.
In welcher Art der Antriebsmotor zum Antrieb der Schleudervorrichtung
ausgebildet ist, ist grundsätzlich beliebig. So sind beispielsweise elektromotorisch oder
hydraulisch betriebene Antriebsmotoren denkbar. Besonders vorteilhaft ist es, einen mit
Druckluft oder einem ähnlichen Druckmedium angetriebenen Antriebsmotor zu verwenden,
da mit diesen Antriebsmotoren sehr hohe Drehzahlen erreicht werden können.
Das Beschichtungsergebnis bei Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung hängt auch maßgeblich davon ab, welcher Abstand zwischen der
Schleudervorrichtung und der Spritzvorrichtung vorhanden ist. Damit die erfindungsgemäße
Vorrichtung auf unterschiedliche Randbedingungen eingestellt werden kann, ist es deshalb
besonders vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Schleudervorrichtung und
Spritzvorrichtung veränderbar ist.
Einen weiteren wichtigen Betriebsparameter stellt die Drehzahl der
Schleudervorrichtung dar. Deshalb sollte auch die Drehzahl der Schleudervorrichtung
verändert werden können, um somit unterschiedliche Randbedingungen der Beschichtung
optimal erfüllen zu können.
Weiter sollte auch die Strömungsgeschwindigkeit der härtbaren Masse,
beispielsweise gemessen als Austrittsgeschwindigkeit an der Spritzvorrichtung bzw. als
Aufprallgeschwindigkeit an der Schleudervorrichtung, verändert werden können. Dies kann
beispielsweise durch Änderung des Förderdruckes, mit dem die härtbare Masse bzw. die
verschiedenen Komponenten, aus denen die härtbare Masse gemischt wird, in die
Spritzvorrichtung gepumpt wird.
Um eine durchgehende Innenbeschichtung auf der Innenseite des Rohres
abscheiden zu können, muss die Spritzvorrichtung relativ zum Rohr verfahren werden. Dazu
kann erfindungsgemäß eine Fördereinrichtung, beispielsweise eine Robotermimik oder eine
im Rohr verfahrbare Rohrmaus vorgesehen sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Fördereinrichtung ferngesteuert verfahren werden kann, um dadurch die ferngesteuerte
Beschichtung des Rohres zu ermöglichen. Damit wird es insbesondere möglich, dass das
Bedienungspersonal die Beschichtung von außerhalb eines Rohres durchführt.
Um das Beschichtungsergebnis im Rohr jederzeit kontrollieren zu können,
kann an der Vorrichtung eine Beobachtungseinheit, die insbesondere in der Art einer
Videokamera ausgebildet sein kann, vorgesehen werden. Die von der Videokamera
aufgenommenen Bilder werden dann über eine Leitung an eine außerhalb des Rohres
angeordnete Anzeigevorrichtung, beispielsweise einen Monitor, übertragen, so dass das
Bedienungspersonal das Beschichtungsergebnis inspizieren kann.
In welcher Weise die Schleudervorrichtung konstruktiv ausgebildet ist, ist
grundsätzlich beliebig. So sind beispielsweise kegelförmige oder kegelstumpfförmige
Schleudervorrichtungen denkbar, bei denen der Strahl der härtbaren Masse auf die
Kegelfläche gerichtet wird. Ein besonders gleichmäßiges Beschichtungsergebnis wird
erreicht, wenn die Schleudervorrichtung in der Art einer Topfscheibe ausgebildet ist, die um
den Mittelpunkt ihres Bodens rotierend angetrieben wird.
Bei Verwendung einer derartigen Topfscheibe kann der Strahl der härtbaren
Masse dann so auf die Topfscheibe gerichtet werden, dass der Strahl im Wesentlichen am
Boden der Topfscheibe und/oder an einer am Boden angeordneten Antriebswelle auf die
Topfscheibe auftrifft. Durch diese spezielle Relativkinematik zwischen Strahl und
Topfscheibe wird erreicht, dass die Strömungsrichtung der härtbaren Masse nach dem
Aufprall stark umgelenkt wird. Ausgehend vom Aufprallpunkt wird nämlich die härtbare
Masse durch die Zentrifugalkraft entlang des Bodens und entlang Innenwandung der
Seitenwand der Topfscheibe nach außen getrieben. Sobald die härtbare Masse dann den Rand
der Topfscheibe erreicht hat, werden Partikel der härtbaren Masse mit hoher Geschwindigkeit
in Richtung der Innenwandung des Rohres geschleudert und bilden einen Sprühnebel. Im
Ergebnis wird die Strömungsrichtung der härtbaren Masse entlang der Wandung der
Topfscheibe bogenförmigen umgelenkt, was eine gleichmäßige Verteilung über den gesamten
Umfang ermöglicht. Durch diese sehr gleichmäßige Strömung wird insbesondere auch
erreicht, dass die härtbare Masse von der Topfscheibe in alle Richtungen sehr gleichmäßig
verteilt wird und sich keine Vorzugsrichtung in Abhängigkeit vom Aufprallort des Strahles
auf der Topfscheibe ausbildet.
Die Bildung eines gleichmäßigen Strömungszustandes der härtbaren Masse am
Boden der Topfscheibe wird dadurch unterstützt, wenn die Topfscheibe eine konkav
ausgebildete Innenfläche aufweist. Der Übergang zwischen dem konkav ausgebildeten Boden
der Topfscheibe und der Seitenwand der Topfscheibe sollte dabei vorzugsweise kantenfrei
sein, so dass die härtbare Masse im Wesentlichen widerstandslos vom Boden der Topfscheibe
auf die Seitenwand der Topfscheibe überströmen kann. Dies bedeutet mit anderen Worten,
dass eine konkrete Übergangslinie zwischen Boden und Seitenwand der Topfscheibe nicht
vorhanden ist.
Welche Zentrifugalkräfte auf die härtbare Masse entlang des Strömungsweges
an der Seitenwand der Topfscheibe wirken, hängt maßgeblich vom Öffnungswinkel der
Seitenwand relativ zur Mittelachse der Topfscheibe ab. Die Geschwindigkeit, mit der die
Partikel der härtbaren Masse vom Rand der Topfscheibe in Richtung der Innenseite des
Rohres geschleudert werden, wird um so größer, je größer der Öffnungswinkel gewählt ist. In
Versuchsreihen wurde ermittelt, dass besonders gute Beschichtungsergebnisse erreicht
werden, wenn der Öffnungswinkel α ungefähr im Bereich zwischen 20° bis 70° liegt.
Insbesondere ein Öffnungswinkel von ungefähr 50° hat sich als hervorragend geeignet für die
Beschichtung herausgestellt.
Ein weiteres wichtiges Kriterium zum Betrieb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung stellt der Aufprallwinkel β dar, unter dem der Strahl der härtbaren Masse relativ
zur Mittelachse der Topfscheibe auf die Innenseite der Topfscheibe bzw. die am Boden
angeordnete Antriebswelle auftrifft. Für den Aufprallwinkel β wurde in Versuchen ermittelt,
dass dieser ungefähr im Bereich von 30° bis 70°, insbesondere ungefähr 40°, betragen sollte,
um gute Beschichtungsergebnisse zu erreichen.
Welche Art von härtbarer Masse zur Beschichtung des Bodens verwendet wird,
ist grundsätzlich beliebig. Besonders haltbare und gut verarbeitbare härtbare Massen ergeben
sich, wenn die härtbare Masse aus mehreren Materialkomponenten, beispielsweise einem
System aus einem Grundstoff und einem dazu geeigneten Härter, gemischt werden. Diese
Materialkomponenten werden dann über getrennte Leitungen zur Spritzvorrichtung befördert
und dort erst kurz vor dem eigentlichen Spritzvorgang gemischt.
In welcher Art die Spritzvorrichtung ausgebildet ist, ist grundsätzlich beliebig.
Ein Problem bei der Verarbeitung härtbarer Massen, die aus mehreren Komponenten
gemischt werden, stellt sich dadurch, dass die Mischstrecke zwischen dem Punkt, an dem die
Komponenten miteinander vermischt werden und dem Punkt, an dem die Komponenten am
Düsenaustritt austreten, möglichst kurz sein sollte. Nur so können Materialsysteme mit extrem
kurzen Topfzeiten verarbeiten werden. Außerdem kann durch die kurze Mischstrecke der
Reinigungsaufwand nach Beendigung des Spritzvorgangs verringert werden. Anderseits muss
die Mischstrecke aber mindestens so lang sein, dass eine ausreichend homogene Vermischung
der Materialkomponenten möglich ist.
Es wird deshalb eine Spritzvorrichtung vorgeschlagen, die ein mittels einer
Düsennadel betätigbares Ventil, das nahe der Düsenöffnung angeordnet ist, und eine
Betätigungs- und Rückstellvorrichtung für die Düsennadel aufweist. In der Düse ist ein in der
Düsenöffnung mündender Düsenkanal vorgesehen, in dem die Düsennadel verschiebbar
gelagert ist. Seitlich in den Düsenkanal münden Bohrungen, durch die die zu mischenden
Komponenten in den Düsenkanal einströmen. Sobald die Düsennadel so weit zurückgezogen
wird, dass die Bohrungen freigegeben werden, strömen die zu mischenden Komponenten
unter dem Förderdruck aus seitlicher Richtung in den Düsenkanal ein, wo sie sich auf Grund
der Strömungsturbulenzen innig miteinander vermischen. Die so zu realisierende
Mischstrecke für die zu mischenden Komponenten kann dadurch extrem kurz gestaltet
werden. Sobald der Spritzvorgang beendet werden soll, wird die Düsennadel im Düsenkanal
zumindest so weit nach vorne geschoben, dass die Bohrungen abgedichtet sind.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Länge der Düsennadel so gewählt
ist, dass diese im Ruhezustand, in dem die Bohrungen zur Zuführung der
Materialkomponenten verschlossen sind, mit der Düsenöffnung der Spritzpistole abschließt.
Dadurch wird erreicht, dass bei Beendigung des Spritzvorganges durch Vorschieben der
Düsennadel der gesamte Restbestand an bereits gemischten Materialkomponenten durch die
Spitze der Düsennadel aus dem Düsenkanal herausgedrückt wird. Bei ausreichend genau
gefertigter Passung zwischen dem Durchmesser des Düsenkanals und dem Durchmesser der
Düsennadel verbleiben dann nach Vorschieben der Düsennadel im Wesentlichen keine
härtbaren Materialanteile mehr im Düsenkanal, so dass eine Reinigung der Spritzvorrichtung
nach Beendigung des Spritzvorganges wesentlichen vereinfacht wird.
Eine besonders gleichmäßige Vermischung der zu mischenden
Materialkomponenten wird erreicht, wenn die Bohrungen zur Zuführung der
Materialkomponenten in der gleichen Ebene liegend und im wesentlichen rechtwinkelig zum
Düsenkanal verlaufend angeordnet sind. D. h. die Düsenkanäle können einen geringen
Anstellwinkel aufweisen. Der Durchmesser der Bohrungen ist dabei nach einer bevorzugten
Ausführungsform kleiner als der des Düsenkanals, so dass sich die unter Druck stehenden
Materialkomponenten beim Einströmen in den Düsenkanal entspannen, was die Vermischung
verbessert.
Um starke Strömungsturbulenzen bei der Vermischung der
Materialkomponenten im Düsenkanal zu erreichen, können die Achsen der Bohrungen
gegeneinander versetzt angeordnet sein. Auch durch diese Maßnahme wird die Vermischung
der Materialkomponenten verbessert, so dass die erforderliche Mischstrecke verkürzt werden
kann.
Um die Spritzvorrichtung bei Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auch ferngesteuert betätigen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn die
Düsennadel mittels eines von einem zweiseitig wirkenden Druckkolbens und eine daran
befestigten Welle betätigbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zeitgleich zur
Erzeugung des von der Schleudervorrichtung weggeschleuderten Nebels der härtbaren Masse
die Vorrichtung mit einem bestimmten Vorschub längs des Rohres verfahren wird. Durch
diese kombinierte Bewegungskinematik kann im Ergebnis eine gleichmäßige Beschichtung
auf der Innenoberfläche längs des Rohres erzeugt werden.
Besonders gute Beschichtungsergebnisse werden erreicht, wenn die härtbare
Masse mit einer Topfzeit von wenigen Sekunden aushärtet. Dies bedeutet mit anderen
Worten, dass die härtbare Masse bereits unmittelbar nach Aufprall auf der Rohrinnenseite
ausgehärtet ist, so dass unerwünschte Materialverschiebungen, beispielsweise verursacht
durch Tropfnasen, die von der Oberseite des Rohres zur Unterseite des Rohres ablaufen,
zuverlässig ausgeschlossen sind.
Derartig kurze Topfzeiten lassen sich besonders einfach mit
Mehrkomponenten-Systemen bei denen die härtbare Masse aus mehren
Materialkomponenten, beispielsweise einem Grundstoff und einem dazu geeigneten Härter,
gemischt werden, herstellen.
Um den Reinigungsaufwand nach Beendigung des Spritzvorganges zu
minimieren, sollen die verschiedenen Materialkomponenten, die zur Bildung der härtbaren
Masse miteinander gemischt werden, erst unmittelbar vor Bildung des Strahls in der
Spritzvorrichtung miteinander in Verbindung treten.
In Versuchen haben sich härtbare Massen aus 2-Komponenten-Kunststoff auf
Polyurethanbasis und/oder Polyharnstoffbasis als besonders geeignet für die Verwendung bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren herausgestellt.
Die Drehzahl der Schleudervorrichtung sollte abhängig von der gewünschten
Schichtdicke, der Vorschubgeschwindigkeit, der Zuführungsgeschwindigkeit der härtbaren
Masse und den sonstigen Eigenschaften der härtbaren Masse in einem Bereich von 2.000
Umdrehungen/min bis 60.000 Umdrehungen/min gewählt werden. Die meisten
Beschichtungsaufgaben können mit einer Drehzahl von ungefähr 10.000 Umdrehungen/min
mit gutem Beschichtungsergebnis gelöst werden.
Als Förderdruck, mit dem die härtbare Masse bzw. deren Komponenten in die
Spritzvorrichtung zugeführt werden, haben sich in den Versuchen Werte von 50 bar bis
500 bar als vorzugswürdig herausgestellt.
Um auch während des Spritzvorganges flexibel auf sich ändernde
Randbedingungen reagieren zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drehzahl der
Schleudervorrichtung und/oder der Abstand zwischen Spritzvorrichtung und
Schleudervorrichtung und/oder die Geschwindigkeit des Strahls der härtbaren Masse in
Abhängigkeit anderer Verfahrensparameter verändert werden können. Dankbare
Verfahrensparameter sind dabei insbesondere die gewünschte Schichtdicke, der
Rohrdurchmesser, der Vorschub- bzw. die Vorschubgeschwindigkeit der Vorrichtung
und/oder die Materialeigenschaften der härtbaren Masse. Dabei ist es insbesondere auch
denkbar, Steuerstrecken oder Regelkreise vorzusehen, um einen und mehrere
Prozessparameter als Führungsgröße zu steuern bzw. zu regeln. Beispielsweise wäre es
denkbar, mittels geeigneter Videoauswertung die jeweils erzeugte Schichtdicke zu messen
und abhängig von der gewünschten Soll-Schichtdicke eine der möglichen Stellgrößen,
beispielsweise die Drehzahl der Schleudervorrichtung oder die Geschwindigkeit des Strahls
der härtbaren Masse zu erhöhen bzw. abzusenken, um dadurch die Ist-Schichtdicke an die
Soll-Schichtdicke anzunähern.
In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und
wird nachfolgend beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Innenbeschichtung eines im Querschnitt dargestellten Rohres;
Fig. 2 die Schleudervorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im Querschnitt;
Fig. 3 die Spritzvorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 4 die Düse der Spritzvorrichtung gemäß Fig. 3 in einem vergrößert dargestellten
Längsschnitt;
Fig. 5 die Düse gemäß Fig. 4 im Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 01 dient zur Innenbeschichtung
eines Rohres 02 mit einer härtbaren Masse 03. Die Vorrichtung 01 ist dabei im Wesentlichen
aus einer Spritzvorrichtung 04, einer in der Art einer Topfscheibe ausgebildeten
Schleudervorrichtung 05 und einem mittels Druckluft antreibbaren Antriebsmotor 06, dessen
rotatorische Antriebsbewegung mittels einer Antriebswelle 07 auf die Schleudervorrichtung
05 übertragen wird, aufgebaut.
An die Spritzvorrichtung 04 werden zum Betrieb der Vorrichtung 01 zwei in Fig. 1
nicht dargestellte Versorgungsleitungen an jeweils einem Anschlussflansch 08 befestigt.
Durch die beiden Versorgungsleitungen wird die Spritzvorrichtung 04 mit einer unter Druck
stehenden polyurethanischen Grundmasse und einem ebenfalls unter Druck stehenden Härter
versorgt, die in der Spritzvorrichtung 04 unter Bildung einer härtbaren Masse gemischt
werden. An der Vorderseite der Spritzvorrichtung 04 ist eine Düse 09 angeordnet, durch die
ein gerichteter Strahl 10 der härtbaren Masse aus der Spritzvorrichtung 04 austreten kann.
Der Strahl 10 der härtbaren Masse ist dabei auf den konkav ausgebildeten Boden
11 (siehe Fig. 2) der Topfscheibe 05 gerichtet. Durch Antrieb des Antriebsmotors 06 wird die
Schleudervorrichtung 05 mit einer Drehzahl von beispielsweise von ungefähr 10.000
Umdrehungen/min rotatorisch angetrieben. Auf Grund dieser Drehbewegung der
Schleudervorrichtung 05 wirkt auf die härtbare Masse nach Aufprall am Boden 11 der
Topfscheibe 05 eine hohe Zentrifugalkraft, durch die die härtbare Masse entlang des Bodens
11 und anschließend entlang der Innenseite 12 der Seitenwand (siehe Fig. 2) nach außen
getrieben wird. Im Ergebnis bewirkt die Zentrifugalkraft eine vom Innenbereich des Bodens
11 ausgehende Strömung der härtbaren Masse, die am Rand 13 (siehe Fig. 2) der Topfscheibe
05 endet. Sobald die Strömung der härtbaren Masse den Rand 13 erreicht hat und damit nicht
mehr von der Wandung der Topfscheibe 12 von außen abgestützt wird, wird die härtbare
Masse in Form von fein verteilten Partikeln in Richtung der Innenwandung 14 des Rohrs 02
nach außen geschleudert, was in Fig. 1 strichliniert angedeutet ist. Im Ergebnis bildet sich
durch die Rotationsbewegung der Schleudervorrichtung 02 ein kegelstumpfförmiger
Sprühnebel mit sehr gleichmäßiger Materialverteilung, so dass die Beschichtung 03 mit einer
sehr gleichmäßigen Schichtdicke auf der Innenwandung 14 abgeschieden wird.
Die Vorrichtung 01 ist im Rohr 02 axial verfahrbar und wird zeitgleich zum
Betrieb der Spritzvorrichtung 04 und der rotatorischen Bewegung der Schleudervorrichtung
05 in Richtung des Bewegungspfeiles 15 verfahren. Dadurch wird es möglich, auf der
Innenwandung 14 eine durchgehende Innenbeschichtung 03 mit sehr gleichmäßiger
Schichtdicke zu erzeugen. Soweit erforderlich kann die Vorrichtung auch alternierend hin-
und herbewegt werden, um beispielsweise an Rohrübergängen eine ausreichend Schichtdicke
aufzubauen.
Die Spritzvorrichtung 04 ist auf einem Bügel 16 befestigt, der mittels eines
Ringflansches 17 am Gehäuse des Antriebsmotors 06 fixierbar ist. Am Bügel 16 können
beispielsweise Langlöcher vorgesehen sein, so dass die Spritzvorrichtung 04 in
unterschiedlichen Relativpositionen zur Schleudervorrichtung 05 befestigbar ist. Dadurch
wird eine Justierung des Abstandes zwischen der Spritzvorrichtung 04 und der
Schleudervorrichtung 05 ermöglicht. Es sind auch Ausführungsformen denkbar,
beispielsweise mit entsprechenden Stellmotoren, bei denen der Abstand zwischen der
Spritzvorrichtung 04 und der Schleudervorrichtung 05 ferngesteuert auch während des
Beschichtungsprozesses veränderbar ist.
Außerdem kann die Drehzahl des Antriebsmotors 06 und der Förderdruck für die
Einförderung der zu mischenden Komponenten in die Spritzvorrichtung 04 vor und während
des Spritzvorganges variiert werden.
In Fig. 2 ist die an der Spitze der Antriebswelle 07 befestige Schleudervorrichtung
05 im Querschnitt dargestellt. Man erkennt, dass der Boden 11 der Topfscheibe 05 konkav
ausgerundet ist. Die Übergänge des Bodens 11 zum Außendurchmesser 18 der Antriebswelle
07 bzw. der Innenseite 12 der Seitenwandung der Topfscheibe 05 kantenfrei gestaltet sind.
Trifft nun der in Fig. 2 angedeutete Strahl 10 der härtbaren Masse auf den
Außendurchmesser 18 der Antriebswelle 07 bzw. den Innendurchmesser des Bodens 11 auf,
so wird durch die konkave Form des Bodens 11 und die kantenfreien Übergänge zwischen
Außendurchmesser 18, Boden 11 und Innenseite 12 der Seitenwandung unter Einwirkung der
Zentrifugalkraft eine gleichmäßige Strömung der härtbaren Masse ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Strahl 10, wie in Fig. 2 schematisch
angedeutet, gerade im Übergang zwischen Außendurchmesser 18 und Boden 11 auf die
Schleudervorrichtung 05 auftrifft. Im Ergebnis wird dadurch nämlich erreicht, dass im
Wesentlichen die gesamte härtbare Masse vollständig nach außen getrieben wird. Das
unerwünschte Aushärten der härtbaren Masse auf der Schleudervorrichtung 05 kann dadurch
vermieden werden.
Weiter sind in Fig. 2 der Öffnungswinkel α an der Innenseite 12 der Topfscheibe
05 und der Aufprallwinkel β, mit dem der Strahl 10 relativ zur Mittelachse 19 auf die
Schleudervorrichtung 05 auftrifft, schematisch angedeutet.
Die in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutete Spritzvorrichtung 04 ist in Fig. 3
in einem detaillierten Längsschnitt dargestellt. An der Vorrichtung 04 sind zwei
Anschlussflansche 08 vorgesehen, von denen in Fig. 3 lediglich einer dargestellt ist. An
diese Anschlussflansche 08 wird jeweils eine Schlauchleitung befestigt, durch die einerseits
eine polyurethanische Grundmasse und anderseits ein geeigneter Härter zu der
Spritzvorrichtung 04 unter hohem Förderdruck gefördert werden. Durch die
Verbindungsrohre 20 werden die beiden Materialkomponenten getrennt voneinander durch
Rückschlagventile 21 zu zwei Vorkammern 22 gefördert. Beide Vorkammern 22 stehen über
jeweils eine Bohrung 23 bzw. 24 (siehe Fig. 5) mit einem Düsenkanal 25 in Verbindung. Eine
Düsennadel 26 ist im Düsenkanal 25 verschiebbar gelagert, wobei der Durchmesser der
Düsennadel 26 derart an den Innendurchmesser des Düsenkanals 25 angepasst ist, dass die
Bohrungen 23 und 24 durch die Düsennadel 26 verschlossen werden können.
Zur Betätigung der Düsennadel 26 ist ein zweiseitig wirkender Druckkolben 27
vorgesehen, der über eine Welle 28 mit der Düsennadel 26 verbunden ist. Durch die
Druckluftanschlüsse 29 und 30 können die vor und hinter dem Druckkolben 27 vorgesehenen
Druckkammern 31 und 32 mit Druckluft beaufschlagt werden, so dass der Druckkolben 27
zusammen mit der Düsennadel 26 bei Einstellung eines entsprechenden Differenzdrucks axial
verschoben wird.
Der Aufbau der Düse 09 mit dem Düsenkanal 25, der Düsennadel 26 und den
Bohrungen 23 bzw. 24 zur Zuführung der beiden Materialkomponenten ist in den Fig. 4 und 5
vergrößert dargestellt. Die Komponenten bilden gemeinsam ein Ventil 33, durch das der Strahl
10 der härtbaren Masse abgesperrt werden kann. Man erkennt, dass die Düsennadel 26 gerade
so lang ist, dass sie im Ruhezustand mit der Düsenöffnung 33 abschließt. Die beiden
Bohrungen 23 und 24 verlaufen, wie aus Fig. 5 erkennbar, in einer Ebene rechtwinkelig zum
Düsenkanal 25, wobei der Durchmesser der Bohrungen 23 und 24 kleiner als der des
Düsenkanals 25 ist. Außerdem sind die Achsen der Bohrungen 23 und 24 gegeneinander
versetzt, um eine Verwirbelung der zu mischenden Materialkomponenten im Düsenkanal 25
zu bewirken. Konstruktiv wird das Ventil 33 von einem Grundkörper 34 und einem
Hartmetalleinsatz 35, in den die Bohrungen 23 und 24 sowie der Düsenkanal 25 eingearbeitet
ist, gebildet. Auch die Düsennadel 26 ist aus Hartmetall oder alternativ dazu aus Keramik
gefertigt.
01
Vorrichtung
02
Rohr
03
Innenbeschichtung
04
Spritzvorrichtung
05
Schleudervorrichtung
06
Antriebsmotor
07
Antriebswelle
08
Anschlussflansch
09
Düse
10
Strahl
11
Boden (Schleudervorrichtung)
12
Innenseite der Seitenwandung (Schleudervorrichtung)
13
Rand (Schleudervorrichtung)
14
Innenwandung (Rohr)
15
Bewegungspfeil (Vorrichtung)
16
Bügel
17
Ringflansch
18
Außendurchmesser (Antriebswelle)
19
Mittelachse (Schleudervorrichtung)
20
Zuführleitung
21
Rückschlagventil
22
Vorkammer
23
Bohrung zur Zuführung einer ersten Komponente
24
Bohrung zur Zuführung einer zweiten Komponente
25
Düsenkanal
26
Düsennadel
27
Druckkolben
28
Welle
29
Druckluftanschluss
30
Druckluftanschluss
31
Druckkammer
32
Druckkammer
33
Ventil
34
Grundkörper
35
Hartmetalleinsatz
Claims (31)
1. Vorrichtung (01) zur Beschichtung der Innenwandung (14) eines Rohres (02) mit einer
härtbaren Masse, wobei an der Vorrichtung (01) eine Spritzvorrichtung (04) vorgesehen
ist, mittels der ein gerichteter Strahl (10) der härtbaren Masse erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Vorrichtung (01) eine rotatorisch antreibbare Schleudervorrichtung (05)
vorgesehen ist, wobei der Strahl (10) der härtbaren Masse derart auf die
Schleudervorrichtung (05) gerichtet ist, dass die härtbare Masse von der
Schleudervorrichtung (05) aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkraft gegen
die Innenwandung (14) des Rohrs (02) geschleudert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Antrieb der Schleudervorrichtung (04) ein insbesondere mit Druckluft oder
ähnlichem angetriebener Antriebsmotor (06) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand zwischen Schleudervorrichtung (05) und Spritzvorrichtung (04)
veränderbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl der Schleudervorrichtung (05) veränderbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsgeschwindigkeit des Strahls (10) der härtbaren Masse, insbesondere
durch Änderung des Förderdrucks, veränderbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (01) mittels einer Fördereinrichtung, insbesondere ferngesteuert,
längs des Rohres (02) verfahrbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Vorrichtung eine Beobachtungseinheit, insbesondere eine Videokamera, vor
gesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schleudervorrichtung (05) in der Art einer Topfscheibe ausgebildet ist, die um
den Mittelpunkt ihres Bodens (11) rotierend antreibbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Strahl (10) der härtbaren Masse auf der Innenseite der Topfscheibe (05) auftrifft.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Strahl (10) der härtbaren Masse im Wesentlichen am Boden (11) der Topfscheibe
(05) und/oder an vom Boden (11) der Topfscheibe ausgehenden Antriebswelle (07)
auftrifft.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden (11) der Topfscheibe (05) eine konkav ausgebildete Innenfläche aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Seitenwand der Topfscheibe (05) an der Innenseite (12) einen Öffnungswinkel (α)
von 20° bis 70°, insbesondere von ungefähr 50°, relativ zur Mittelachse (19) der
Topfscheibe (05) aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Strahl (10) der härtbaren Masse mit einem Aufprallwinkel (β) von 30° bis 70°,
insbesondere von ungefähr 40°, relativ zur Mittelachse (19) der Topfscheibe (05) auf die
Topfscheibe (05) auftrifft.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Spritzvorrichtung (04) zur Herstellung des Strahls (10) der härtbaren Masse
mindestens zwei Materialkomponenten, insbesondere ein Grundstoff und ein dazu
geeigneter Härter, gemischt werden können.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit der Spritzvorrichtung (04) ein gerichteter Rundstrahl und/oder Flächenstrahl der
härtbaren Masse erzeugbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spritzvorrichtung (04) ein mittels einer Düsennadel (26) betätigbares Ventil (33),
das nahe einer Düsenöffnung angeordnet ist, und eine Betätigungs- und
Rückstellvorrichtung (27, 28, 29, 30, 31, 32) für die Düsennadel (26) aufweist, wobei in
der Düse (09) ein in der Düsenöffnung mündender Düsenkanal (25) vorgesehen ist, in
dem die Düsennadel (26) verschiebbar gelagert ist, und wobei der Düsenkanal (25)
zumindest eine, insbesondere zwei, seitlich in den Düsenkanal (25) eintretende und zur
Zuführung von Komponenten der härtbaren Masse dienende Bohrung (23, 24) aufweist,
die über die dem Düsenkanal (25) im Durchmesser angepasste Düsennadel (26)
verschließbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Länge der Düsennadel (26) so gewählt ist, dass diese im Ruhezustand mit der
Düsenöffnung des Ventils (33) abschließt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventil (33) gleichzeitig die Düsenöffnung der Spritzvorrichtung (04) bildet.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass das die Düse (09), insbesondere die Düsennadel (26) und das den Düsenkanal
bildende Bauteil (35), zumindest teilweise aus einem Hartmetall oder Keramik gefertigt
ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bohrungen (23, 24) in der gleichen Ebene liegend und im wesentlichen
rechtwinkelig zum Düsenkanal (25) verlaufend angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser der Bohrungen (23, 24) jeweils kleiner als der des Düsenkanals (25)
ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Achsen der Bohrungen (23, 24) gegeneinander versetzt sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (26) mittels einer von einem zweiseitig wirkenden Druckkolben (27)
betätigten Welle (28) verschiebbar ist.
24. Verfahren zur Innenbeschichtung eines Rohres (02) mit einer härtbaren Masse,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit einer Spritzvorrichtung (04) ein gerichteter Strahl (10) der härtbaren Masse erzeugt wird,
der Strahl (10) der härtbaren Masse auf eine Schleudervorrichtung (05) gerichtet wird,
die härtbare Masse von der Schleudervorrichtung (05) aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkraft gegen die Innenwandung (14) des Rohrs (02) geschleudert wird,
wobei zeitgleich die Schleudervorrichtung (05) und die Spritzvorrichtung (04) mit einem bestimmten Vorschub längs des Rohres (02) verfahren werden, um eine Beschichtung (03) auf Innenwandung (14) längs des Rohrs (02) zu erzeugen.
dass mit einer Spritzvorrichtung (04) ein gerichteter Strahl (10) der härtbaren Masse erzeugt wird,
der Strahl (10) der härtbaren Masse auf eine Schleudervorrichtung (05) gerichtet wird,
die härtbare Masse von der Schleudervorrichtung (05) aufgrund der durch die Rotation wirkenden Fliehkraft gegen die Innenwandung (14) des Rohrs (02) geschleudert wird,
wobei zeitgleich die Schleudervorrichtung (05) und die Spritzvorrichtung (04) mit einem bestimmten Vorschub längs des Rohres (02) verfahren werden, um eine Beschichtung (03) auf Innenwandung (14) längs des Rohrs (02) zu erzeugen.
25. Verfahren nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die härtbare Masse mit einer Topfzeit von wenigen Sekunden aushärtet.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass die härtbare Masse aus zwei Materialkomponenten, insbesondere ein Grundstoff und
ein dazu geeigneter Härter, gemischt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass als härtbare Masse ein 2-Komponenten-Kunststoff auf Polyurethanbasis und/oder
Polyharnstoffbasis verwendet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Materialkomponenten erst unmittelbar vor der Bildung des Strahls in der
Spritzvorrichtung gemischt werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schleudervorrichtung (05) mit einer Drehzahl von 2.000 Umdrehungen/min bis
60.000 Umdrehungen/min rotiert.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass die härtbare Masse oder deren Komponenten mit einem Förderdruck von 50 bar bis
500 bar in die Spritzvorrichtung (05) eingefördert wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drehzahl der Schleudervorrichtung (05) und/oder der Abstand zwischen
Spritzvorrichtung (04) und Schleudervorrichtung (05) und/oder die Geschwindigkeit des
Strahls (10) der härtbaren Masse jeweils einzeln oder gemeinsam in Abhängigkeit von der
gewünschten Schichtdicke der Innenbeschichtung (03) und/oder vom Rohrdurchmesser
des zu beschichtenden Rohres (02) und/oder von der Vorschubgeschwindigkeit der
Vorrichtung (01) und/oder den Materialeigenschaften der härtbaren Masse veränderbar ist.
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