DE1781338C - Verfahren zur Herstellung einer reibungsarmen Stromungsflache Ausscheidung aus 1481222 - Google Patents

Description

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beschichteten Material hm zuverlässig aiisgeschaltei wird.

Zugleich mit der Entgasung der zu beschichtenden Fläche wird aber auch das Beschichtungsmaterial als solches beim Vorgang seiner Aufbringung mit dem erfindi'Pgsgemäßen Verfahren entgast, so daß die nachträglichen und unter bestimmten Umständen sehr schädlichen Entgasungserscheinungen von vornherein vermieden werden. Außerdem werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren keinerlei Lösungsmittel verwendet, durch welche die schädlichen Entgasungserscheinungen noch gefördert würden.

Eine grundlegende besondere Ausführiingsform des ertindungsgemäßen Verfahrens besieht darin, daß das Aufbringen der Beschichtung durch Andrücken des Beschichtungsmaterials und gleichzeitigem, richtungsorientiertem Verreiben d<*s Geschichtungsmateriais auf der zu beschichtenden Körperoberfläche erfolgt.

[Durch die Auftragiing der hsdrophoben Kunstharze t: ier in einer bestimmten Riciuung orientierten Reihung werden die Fadenmoleküle dieser Hochpolymeren in eben dieser Richtung, und zwar im wesentlichen parallel z.ur beschichteten Oberfläche, orientiert. Es wurde nämlich festgestellt, daß die freien molekularen Haftungskräfte in Richtung der Längsachse der Fadenmoleküle etwa zehnmal größer sind als quer dazu, um! es ist bekannt, daß die Reibung an überströmten Körperwänden \on der »Haftung·· des fließenden Mediums abhängt. Diese Haftung hängt aber zu einem wesentlichen Teil auch \on den chemisch-physikalischen Anziehungskräften der Moleküle an der Festkörperoberfläche ab.

Durch die erfindiingsgemäU erzielte, parallel zur beschichteten Oberfläche orientierte Ausrichtung der fadenmoleküle wird zur überströmten Oberfläche dieser Beschichtung nur eine auf ' _K, reduzierte Anziehungskraft, die die Haftung ergibt, erzielt. Auf Grund dieser chemischen Zusammenhänge wird die Ausbildung von Grenzschichten und damit die Reibung der überströmten Oberfläche bei ertindu igsgemäß beschichteten Körpern entscheidend reduziert. Damit kann mit fadenmolekülbeschichteien Slrömungsflächen der Reibungswiderstand um 60° ₀ gesenkt werden.

Die mit dem crfindungsgemäßen Verfahren erzielten Beschichtungen lösen also auch erhebliche Probleme der Strömungsreibung.

Darüber hinaus sind die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Beschichtungsflächen bei elekironenoptischer Untersuchung auch erheblich glatter (Oberflächenrauhigkeit ^10" cm), und zwar insbesondere bei sehr dünner Beschichtung, und praktisch frei von Fehlstellen, wodurch die Strömungsreibung zusätzlich reduziert wird. Mil einer solchen glatten Überflächenstruktur wird zugleich auch die Anhaftung von Schmutz und atmosphärischen Niederschlagen sehr stark vermindert, was zusätzlich zur Senkung der Strömungsreibung beiträgt. Die erlindungsgemäß erzielte Oberfläche besitzt molekulare Glätte, während die bekannten Beschichtungsverfahren eine — elektronenoptisch gesehen -- gebirgigrauhe Oberfläche aufweisen.

Eine spezielle Weiterentwicklung der Erfindung besteht in einem Verfahren, bei dem ein folien- oder blechartiger Metallkörper in zu einer Rolle aufgewickelter Form unter Führung über eine beheizte Rolle oder zwischen Heizplatten hindurch auf die Bearbeitungstemperatur erwärmt wird, und bei dem dann der Metallkörper beschichtet und die Beschichtung bei anschließend aufrechterhaltener oder bis maximal unterhalb der Zerseizungsiemperatur des Beschichtungsmaterials erhöhter Erwärmung gleichmäßig aufgeschmolzen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dadurch verbessert werden, daß das Erwärmen des Metallkörper und die Aufbringung der Beschichtung unter Vakuumbedingungen und das anschließende

ίο gleichmäßige Aufschmelzen der Beschichtung in einer unter Druck siehenden wusserdampffreien Edelgusaimosphäre bei gleichzeitiger weiterer Erhöhung der Temperatur erfolgt.

Speziell für die Verwendung bei Prallhüllen von

i« Luftschiffen haben die erfindungsgemäß hergestellten Slrömungsflächen noch den Vorieil. daß J ie MeIaIitlächcn blank und v.-nie- bzw. lichtreflektierend bleiben und damit den Wärmeübergang bleibend vermindern Schließlich bleibt bei sehr dünnen Mei.iiischichten deren Zusammenfaltba^rkeit und erhöhte Festigkeit erhalten, was sich insbesondere für di ■ Verwendung als auf eine tragende Gewebeschicht eines zusammenfaliharen Luftschiffaufinehskorpeis aufgeklebte dichte Deckschicht bewährt, weil die--;:

dadurch zugleich gegen Licht- und Feuchligkeitseinfluß geschützt wird und eine lungert.· I ebensdauer besitzt. Die wasserabstoßende Wirkung der erfmdungsgemäßen Sirömungsfläche vermeidet bei I '-schiffen eine Beschwerung durch Feuchtigkeitsnk-dcrschlag aus der Atmosphäre und erlaubt an der Innenfläche eines Saudampfauftriehskorpers ein freies Herabperien von Wasserdampf-Kondensai

Die Erfindung wird nachstehend in einem Vusführungsbeispiel näher erläutert.

F ig. la bis Ic zeigen schematisch in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren^ /ur Herstellung der reibungsarmen Strömungsfläche auf einer Metallfolie. Die Figuren zeigen ein Band Aluminiumfolie I. zwei Heizplatten 2 und 3. cmc Hei/zone 4. eine Bandhaspel 5. einen Block 6 aus l'olvtetrafluoräihvien sowie eine geheizte Rolle 7.

Zur Erzeugung einer solchen lückenlos tmlrrphoben Strömungsfläche wird beispielsweise das Polytetrafluorethylen auf einer Metallfolie, z. B. einer Aluminiumfolie, durch eine Entgasung und BcfrciuiiL' unter gleichzeitigem Aufheizen des Aluminiums über die kritische Temperatur des Wasseriiampfs (374 CΊ hinaus zunächst von der eigenen Wasserdamrfhaiit befreit. Darauf wird das PoK tetrafluoiälh-. len :;n Hochvakuum aufgebracht, beispielsweise durch Reiben des Blocks 6 aus Polytetrafluorälhvlcn über the AkiiTiiniumoberlläche etwa nach Art eines lirem*·- klot/cs. so daß der Kunststoff durch Anbacken tiiui Flüssigwerden auf die Aluminiumoberfläche lückenlos aufschmilzt, wobei gleichzeitig noch eventuell i:¹· Polytetrafluorethylen enthaltene Wasserreste durch das Hochvakuum und die Überhitzung entfern: werden. Auf diese Weise ist also eine Polytctratluoräthyleni..herrläi'he zu erzielen, die keine Fehlstellen

So durch Wasserdampf mehr aufweist.

Die Oberfläche der mit diesem Belag versehenen Außenhülle des Luftschiffs ist dann ohne Poren lückenlos hydrophob und kann daher keine eiⁿ molekulare Wasserdampriiaul mehr halten. Damit entfällt die physikalisch bedingte Grundlage der Haftschicht nach der Prandtlschen Grenzschichttheorie, und es wird ein Gleiten der angrenzenden Strömungslainelle ermöglicht.

Gemäß V ig. la wird die Aluminiumfolie von dem Band I im I lochvakuum innerhalb eines luftdichten Gehäuses durch eine zwischen den zwei Heizplatten (2 und 3) gebildete Ilcizzone4 hei etwa 400^JC bcwcgi und von der anderen Handhaspcl 5 aufgewickelt. Der Block 6 aus Polytctrafluoräthylen liegt bei diesem Vorgang nicht auf der bewegten Metallfolie auf. Dabei erfolgt die Entgasung und zugleich Vorwärmung der Metallfolie.

In dem in Pig. Ib dargestellten weiteren Schritt des Verfahrens wird das Band 1 gegebenenfalls nach Zurückspulen erneut abgewickelt, wobei der Block 6 jedoch gegen die geheizte Rolle 7 angedrückt wird. Dabei wird das Polytelrafluoräthylen auf die Metallfolie geschmiert und schmilzt dann zwischen den Heizplatten 2 und 3 gleichmäßig auf die Metallfolie auf. während sie weiter aufgewickelt wird.

Beim letzten Verfahrensschritt gemäß Fig. Ic wird ein wasscrdampffreies neutrales Gas unter erhöhtem Druck, beispielsweise Argon von 16 atm, in das Gehäuse eingelassen. Die aufgetragene Kunstharzschicht wird jetzt bei noch höherer Temperatur und unter Einwirkung des genannten Gasdrucks ohne Zersetzung noch stärker und dicht durchgeschmolzen.

Zur Erzielung einer lückenlos hydrophoben Schicht

wird vorzugsweise als hydrophober Stoff zur Beschichlung der Aluminiumfolie ein solcher gewählt, der zusammen mit der Aluminiumfolie im Hochvakuum über die kritische Temperatur des VVasserdampfcs hinaus erhitzt werden kann und sich dabei nicht zersetzt, sondern auf der Metallfolie dicht auf schmilzt, ohne daß Wasserdampfreste eingeschlossen werden.

Die Verwendung von Polytetrafluorethylen hat dabei den Vorteil, daß es eine Erhitzung noch wesentlich über die kritische Temperatur des Wassers verträgt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, derartige Aluminium· oder andere Metallfolien mit im Hoch vakuum aufgebrachten Schichten zur Erzielung des Gleitens der Strömungsgrenzschicht (zwecks Ver-

λο minderung des Oberflächenwiderstands) in Gasen oder Flüssigkeiten an oder in Wasser-, Land- und Luftfahrzeugen, Maschinen und Geräten anzuwenden

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 U 2 spielsweise durch fumierähnliches Aufbringen dünner, Patentansprüche: von einem Block abgeschälter Schichten oder durch siurke Anwendung von Lösungsmitteln. Es bestehen

1. Verfahren zur Herstellung einer reibungsarmen bei der sicheren und auch langfristig und auch lang-Strömungsfläche durch Beschichtung von z. B. 5 fristig haltbaren Aufbringung von hydrophoben folien- oder blechartigen Metallkörpern mit einem Kunststoffen auf Metallkörper-Oberflächen erhebhydrophoben Kunststoff bzw. Fluorkohlenstoff- liehe Schwierigkeiten, die in erster Linie a'is einer harzen, wie Polytetrafluorethylen, insbesondere ungenügenden Haftungsbindung beider Materialien zur Verwendung für eine Luftschiffhülle, d a- resultieren. Beim Aufbringen der genannten Beschichdurch gekenzeichnet, daß der Metall- io tungen durch Aufschmelzverfahren und unter Anwenkörper in einer praktisch wasserdampffreien Umge- dung von Lösungsmitteln konnte z.B. bei PoIybung bis zur vollständigen Entfernung der Wasser- tctrafluoräthylen einerseits die Bildung von Fehldampfhaut auf der zu beschichtenden Oberfläche sullen mit entsprechenden Nachteilen der Schichterwärmt wird und darauf die Beschichtung unter ablesung und erhöhtem Reibungswiderstand nicht Beibehaltung der wasserdampffreien Umgebung 15 ausreichend vermieden werden und wurden andereretwas unterhalb der Zersetzungstemperatur des seits erhebliche Ablösungserscheinungen unt^r Unter-Beseh\chtungsmaterials vorgenommen wird, druckbedingungen, z.B. in sehr großen Höhen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- und bei der Raumfahrt, beobachtet.

zeichnet, daß das Aufbringen der Beschichtung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur

durch Andrücken des Beschichiungsmaterials und 20 Beschichtung von Sirömungsflächen auf Metallkörpern

gleich zeitigem, richtungsorientiertem Verreiben des zu schaffen, mit dem die bei hydrophoben Kunst-

Beschichtungsmaterials auf d r zu besen leitenden stoffen gegebenen Beschichtungsschwierigkeiten über-

Korperoberfläche erfolgt. wunden werden und entsprechend beschichtete Stro-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- mungsflächen erziel' werden, welche sowohl einen zeichnet, daß oer folien- oder blechartige Metall- 35 geringstmöglichen Reibungswiderstand als auch eine körper in zu einer Rolle aufgewickelter Form dauerhafte Haftung der Beschichtung gewährleisten unter Führung über eine beheizte Rolle oder ~Die Erfindung besteht in einem Verfahren der zwischen Heizp'.Mten hindurch auf die Bearbei- vorstehend beschriebenen Art, welches dadurch geuingstemperatur erwärmt wirrt, daß dann der kennzeichnet ist, daß der Metallkörper in einer prak-Metallkörper beschichtet und die Beschichtung _3o tisch wasserdampffreien Umgebung bis zur vollbei anschließend aufrechterhalten^ oder bis maxi- ständigen Entfernung der Wasserdampfhaut auf der mal unterhalb der Zersetzungstemperatur des zu beschichtenden Oberfläche erwärmt wird und Beschichtungsmaterialserhöhter Erwärmung gleich- darauf die Beschichtung unter Beibehaltung der mäßig aufgeschmolzen wird. wasserdampffreien Umgebung etwas unterhalb der

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. 35 ZersetzungstcmperaturdesBeschichtungsmaterialsNordadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des «enommen wird.

Metallkörpers und die Aufbringung d;r Beschich- Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich

Hing unter Vakuumbedingungen und das anschlie- eine dauerhafte Beschichtung mit hydrophoben Kunstßende gleichmäßige Aufschmelzen der Beschich- stoffen auf alle Arten von Metallen aufbringen, tung in einer unter Druck stehenden wasserdampf- ₄₀ inbbc^ondere also auf Metallfolien zur Verwendung freien Edelgasatmosphäre bei gleichzeitiger wei- bei einer LuftschifThülle, weil sowohl der Einfluß des lerer Erhöhung der Temperatur erfolgt. auf der Metalloberfläche befindlichen molekular dün

nen Wasserdampffilms als auch der sich innerhalb des Metalls befindlichen Gasspuren, die eine gute 45 Haftung der Beschichtung behindern, ausgeschaltet

wird.

Dadurch, daß die zu beschichtende Metalloberfläche vor der Beschichtung ausreichend lange und auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Tempe-50 ratur des Wasserdampfs erwärmt wird, vorzugsweise

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung unter einer Atmosphäre mit minimalem Wasserdampfeiner reibungsarmen Slrömungsfiäche durch Beschich- Partialdruck (d. h. also Vakuum oder Schutzgastung von z. B. folien- oder blechartigen Metall- atmosphäre), wird vor dem Aufbringen der Beschichkörpern mit einem hydrophoben Kunststoff bzw. tung zuverlässig sichergestellt, daß die zu beschich-Fluorkohlenstoffharzen, wie Polytetrafluoräthylen, ins- ₅₅ tende Oberfläche praktisch völlig frei von jeglicher besondere zur Verwendung für eine Luftschiffhülle. Wasserdampfhaut wird. Derartige Wasserdampfhäute

Bekannt sind Verfahren der vorgenannten Art für in der Grenzschicht zwischen der Fest-flüssig-Phase die Beschichtung von Strömungsflächen von Körpern sind in molekularer Form infolge von Anziehungsaus unterschiedlichem Material mit Kunststoffen kräften auf der Basis von Van-der-Waals-Kräften oder z. B. Firnis (z. B. deutsche Patentschrift 227 150) 60 sonst nicht zu vermeiden und können unter Langzum Zweck der Erhöhung der Korrosionsbeständig- zeiibedingungen unter Strahlungseinflüssen und Weitkeit bzw. um die Flächen gegen Gasdiffusion abzu- raum-Unterdruckbedingungen sowohl zum Ablösen dichten. der Beschichtung als auch innerer Zerstörung der

Es ist auch bekannt, für die Beschichtung hydro- Beschichtung führen.

phobe Kunststoffe, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, 65 Selbst wenn das Beschichtungsmateria! selbst nur zu verwenden und auf verschiedene Weise auf die eine äußerst geringe Eigenentgasung aufweist, wäre Witterungseinflüssen ausgesetzten, als Strömungsflä- diese Eigenschaft nicht zu nutzen, wenn nicht auch ehe ι dienenden Metalloberflächen aufzubringen, bei- jegliche Entgasung von der Kontaktfläche zum