EP0250881A1 - Verfahren zum Aufbringen eines fliessfähigen Stoffes auf die Innenfläche eines Hohlkörpers und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Der Stoff wird mittels eines mit einem Drall verse­henen, durch den Hohlraum geleiteten Trägergasstromes auf die Innenfläche gebracht. Um den Drallverlust zu vermeiden oder herabzusetzen, der auftritt, wenn der beladene, mit dem Drall versehene Trägergasstrom die im Hohlraum ruhende Luft aus diesem herausdrängt und an­schliessend durch Reibung an der Innenfläche entsteht, wird vor und während der beladenen, mit dem Drall versehenen Trägergasströmung ein zusätzliches, nicht mit dem Stoff beladenes Gas mit einem Drall, dessen Drehsinn dem des Dralls des beladenen Trägergasstromes entspricht, durch den Hohlraum geleitet. Zu diesem Zweck hat die Einrichtung am Ausgang eines mit einem Drallgeber (3) für den beladenen Trägergasstrom aus­gerüsteten Durchlassorgans (1) Austrittdüsen (4), die das zusätzliche Gas mit einem Drall, dessen Drehsinn dem (5) des Drallgebers entspricht, dem beladenen Trägergasstrom zuführen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auf­bringen eines fliessfähigen Stoffes auf die Innenfläche eines Hohlkörpers und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Es sind ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patent­anspruchs 1 zum Entzundern der Innenfläche glühender Luppen bei der Herstellung nahtloser Rohre und eine Ein­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt (EP-A-0 133 937). Bei diesem Verfahren und mit dieser Einrichtung wird der mit dem Stoff, nämlich einem Entzunderungsmittel, beladene Trägergasstrom mit dem Drall unmittelbar durch den Hohlkörper, nämlich die glühende Luppe, geleitet. Dabei wird durch den Drall eine gleichmässigere Vertei­lung des Stoffes im Trägergas und durch die infolge des Dralles auftretende Fliehkraft ein grösserer Teil des Stoffes auf die Innenfläche des Hohlkörpers gebracht, ohne der Schwerkraft zu folgen.
• Der beladene Trägergasstrom mit dem Drall muss zuerst die im Hohlraum ruhende Luft durch den Hohlraum hindurch und aus diesem heraus drängen. Dabei wird ein Teil seines Dralls an diese Luft übertragen und geht für das Aufbringen des Stoffes auf die Innenfläche des Hohl­körpers verloren. Wenn der beladene Trägergasstrom durch den Hohlraum strömt, sind seine Geschwindigkeit und sein Drall in der Nähe der Innenfläche kleiner als in der Mitte des Hohlraumquerschnitts Die Strömung wird laminar wegen der Reibung an der Innenfläche, besonders wenn diese rauh, z.B. im Falle einer Luppe, mit einer Zunderschicht überzogen ist. Insgesamt ist nur ein Teil des dem beladenen Trägergasstom erteilten Dralls zum Aufbringen des Stoffes auf die Innenfläche wirksam.
• Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, das Verfahren und die Einrichtung der genannten Art zu verbessern, um einen grösseren Teil des Stoffes, mit dem der Trägergasstrom, dem der Drall erteilt wurde, beladen ist, auf die Innenfläche des Hohlkörpers zu bringen. Dabei ist Drall im Sinne einer Schraubbewegung oder schraubenlinienförmigen Bewegung zu verstehen.
• Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im we­sentlichen darin zu sehen, dass der beladene Trägergas­strom mit dem Drall beim Eindringen in den Hohlraum nicht auf ruhende Luft trifft, sondern auf den zusätzli­chen, nicht beladenen Gasstrom, der in derselben Rich­tung und mit einem Drall desselben Drehsinnes wie der beladene Trägergasstrom bereits durch den Hohlraum fliesst. Dadurch wirkt der beladene Trägerstrom sofort mit seiner ganzen Geschwindigkeit und dem ganzen ihm er­teilten Drall für das Aufbringen des Stoffes auf die In­nenfläche, von einem Hohlraumende zum anderen. Wenn der zusätzliche Gasstrom während wenigstens eines Teiles der Dauer des beladenen Trägergasstromes fortgesetzt wird, kann während dieser Zeit der durch Reibung des beladenen Trägergasstromes an der Innenfläche verursachte Geschwindigkeits- und Drallverlust durch die Wirkung des zusätzlichen Gasstromes aufgehoben werden, so dass insgesamt ein Drall zur Wirkung kommt, der dem dem Trä­gergasstrom erteilten Drall je nach Geschwindigkeit und Drall des zusätzlichen Gasstromes gleich, aber auch grösser (oder auch kleiner) sein kann als jener. Indem der zusätzliche Gasstrom an einer oder in Teilströmen an mehreren gleichmässig verteilten Stellen des Umfangs des Hohlraums in diesen geleitet wird, kann erreicht werden, dass der zusätzliche Gasstrom nur nahe der Innenfläche des Hohlraumes wirkt. Insgesamt wird die Wirksamkeit des bekannten Verfahrens bzw. der bekannten Vorrichtung durch die Erfindung erheblich verbessert. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung gehen aus der weiter unten folgenden Beschreibung eines Ausführungsweges der Erfindung hervor.
• Sowohl das Trägergas als auch das zusätzliche Gas, das nicht mit dem Stoff beladen wird, können je nach der Art des Stoffes, des Materials des Hohlkörpers oder der An­wendung des Verfahrens bzw. Verwendung der Einrichtung Luft oder ein anderes, insbesondere inertes Gas oder ein Gasgemisch und brauchen nicht gleich zu sein, zumal das eine zuerst mit dem Stoff und erst später zusammen mit dem Stoff und das andere zuerst allein und ge­gebenenfalls später zusammen mit dem Träger­gas-Stoff-Gemisch mit der (im Falle einer glühenden Lup­pe heissen) Innenfläche des Hohlraums in Berührung kommt. Auch könnte das andere Gas eine Flüssigkeit in gasförmiger Phase oder ein Aerosol sein oder enthalten.
• Der fliessfähige Stoff kann je nach Anwendung des Ver­fahrens bzw. Verwendung der Einrichtung eine Halbflüs­sigkeit, eine Paste, ein schmelzflüssiges oder partikel­förmiges Gut, wie Pulver, körniges Gut, kurze Fasern oder Späne, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch solcher Stoffe sein.
• Die den Hohlraum verlassende, das Trägergas und das zu­sätzliche Gas sowie einen Rest des Stoffes enthaltende Gasströmung kann zur Unterstützung der Strömung im Hohl­raum abgesaugt werden, wobei der Rest des Stoffes, wenn dieser aus feinen Partikeln besteht, in einem Abscheider zwecks weiterer Verwendung abgeschieden werden kann.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand einer nur einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Ansicht einer teils geschnittenen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Aufbringen eines fliessfähigen Stoffes auf die Innenfläche eines Hohlkörpers, dessen Hohlraum durchgehend und wenigstens annähernd zylindrisch ist.
• Diese Einrichtung ist insbesondere für die Anwendung des Verfahrens zum Aufbringen eines fliessfähigen Ent­zunderungsmittels auf die Innenfläche von Luppen bei der Herstellung nahtloser Rohre geeignet. Ihr im Zu­sammenhang mit der Erfindung wesentlicher Teil ist ein Durchlassorgan 1 für einen mit dem Stoff beladenen Trägergasstrom. Im Durchlassraum 2 des Durchlassorgans 1 sind Leitschaufeln 3 angeordnet, die einen Drallgeber für den beladenen Trägergasstrom bilden. Erfindungsge­mäss ist das Durchlassorgan 1 mit einer Zufuhrvor­richtung, in der Zeichnung mit Düsen 4 für ein zusätz­liches, nicht mit dem Stoff beladenes Gas versehen, de­ren Ausströmrichtungen windschief zur Achse des Durch­lassraumes 2 angeordnet sind, um diesem Gas einen Drall mit dem Drehsinn 5 des durch die Leitschaufeln 3 ge­bildeten Drallgebers zu erteilen. In der Zeichnung ist dies ein Rechtsdrall. Die Düsen 4 können als Lavaldüsen ausgeführt sein.
• Die Zuleitung 7 für das beladene Trägergas ist zusammen mit dem Durchlassorgan 1 durch eine Verschiebeeinheit 8 mit einem Schubweg von z.B. 40 cm und eine biegsame Muf­fe 9 geführt, die es ermöglichen, das Durchlassorgan 1 an den Hohlraum heranzuführen, in Bezug auf diesen zu zentrieren und wieder zurückzuziehen.
• Das Durchlassorgan 1 ist konisch als Diffusor ausge­führt. Für Hohlräume kleineren Durchmessers kann jedoch eine zylindrische Ausführung zweckmässig sein. Zwischen dem Ende (Mundstück 16) der Zuleitung 7 und dem Eingang des Durchlassorgans 1 ist ein am Umfang offener Zwi­schenraum 12 von z.B. 15-35, vorzugsweise 20-30 mm Länge, wodurch der bei Strahlapparaten (Strahlpumpen, Zerstäubern) bekannte Effekt erzielt wird, der zu einer besseren Verteilung des Stoffes im das Durchlassorgan verlassenden Trägergasstrom bewirkt. Wenn der Zutritt von Luft zum beladenen Trägergasstrom unerwünscht ist, kann ein nach aussen geschlossener, den Zwischenraum umschliessender Ringraum mit Gaszufuhr vorgesehen wer­den. Längs des Zwischenraumes 12 verlaufen zu den Düsen 4 führende Leitungen 13, die an einen Teil der Zuleitung 7 umschliessenden Zylinder 14 angeschlossen sind, der einen Anschluss 15 für die Zufuhr des zusätzlichen Gases hat.
• Im Durchlassraum 2 ist ein in Strömungsrichtung konisch erweiterter Verdrängerkörper 18, im Falle des Diffusors ein Diffusorkonus angeordnet, der hohl und an beiden Enden offen ist, um die genannte, bei Strahlapparaten bekannte Wirkung zu unterstützen.
• Das Durchlassorgan 1 bzw. der Diffusor hat einen doppel­ten Mantel 20 mit einer Zuleitung 21 und einer nicht dargestellten Ableitung für Kühlwasser und der Verdrän­gungskörper 18 bzw. Diffusorkonus ist hohl ausgeführt, um die Erwärmung durch Wärmestrahlung der glühenden Luppe klein zu halten. Aus diesem Grunde sind auch die Leitschaufeln 3 möglichst gut wärmeleitend mit dem gekühlten Mantel verbunden, z.B. angeschweisst.
• Die Leitschaufeln 3 sind im Querschnitt rinnenartig und in ihrer Längsrichtung gekrümmt, so dass die hohle Seite jeder dieser Krümmungen in Richtung des Drehsinns 5 des bewirkten Dralls liegt. Der Krümmungsradius des Rinnen­profils nimmt in Strömungsrichtung zu, entsprechend der Zunahme des Durchmessers des konischen Diffusors. Bei einem zylindrischen Durchlassorgan können die Leit­schaufeln wendelartig (ohne die Krümmungen) sein.
• Die Leitschaufeln 3 können abweichend von der gezeichne­ten Ausführung am Ausgang des Durchlassorgans z.B. 5 cm weit herausragende (nicht dargestellte) Enden haben, de­ren Breite in Strömungsrichtung so abnimmt, dass der Leitschaufelkranz im Bereiche dieser Enden konisch ver­jüngt ist, um beim Heranführen des Durchlassorgans 1 an den Hohlkörper in dessen Hohlraum zu greifen und jenen in bezug auf diesen zu zentrieren.
• Die Düsen 4 zur Zufuhr des zusätzlichen, nicht mit dem Stoff beladenen Gases sind am Ausgang des Durchlassor­gans 1 je am Ende einer Leitschaufel 3 so windschief zur Achse 6 des Durchlassraums 2 angeordnet, dass der Drall­winkel (den eine an die dem Drall entsprechende Schraubenlinie gelegte Tangente mit der Schrauben­linienachse bildet) grösser (der Steigungswinkel dieser Schraubenlinie also kleiner) als der Drallwinkel (bzw. der Steigungswinkel) des Dralles des mit dem Stoff be­ladenen Trägergasstromes ist.
• Bei einem konisch erweiterten Durchlassorgan (Diffusor 1) können drei bis sechs, vorzugsweise vier Leitschau­feln, bei einem zylindrischen Durchlassorgan können vier bis zwölf, vorzugsweise sechs bis zehn Leitschaufeln vorgesehen sein. Zweckmässig ist am Ende jeder zweiten Leitschaufel 3 eine Düse 4 angeordnet. Der Winkel an der Kegelspitze des Verdrängerkörpers (bzw. Diffusorkonus) 18 kann für einen Hohlraumdurchmesser von 15-20 cm 35 Grad, für kleinere Hohlraumdurchmesser 30 Grad und für grössere Hohlraumdurchmesser 40 Grad betragen. Bei einem konisch erweiterten Verdrängerkörper (Diffusorkonus) 1 kann der Winkel an dessen Degelspitze gleich dem des Verdrängerkörpers 18 sein. Bei Verwendung der Einrichtung zum Entzundern von Luppen ist der In­nendurchmesser des Mundstücks 16 am Ende der Zufuhr­leitung 7 für den beladenen Trägergasstrom zweckmässig 10 mm, wenn pro Luppe 100-150 Gramm pulverförmiges Ent­zunderungsmittel verwendet werden, bzw. bis 30 mm, wenn jeweils ca. 400 Gramm Entzunderungsmittel verwendet wer­den.
• Zur Anpassung an Hohlräume verschiedener Durchmesser können Durchlassorgane 1 unterschiedlicher Grössen, auch mit unterschiedlichen Drallwinkeln, insbesondere konische Durchlassorgane für grössere Durchmesser und zylindrische für kleine Durchmesser wahlweise einzeln am Endstück der Rohrleitung 7 für den beladenen Träger­gasstrom befestigbar sein.
• Nach dem Verfahren wird beispielsweise zum Entzundern der Innenfläche glühender Luppen für die Herstellung nahtloser, 4 bis 12 Meter langer Rohre mit einem In­nendurchmesser von 10 bis 35 cm die glühende Luppe an die Einrichtung herangeführt so dass der Luppenhohlraum hinreichend koaxial Durchlassraum des Durchlassorgans ist. Dann wird die Einrichtung durch Betätigung der Ver­schiebeeinheit 8 nahe an den Hohlraum herangebracht und erforderlichenfalls zentriert, wobei die Muffe 9 nach­gibt und gegebenenfalls das (nicht dargestellte) konisch verjüngte Schaufelkranzende als Zentriermittel in den Hohlraum geführt wird. Dann wird zuerst nicht mit dem Entzunderungsmittel beladene Luft mit einem Druck von beispielsweise 6 bar dem Anschluss 14 zugeführt und durch die Düsen 4 in den Hohlraum geblasen. Dabei ent­stehen zwei schraubenlinienförmige, axial gegeneinander versetzte Strömungen dieser Luft im Hohlraum. Nach 0,5 bis 3 Sekunden wird eine unter einem Druck von z.B. 6 bar stehende, mit dem Entzunderungsmittel beladene Luft­menge von 15 bis 20 Liter (entsprechend 90 bis 120 Liter bei Normaldruck) der Zuleitung 7 zugeführt, ihr wird im Durchlassraum 2 des Durchlassorgans 1 ein Drall erteilt, mit dem sie durch den Hohlraum zusammen mit dem nicht beladenen Luftstrom strömt. Der Drallwinkel der beiden Luftströme ist zweckmässig umso grösser, je grösser der Durchmesser des Hohlraumes der Luppe ist. Dieser Winkel kann 30 bis 60 Grad für Durchmesser von 10 bis 35 cm betragen. Nachdem die mit dem Entzunderungsmittel beladene Luftmenge durch den Hohlraum geströmt ist, wird die Zufuhr der nicht beladenen Luft unterbrochen und die Einrichtung mittels der Verschiebeeinheit 8 zurückgezogen. Daraufhin kann die nächste Luppe entzundert werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Aufbringen eines fliessfähigen Stoffes auf die Innenfläche eines Hohlkörpers mit einem durch­gehenden, wenigstens annähernd zylindrischen Hohlraum, bei dem ein mit dem Stoff beladener Trägergasstrom nach einer Drallerteilung axial durch den Hohlraum geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder sowohl vor als auch ährend wenigstens eines Teiles der Dauer des beladenen, mit dem Drall versehenen Trägergasstromes ein zusätzlicher, nicht mit dem Stoff beladener Gasstrom mit einem dem Drall des beladenen Trägergasstromes gleichgerichteten Drall axial durch den Hohlraum geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Gasstrom mit einem Drall, dessen Drallwinkel kleiner als der des beladenen Trägergas­stromes ist, durch den Hohlraum geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass das zusätzliche Gas an gleichmässig auf den Umfang des Hohlraums verteilten Stellen in den Hohlraum geleitet wird, um in mehreren, schraubenli­nienförmig an der Innenfläche verlaufenden Teilströmen, durch den Hohlraum zu strömen.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, mit einem Durchlassorgan (1) für den mit dem Stoff beladenen Trägergasstrom, in des­sen Durchlassraum (2) ein Drallgeber (3) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (4) zur Zu­fuhr des zusätzlichen Gases zum beladenen Trägergas in dessen Richtung und mit einem Drall, dessen Drehsinn dem des beladenen Trägergasstromes gleichgerichtet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchlassorgan (1) einen Abstand (12) von einem Austrittsmundstück (16) einer Zuleitung (7) für den beladenen Trägergasstrom hat.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch den Drallgeber für den beladenen Trägergasstrom bildende, im Drallwinkel zur Achse (6) des Durchlass­raumes (2) verlaufende Leitschaufeln (3), die rinnen­artig, mit in Strömungsrichtung zunehmendem Krümmungs­radius mit der hohlen Rinnenseite in Richtung des Dreh­sinns (5) des Dralls gekrümmt und/oder in Längsrichtung so gekrümmt sind, so dass der Drallwinkel in Strömungs­richtung zunimmt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallgeber für den beladenen Trägergasstrom bildende Leitschaufeln aus dem Ausgang des Durchlassorgans (1) herausragenden Enden haben, deren Breite in Durchlassrichtung so abnimmt, dass der Leitschaufelkranz im Bereich dieser Enden konisch verjüngt ist, um als in den Hohlraum greifende Zen­triermittel zum Zentrieren des Durchlassorgans in Bezug auf den Hohlraum zu dienen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassraum (2) des Durch­lassorgans (1) zylindrisch oder zur Bildung eines Diffusors in Durchlassrichtung wenigstens annähernd konisch erweitert ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlassraum (2) des Durch­lassorgans (1) ein hohler, an beiden Enden offener in Durchlassrichtung konisch erweiterter Verdrängerkörper oder Diffusorkonus angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchlassorgan (1) einen dop­pelwandigen Mantel (20) für ein Kühlmittel oder einen Wärmeträger hat.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr des zusätzlichen, nicht mit dem Stoff beladenen Gases mit dessen Drall mehrere Düsen (4) am Ausgang des Durchlassorgans (1) gleich­mässig auf dessen Umfang verteilt angeordnet zweck­mässig je an einer von mehreren, den Drallgeber für den beladenen Trägergasstrom bildenden Leitschaufeln (3) befestigt ist befestigt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­zeichnet dass die Düsen Lavaldüsen sind.

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