DE19719005C2 - Auskleidung in Form eines Materialverbundes - Google Patents

Description

Erfindungsgegenstand ist eine kalt umformbare Auskleidung für umbaute Räume in Form eines Materialverbundes.

Bekannt sind beispielsweise großflächige Materialverbunde aus korrosionsbeständigen Legierungen und C-Stählen, die durch Plattieren unter Reibschweißbedingungen hergestellt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nur für Blechstärken von über 1 mm des hochkorrosionsbeständigen Werkstoffes anwendbar und bedingt Spannungseinflüsse im Schichtverbund. Hinzu kommt bei diesen Materialverbunden ein erhöhter Schweiß- und Verarbeitungsaufwand.

Der EP 0 470 928 A1 ist ein Verfahren zum elastischen Verkleben zweier Substratflächen mit wäßrigen Klebstoffdispersonen zu entnehmen, wovon wenigstens eine porös ausgebildet ist. Eine kautschukhaltige erste Dispersion mit einem Acrylsäureestercopolymer und eine kolloidale zweite Dispersion eines Chloroprenpolymerisates werden nach vorheriger oder mit gleichzeitiger Durchmischung auf wenigstens eine der Substratflächen aufgetragen. Die zu verklebenden Substratflächen werden mit den nassen Klebstoffdispersionen aufeinandergelegt und angedrückt.

Der DE 39 04 170 A1 ist ein Verfahren zum Schutz von Rauchgasentschwefelungsanlagen vor Korrosion zu entnehmen, bei welchem eine diffusionsdichte Schicht aus Metall mit einer Schicht aus einem Elastomer zusammengefügt wird, wobei das entstehende Verbundsystem durch Aufkleben auf die zu schützenden Bauteile einer Rauchgasentschwefelungsanlage als Korrosionsschutz eingesetzt wird. Die so erzeugte korrosionshemmende Schicht soll bei Temperaturen zwischen 65 und 72°C einsetzbar sein. Eine Verschweißung bzw. Kaltumformung der durch dieses Verfahren erzeugten Bauteile ist nicht möglich.

Durch die DE 22 49 507 A ist ein kalt verformbarer Verbundwerkstoff zur Herstellung von schalldämmenden Bauteilen, bestehend aus zwei Metallstreifen, die, durch ein Elastomerelement verbunden sind, bekannt geworden. Das Elastomerelement ist ein Butylkautschuk mit geringem ungesättigtem Anteil in einer Schichtdicke von 0,4-0,8 mm, der durch Copolymerisieren eines Gemisches aus Isobutylen und 1,5-4%, bezogen auf das Gewicht des letzteren, eines Diolefins, wie Isopren, gelöst in einem inerten Lösungsmittel hergestellt wird. Dieser Verbundwerkstoff soll für die Verwendung von Bauteilen für Automobilkarosserien, chemische Behälter sowie für Gebäude geeignet sein, wobei die Bauteile durch Ziehen hergestellt werden.

In der EP 04 70 928 A1 ist die Formgebung metallischer Komponenten von Materialverbunden vor der Vernetzung eines dazwischen angeordneten Klebers abgehandelt. Hier handelt es sich um einen kalt umformbaren Materialverbund. Auch dieses Sandwichprofil soll in der Fahrzeugindustrie Verwendung finden.

Abgesehen von den genannten metallischen Lösungen zum Korrosionsschutz in Kraftwerken und Anlagen der chemischen Prozeßindustrie werden auch preiswerte Korrosionsschutzsysteme (Gummierungen, organische Beschichtungen auf C-Stahl) eingesetzt. Hier stehen den geringen Investitionskosten beim Anlagenbau jedoch enorme Kosten in Form von Stillstandszeiten und Produktionsausfällen aufgrund der geringen Lebensdauer der Gummierungen gegenüber.

Aufgabe des Erfindungsgegenstandes ist es, eine Auskleidung in Form eines Materialverbundes zu konzipieren, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr beinhaltet, insbesondere eine verhältnismäßig hohe Standzeit aufweist und bei Bedarf auch für Sanierungsfälle einsetzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine kalt umformbare Auskleidung für umbaute Räume im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, des Pipelinebaus, des Schiffsbaus sowie des Verdampfer- und Wärmetauscherbaus, insbesondere einsetzbar in der Umwelt- und chemischen Prozesstechnik, bestehend aus mindestens einem flächenförmigen metallischen Trägerelement sowie mindestens einem flächenförmigen metallischen Auflageelement, wobei sich zur Bildung eines Materialverbundes zwischen dem Trägerelement und dem Auflageelement eine viskoelastisch vernetzte aus einem Polyurethanklebstoff bzw. einer Polyurethandichtmasse gebildete Verbindungsschicht erstreckt, wobei das metallische Trägerelement zumindest einen Teil einer Außenwand des umbauten Raumes und das metallische Auflageelement zumindest einen Teil einer Innenwand des umbauten Raumes bildet und wobei das Trägerelement aus einem Kohlenstoffstahl und das Auflageelement aus einer korrosionsbeständigen Legierung besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Auskleidung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zur Herstellung dieser Auskleidung wird zunächst die Oberfläche der Fügeteile in an sich bekannter Weise entfettet. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Haftreinigers auf der Basis von in Alkanolen gelösten Alkyltitanaten. Anschließend wird zumindest auf eine der zu fügenden Oberflächenbereiche ein fließfähiger Klebstoff in geeigneter Weise aufgebracht, woraufhin dann die Fügeteile zusammengebracht werden. Das Aufbringen des Klebstoffes und/oder der Dichtmasse kann z. B. durch Aufsprühen erfolgen. Für das Verkleben der Fügeteile ist Kontaktdruck ausreichend.

Die Vernetzungsgeschwindigkeit der zum Einsatz gelangenden Klebstoffe bzw. Dichtmassen kann bei feuchtvernetzenden Systemen, beispielsweise in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen, durch Befeuchten der Umgebungsluft erhöht werden, so daß u. U. schon nach 24 Stunden eine im wesentlichen abgebundene, weiterverarbeitbare Klebung vorliegt. Überraschend hat sich herausgestellt, daß zu Elastomeren feuchtvernetzende Polyurethanklebstoffe bzw. -dichtmassen für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet sind.

Die Festigkeit und die Umformbarkeit der erfindungsgemäßen Auskleidungen sind in weiten Grenzen von der Klebschichtdicke praktisch unabhängig. Die Klebfestigkeit (Druckfestigkeit) der Klebeverbindung genügt den thermomechanischen Beanspruchungen bei der Weiterverarbeitung.

Die Klebetechnik bietet aufgrund der isolierenden Eigenschaften des Klebers bzw. der Dichtmasse eine Verbindungsmöglichkeit für Metalle unterschiedlicher elektrochemischer Eigenschaften unter Ausschluß der galvanischen Korrosion. Aufgrund der schonenden Haftungsbildung zwischen Kleber bzw. Dichtmasse und den Fügeteiloberflächen stellt die Klebetechnik eine Verbindungsmöglichkeit für u. a. sehr dünne Fügeteile (Folien) dar. Die erfindungsgemäßen Auskleidungen lassen sich mit den in der Metallverarbeitung üblichen Verfahren trennen und weiterverarbeiten.

Als Trägerelement kommt vorzugsweise ein Kohlenstoffstahl, insbesondere ein C-Stahl-Kesselblech, unterschiedlichster Materialstärke zum Einsatz. Das Auflageelement sollte vorzugsweise aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung bestehen, wobei hier jedoch der jeweilige Anwendungsfall zu berücksichtigen ist.

Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch die Verwendung eines, insbesondere feucht vernetzten Polyurethanklebstoffes bzw. einer Polyurethandichtmasse zur Herstellung einer flächenförmigen, kalt umformbaren Auskleidung in Form eines Materialverbundes im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, des Pipelinebaus, des Schiffsbaus sowie des Verdampfer- und Wärmetauscherbaus, insbesondere einsetzbar in der Umwelt- und chemischen Prozesstechnik, aus mindestens einem, insbesondere aus einem metallischen Kohlenstoffstahl bestehenden Trägerelement sowie mindestens einem, insbesondere aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden metallischen Auflageelement.

Allgemein einsetzbar ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, im Pipelinebau, im Schiffsbau, zur Herstellung von Verdampfern und Wärmetauschern und dergleichen.

Die durch den Kleber bzw. die Dichtmasse so gebildete Auskleidung in Form eines Materialverbundes ist insbesondere einsetzbar in der Umwelt- und der chemischen Prozeßtechnik. Spezielle Anwendungsgebiete sind Behälter (Druckbehälter), Rauchgaskanäle, Kamine, jegliche Art von Gefahrgütertransporten, Müllverbrennungsanlagen und dergleichen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben:

Es zeigen

Fig. 1 Aufbau eines aus Einzelblechen bestehenden Blechpaketes, die miteinander zu verkleben sind.

Fig. 2 Durch Biegen kalt umgeformte Auskleidung in Form eines Materialverbundes.

Fig. 3 Durch Schmelzschweißen miteinander verbun­ dene, aus einzelnen Flächenelementen be­ stehende Auskleidung in Form eines Material­ verbundes.

Fig. 4 Zu Fig. 3 analoge Auskleidung, wobei die Stoßkanten mit einem Abdeckblech versehen sind.

Fig. 5 Querschnitt durch einen aus mehreren flächenförmigen Auskleidungselemente zusammengesetzten Behälter.

Fig. 1 zeigt eine pressenartige Einrichtung, bestehend aus einer Bodenplatte 1 sowie Abdeckplatten 2, 3, zwischen denen zu ein­ zelnen Auskleidungen in Form von Materialverbunden verbindbare Bauteile angeordnet sind. Jeder Materialverbund wird gebildet aus einem Trägerelement 4 sowie einem Abdeckelement 5. Zwischen dem Trägerelement 4 und dem Abdeckelement 5 erstreckt sich im wesentlichen ganzflächig eine Verbindungsschicht 6 in Form eines Klebstoffauftrages, der beispielsweise vorher durch Sprühen auf die entsprechende Oberfläche 7 des Trägerelementes 4 aufgebracht worden ist. Als Verbindungsschicht 6 soll in diesem Beispiel ein zu Elastomeren vernetzender Polyurethanklebstoff zum Einsatz ge­ langen. Zwischen den einzelnen Materialverbunden sind beispiels­ weise Aluminiumfolien 8 vorgesehen, damit eventuell hervorquel­ lender Kleber nicht das gesamte Paket nachteilig beeinflußt und somit später umfangreichere Trennarbeiten notwendig sind.

Zur Fertigung der erfindungsgemäßen flächenförmigen, kalt um­ formbaren Auskleidungen in Form von Materialverbunden werden vorzugsweise feuchtigkeitsvernetzende Klebstoffe auf Polyure­ thanbasis verwendet. Für die Oberflächenvorbehandlung der Füge­ teile 4, 5 kann eine Alkyltitanat enthaltende alkanolische Lö­ sung eingesetzt werden. Das Trägerelement 4 ist beispielsweise ein C-Stahl-Kesselblech, während als Auflageelement 5 eine hoch­ korrosionsbeständige Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung zum Einsatz gelangt. Für den Klebstoffauftrag eignet sich sowohl die Spritz­ technik wie auch das flächenmäßige Verteilen unter Verwendung von Zahnspachteln oder dergleichen. Im Anschluß an die Luftbe­ feuchtung wird jeweils das Auflageelement 5 auf das Trägerele­ ment 4 bzw. umgekehrt gelegt. Durch Übereinanderstapeln mehrerer solcher Materialverbunde wird das in Fig. 1 dargestellte Blech­ paket erhalten, indem die Klebeverbunde bis zur Weiterverarbei­ tung z. B. 16 Stunden gelagert werden. Die Abmessungen des Trä­ gerelementes 4 sowie des Auflageelementes 5 können beispielswei­ se 2000 × 1000 mm betragen, wobei je nach Fertigungsmöglichkeit auch Abmessungen von 8000 × 2500 mm möglich sind. Die Platten 2, 3 dienen lediglich zum Beschweren des Blechpaketes, wobei zur Erzeugung des bzw. der Materialverbunde(s) kein weiterer äußerer Druck notwendig ist. Die Verbindungsschicht 6 hat im vernetzten Zustand zähelastische (viskoelastische) Eigenschaften, was sie in verarbeitungstechnischer Weise von bisher zum Einsatz gelang­ ten Klebstoffen unterscheidet.

Fig. 2 zeigt eine aus einem Trägerelement 4 sowie einem Auflage­ element 5 bestehende Auskleidung in Form eines Materialverbun­ des, die durch die zähelastische Eigenschaften aufweisende Ver­ bindungsschicht 6 zusammengehalten wird. Die erfindungsgemäße Auskleidung ist bei ihrer Verarbeitung durch einen Umformungs­ prozeß mit vorgegebenem Biegeradius beansprucht worden, wobei sich überraschenderweise gezeigt hat, daß in Folge der zähela­ stischen Eigenschaften der Verbindungsschicht 6 ein Ablösen des Auflageelementes 5 von dem Trägerelement 4, insbesondere in dem beanspruchten Bereich 9, nicht erkannt werden konnte. Die Klebe­ fugendicken sind hierbei ohne nachteilige Wirkung auf die Ver­ bundhaftung in einem breiten Bereich variabel.

Fig. 3 zeigt eine weitere Auskleidung in Form eines Materialver­ bundes, bestehend aus einem Trägerelement 4 sowie mehreren ne­ beneinander angeordneten Auflageelementen 5. Die im vernetzten Zustand zähelastische Eigenschaften aufweisende Verbindungs­ schicht, in diesem Beispiel in Form einer Dichtmasse auf Polyu­ rethanbasis 6, ist zwar großflächig aufgetragen, erstreckt sich jedoch nicht ganz bis in die Randbereiche 10, 11 des Material­ verbundes. Die Auflageelemente 5 sind mit einem geeigneten Stoß 12 versehen, der ein problemloses Schmelzschweißen ermöglichen soll. Die Schweißraupe ist hierbei mit dem Bezugszeichen 13 ver­ sehen. Ein vollständiges Durchschweißen ist bei geeigneter Stoß­ auswahl nicht notwendig, so daß auch keine so hohen Temperaturen in der Verbindungsschicht 6 erzeugt werden, die zu einer größe­ ren Beschädigung im Stoßbereich führen. Dies in Ergänzung mit der zurückgesetzten Verbindungsschicht ergibt ein sehr material­ schonendes Verbinden der Auflageelemente 5.

Fig. 4 zeigt eine Alternative zu Fig. 3, wobei hier mehrere Trä­ gerelemente 4 und mehrere Auflageelemente 5 zum Einsatz gelan­ gen, die mit geeigneten Stoßbereichen 14, 15 versehen sind. Ana­ log zu Fig. 3 ist auch hier die Verbindungsschicht 6 nicht bis in die Randbereiche 16, 17 bzw. 18, 19 einerseits des jeweiligen Trägerelementes 4 und andererseits des jeweiligen Auflageelemen­ tes 5 eingebracht, so daß es auch bei dem sich anschließenden Schweißvorgang der Trägerelemente lediglich zu für die spätere Verwendung unbedeutenden Auflösungs- bzw. Ablösungsproblemen der Verbindungsschicht 16 von den Trägerelementen 4 bzw. den Aufla­ geelementen 5 kommt. Die Schweißraupe ist hierbei mit dem Be­ zugszeichen 20 versehen und wurde im Anschluß an den Schweißvor­ gang an die Dicke der nun miteinander verbundenen Trägerelemente 4 angepaßt. Auf seiten der Auflageelemente 5 ist in diesem Bei­ spiel keine Verschweißung derselben vorgesehen, vielmehr wird ein Abdeckstreifen 21 aus Blech über die Stoßstelle 15 gelegt, der dann in seinen Randbereichen mit den Auflageelementen 5 ver­ schweißt wird. Das Material des Abdeckstreifens 21 soll in die­ sem Beispiel dem der Auflageelemente 5 entsprechen.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Behälter 22, der aus mehreren kalt umgeformten Auskleidungselemente in Form von Kreissegmenten zusammengesetzt ist. Auch hier besteht jedes Aus­ kleidungselement aus einem Trägerelement 23, das in diesem Aus­ führungsbeispiel auch gleichzeitig die Außenwand 24 des Behäl­ ters 22 bildet. Das Trägerelement 23 wirkt mit einem gleichzei­ tig die Innenwand 36 des Behälters 22 bildenden Auflageelement 25 zusammen, wobei zwischen beiden eine Verbindungsschicht 26 in Form eines im vernetzten Zustand zähelastische Eigenschaften aufweisenden Klebstoffes vorgesehen ist. Die Umformung der je­ weiligen Auskleidung in Form eines Materialverbundes wurde durch Kaltwalzen erzeugt, wobei die jeweiligen Materialverbunde im Be­ reich ihrer Stoßstellen 27, 28, 29 miteinander verbunden werden. Die Trägerelemente 23 sind in diesem Beispiel in jedem Fall durch Schweißen miteinander verbunden, während die Auflageele­ mente im Bereich 27 miteinander verschweißt sind (Schweißraupe 30). Im Bereich 28 ist ein Abdeckstreifen 31 vorgesehen, der wiederum durch Schweißen mit den Auflageelementen 25 verbunden ist. Im Bereich 29 ist ebenfalls ein Abdeckstreifen 32 vorgese­ hen, der jedoch nicht wie im Bereich 28 durch Schweißen, sondern durch Kleben mit den Auflageelementen 25 verbunden ist. Im Be­ reich der Außenwand 24 ist ein Flansch 33 vorgesehen, der einen sich bis in den Innenraum 34 des Behälters 22 erstreckenden Ein­ gang 35 aufweist. Der Behälter kann dann in der Umwelt- bzw. chemischen Prozeßtechnik eingesetzt werden, wenn seine Innenwand 36 z. B. aus einer hochkorrosionsbeständigen Legierung, wie einer Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung besteht, wobei dann auch die Ab­ deckstreifen 31, 32 aus einer mindestens gleiche Materialeigen­ schaften wie die Auflageelemente aufweisenden Legierung beste­ hen. Als Trägerelemente 23 können beispielsweise C-Stahl- Kesselbleche entsprechender Abmessung zum Einsatz gelangen.

Claims (12)

1. Kalt umformbare Auskleidung für umbaute Räume im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, des Pipelinebaus, des Schiffsbaus sowie des Verdampfer- und Wärmetauscherbaus, insbesondere einsetzbar in der Umwelt- und chemischen Prozesstechnik, bestehend aus mindestens einem flächenförmigen metallischen Trägerelement (4, 23) sowie mindestens einem flächenförmigen metallischen Auflageelement (5, 25), wobei sich zur Bildung eines Materialverbundes zwischen dem Trägerelement (4, 23) und dem Auflageelement (5, 25) eine viskoelastisch vernetzte aus einem Polyurethanklebstoff bzw. einer Polyurethandichtmasse gebildete Verbindungsschicht (6, 26) erstreckt, wobei das metallische Trägerelement (4, 23) zumindest einen Teil einer Außenwand (24) des umbauten Raumes (22) und das metallische Auflageelement (5, 25) zumindest einen Teil einer Innenwand (36) des umbauten Raumes bildet und wobei das Trägerelement (4, 23) aus einem Kohlenstoffstahl und das Auflageelement (5, 25) aus einer korrosionsbeständigen Legierung besteht.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (4, 23) ein C-Stahl-Kesselblech ist.

3. Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflageelement (5, 25) aus einer hochkorrosionsbeständigen Nickel- Chrom-Molybdän-Legierung besteht.

4. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Klebefugendicke zwischen 0,5 und 5,0 mm.

5. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (6, 26) mechanisch oder durch Spritzen bzw. Sprühen auf die entsprechende Oberfläche (7) des Trägerelementes (4, 23) und/oder des Auflageelementes (5, 25) aufbringbar ist.

6. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (6, 26) im wesentlichen ganzflächig auf die jeweilige Oberfläche (7) des Trägerelementes (4, 23) und/oder des Auflageelementes (5, 25) aufbringbar ist.

7. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Oberfläche (7) in einzelnen oder mehreren Randbereichen (10, 11, 16 bis 19) verbindungsschichtfrei vorgesehen ist.

8. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne oder mehrere der flächenförmigen Elemente im Bereich ihrer Stoßkanten (12, 14, 15, 27, 28, 29) durch Schmelzschweißen miteinander verbindbar sind.

9. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne oder mehrere der flächenförmigen Elemente im Bereich ihrer Stoßkanten (12, 14, 15, 27, 28, 29) durch Kleben miteinander verbindbar sind.

10. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stoßkanten (15, 18, 29) aneinander grenzender flächenförmiger Elemente Abdeckstreifen (21, 31, 32), insbesondere auf der Seite des Auflageelementes (5, 25) vorgesehen sind, die mit dem Auflageelement (5, 25) durch Schweißen oder Kleben verbunden sind.

11. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Abdeckstreifen (21, 31, 32) zumindest das gleiche Korrosionsverhalten, wie insbesondere das Auflageelement (5, 25) aufweist.

12. Verwendung eines, insbesondere feucht vernetzten Polyurethanklebstoffes bzw. einer Polyurethandichtmasse zur Herstellung einer flächenförmigen, kalt umformbaren Auskleidung in Form eines Materialverbundes im Bereich der Nahrungsmittelindustrie, des Pipelinebaus, des Schiffsbaus sowie des Verdampfer- und Wärmetauscherbaus, insbesondere einsetzbar in der Umwelt- und chemischen Prozesstechnik, aus mindestens einem, insbesondere aus einem metallischen Kohlenstoffstahl bestehenden Trägerelement (4, 23) sowie mindestens einem, insbesondere aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden metallischen Auflageelement (5, 25).