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Hochgeschwindigkeitsflammspritzanlage der Fa. Thermico

Thermico C-CJS HVOF-Anlage

Mit der Thermico C-CJS HVOF-Anlage (Computerized - Carbice Jet System) verfügt der Lehrstuhl für Werkstofftechnologie über ein hochmodernes, industrielles Beschichtungssystem zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (High Velocity Oxygen Fuel) welches insbesondere für den Einsatz von feinen Pulverfraktionen (Submikron oder Nanopulvern) optimiert wurde. Besonderheiten dieses Systems liegen hier vor allem in der Möglichkeit deutliche geringere thermische Energie bei gleichzeitiger höherer Prozessgas- und Partikelgeschwindigkeiten über 1000 m/s) zu applizieren. Dadurch kann die Gefahr von Überhitzungen feiner Partikel deutlich gesenkt werden und gleichzeitig ihre geringere kinetische Energie infolge der geringeren spezifischen Masse innerhalb des HVOF Prozesses durch signifikant höhere Partikelgeschwindigkeiten kompensiert bzw. weiter erhöht werden. Auf diese Weise lassen sich beim Einsatz feiner Pulver hervorragende Schichteigenschaften erzielen. Das System eignet sich aber ebenso auch für die Verarbeitung von „gröberen“ Standardpulvern (> 15 µm). Die HVOF-Prozesssteuerung und Prozessdatenerfassung (inklusive Pulverförderung) erfolgt zentral und vollständig computergesteuert über den offline programmierbaren Beschichtungscenter. Hierzu stehen eine moderne SPS-Technologie, eine übersichtliche PC-Visualisierung sowie eine speziell entwickelte Dialogsoftware von Thermico „Thermal Spray Pro“ zur Verfügung. Das HVOF-Anlagensystem besteht aus dem CPF2-Twin Pulverförderer sowie den folgenden HVOF Brennern:

  • CJS- Brennergrundeinheit mit bis zu vierfacher, radialer Pulvereindüsung
  • K4.2 Düsenkonfiguration (Brennkammer & Wassermantel)
  • K5.2 Düsenkonfiguration (Brennkammer & Wassermantel)
  • IDCoolFlow HP
  • ID CoolFlow Mono HP

Unter Einsatz dieser Anlagentechnologie lassen sich sowohl regelgeometrische Flächen (mittels CJS Brenner) als auch radialsymmetrische Innenteile bis zu einem Innendurchmesser von 79 mm (unter Einsatz von ID CoolFlow oder IDCoolFlow Mono) wirtschaftlich und effizient beschichten.

 

Thermico CJS (Carbide Jet System) HVOF-Brenner

thermico_c-cjs_01Der CJS von Thermico ist ein flexibler HVOF-Brenner, der die Möglichkeit einer bis zur vierfachen radialen Pulvereindüsung bietet. Auf diese Weise können sehr hohe Auftragswirkungsgrade und hohe Wirtschaftlichkeit sogar bei Einsatz feiner Pulverfraktionen erzielt werden. Er arbeitet mit wechselbaren Konfigurationen aus Brennkammer (K4.2 und K5.2) und Beschleunigerdüsen (100 mm, 140 mm und 200 mm) um so eine bestmögliche Anpassung des thermischen Spritzprozess an neuartige sensible Werkstoffe mit Korngrößen im Submirkon- oder Nanobereich vornehmen zu können. Der Brenner arbeitet mit einer wasserstoffstabilisierten Kerosin-/Sauerstoff-HVOF-Flamme. Der Wasserstoff wird mit Sauerstoffüberschuss in einer kurzen Unterschall-Hochdruckbrennkammer  verbrannt.  Der  eingedüste Flüssigbrennstoff  Kerosin (Petrolium Exxon D60 oder Jet A-1 Flugtreibstoff) wird aufgrund der trägeren Reaktionskinetik erst im nachfolgenden Überschallbereich der Beschleunigungsdüse (K4.2) sowie in Brennkammer und Beschleunigungsdüse (K5.2) verbrannt. Die zweistufige Verbrennung ermöglicht es, wichtige Größen des thermischen Spritzprozesses, die Partikeltemperatur und die Partikelgeschwindigkeit in weiten Bereichen fast unabhängig voneinander zu steuern. Dank der neuartigen K4.2 und K5.2 Brennkammer- und Düsentechnologie können sehr hohe Brennkammerdrücke bis 25 bar realisiert werden, die über eine einfache Energiewandlung (K4.2) bzw. einer zweistufige Energiewandlung (K5.2) in eine pulsationsarme Überschall-Prozessgasströmung mit sehr hoher Prozessgas-Strömungsgeschwindigkeiten > 1000 m/s überführt werden. Gleichzeitig kann die thermische Prozessgasenergie bzw. die Flammtemperaturen deutlich gesenkt, wodurch Überhitzungen feiner Partikel die zu Kohlenstoffabbrand im Falle karbidhaltiger MMC-Werkstoffe, Oxidationen in der metallischen Matrix oder Sprödphasenbildung führen, deutlich minimiert werden. Somit kann ein hoher Hartstoffgehalt in den Schichtsystemen mit korrespondierend hoher Verschleißbeständigkeit gewährleistet werden. Die Spritpulverpartikel werden radial in den „kälteren“ Überschallbereich der HVOF Flamme, kurz vor der Beschleunigungsdüse in den injiziert. In diesem Teil sind die Verbrennungsreaktionen der Flamme weitestgehend abgeschlossen. Die langen Beschleunigungsdüsen sorgen für eine gleichmäßige Wärme- und Impulsübertragung der Prozessgasströmung auf die Pulverpartikel.

 

Spezifikationen

Düsenkonfigurationen: K1, K2, K4.2 und K5.2
Brennkammerdrücke: 6-12 bar und 10-25 bar
Sauerstoff: 30-60 m³/h
Wasserstoff oder Methan: 4-50 m³/h
Kerosin: 4-20 l/h
Pulverfördergas: Stickstoff 0,5-3,5 m³/h
Beschleunigerdüsen: 100 mm, 140 mm, 200 mm
Pulvereindüsung: radial, Hartmetall-verstärkt
Kühlung: Wassergekühlt
Kühlleistungen: K1, K2 bis 20 kW
K4.2 bis 40 kW
K5.2 bis 65 kW
Brennkammern: K4.2 und K5.2
Brenngase: Wasserstoff oder Methan (2 - 12 m³/h)
Sauerstoff (20 - 60 m³/h)
Flüssigbrennstoff: Kerosin (5 - 20 l/h)
Brennkammerdruck: 5 - 15 bar
Kühlmedium: entionisiertes Wasser
Kühlleistung: K4.2 bis 40 kW und K5.2 bis 65 kW
Vorlauftemperatur: Mindestens 25 °C
Rücklauftemperatur: Maximal 45 °C
Kühlmittelstrom: Mindestens 25 l/min
Pulverträgergas: Stickstoff oder Argon (4 - 15 l/min)
Beschleunigerdüsen: 100 mm, 140 mm, 200 mm
Pulvereindüsung: Radial, bis zu vierfach
Spülgas: Stickstoff
   
Versorgungsdrücke:  
Stickstoff: 8 - 10 bar (für HVOF- und Spülgas)
Wasserstoff: 8 - 16 bar
Sauerstoff: 20 bar
Kerosin: Maximal 2 bar Vordruck
Kühlwasser: Mindestens 6 bar
   
Zündwerte:  
Wasserstoff: 66 l/min
Sauerstoff: 22 l/min

 

Thermico CPF2-Twin Pulverförderer

Der Thermico CPF2-Twin Pulverförderer verbindet eine fortschrittliche Anlagentechnologie für die Förderung von Standard und Feinstpulvern bis in den Nanometerbereich mit einem gekappselten Design, um gesundheitsgefährliche Staubexpositionen in den Arbeitsbereich zu minimieren. Das System ist mit zwei schwingungsfähigen Pulvertöpfen ausgestattet welche mittels eines pneumatischen Vibrationsmechanismus angeregt werden und so dem Pulver Fließeigenschaften vergleichbar mit einem flüssigen Medium vermitteln können. Auf diese Weise lassen sich superfeiner Pulver < 10 µm, welche aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts, ihrer Oberflächeneigenschaften und / oder ihrer geometrischen Form schlechte Fließeigenschaften aufweisen, problemlos fördern. Basierend auf einem gravimetrisch-volumetrischen Förderprinzip sorgen ein Argon (oder Stickstoff) Trägergasstrom sowie Förderscheiben mit optimiertem Design für den Transport der Pulverpartikel in den Brenner. Das Bauprinzip erlaubt eine von der Trägergaseinstellung unabhängige Pulverdosierung über die Drehzahl der Förderscheibe. Der Trägergasstrom wird über einen Massenflussregler mit einer Genauigkeit von +/-2% vom Einstellwert geregelt und übertrifft die Anforderungen für Klasse-A-Anlagen nach DIN 32 521. Die leicht austauschbaren Pulverbehälter sind einfach zu reinigen und können mit verschiedenen Förderscheiben (je nach gewünschter Pulverkorngröße) ausgerüstet werden. Heizmanschetten, Trägerhasheizungen und ein Vakuumsystem schützen das Pulver vor Feuchtigkeit und vermindern so unerwünschte Partikel Agglomerationen. Durch einen beheizbaren anti-haft PTFE-Schlauch werden die Pulverpartikel schlussendlich in den Brenner gefördert.

Spezifikationen

Förderscheibentypen: L - Standard
  H - für Materialien, die Kunststoffe enthalten
Behältervolumen: Standard 3,5 l optional 5 l und 0,5 l
Druck: 10 bar
Trägergassteuerung: Massenflussregelung mit ±2 % Genauigkeit
Steuerung Pulver/Gas: Schnellstop durch Bypass für Pulver
Fluidisierung des Pulvers: Vibrationssystem
Passive Schutzeinrichtung: Strikte Trennung von gas-, pulver- und stromführenden Bereichen
Integrierung des Pulverförderers: Fernbedienung- oder Stand-Alone Ansteuerung

 

Thermico ID CoolFlow HP HVOF

Der ID CoolFlow ist ein Hochdruck-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzbrenner, komplett metallisch gekapselt und für die Innenbeschichtung und das Beschichten komplexer Bauteilgeometrien geeignet. Das Energieniveau ermöglicht eine hochwertige Beschichtung bei niedrigen, moderaten Bauteiltemperaturen. Die Kombination mit dem Thermico CPF Pulverförderer lassen sich superfeiner Pulver < 15 µm verarbeiten. Dieses ermöglicht die Beschichtung temperatursensibler Bauteile mit einem Energieniveau von weniger als 20 kW.

thermico_c-cjs_02

Spezifikationen

Kleinster beschichtbarer Innendurchmesser: 150 mm
Sauerstoff: 5-40 m³/h
Kerosin: 2-10 l/h
Methan oder Wasserstoff: 2-10 m³/h
Brennkammerdruck: 7-15 bar
Pulverfördergas: Stickstoff 4-10 l/min
Kühlung: Wasser
Kühlwasserdruck: min. 6 bar
Benötigte Kühlleistung: 25 kW
Gewicht des Brenners: 2,3 kg
   
Brenngase:  
Wasserstoff oder Methan: 60 l/min
Sauerstoff: 300 l/min
   
Flüssigbrennstoff:  
Kerosin: 0,5 - 4 l/h
   
Leistungsbereich: 5 - 35 kW
Brennkammerdruck: 7 - 15 bar
Kühlmedium: entionisiertes Wasser
Kühlleistung: 2,5 - 17 kW
Vorlauftemperatur: Mindestens 20 °C
Rücklauftemperatur: Maximal 45 °C
Kühlmittelstrom: Mindestens 10 l/min
Pulverfluss: Maximal 40 g/min
Pulverträgergas: Stickstoff oder Argon (4 - 10 l/min)
Spülgas: Stickstoff
   
Versorgungsdrücke:  
Stickstoff: 8 - 10 bar (für HVOF- und Spülgas)
Wasserstoff: 8 - 10 bar
Sauerstoff: 15 bar
Kühlwasser: Mindestens 6 bar
   
Zündwerte:  
Wasserstoff: 50 l/min
Sauerstoff: 100 l/min

 

Thermico ID CoolFlow Mono HVOF

Ähnlich dem ID CoolFlow wurde der ID CoolFlow Mono ebenfalls für die Innenbeschichtung von Bauteilen entwickelt. Im Unterschied zum ID CoolFlow ist der ID CoolFlow Mono jedoch mit nur einer Pulvereindüsung ausgestattet. Ein besonderes Brennkammerdesign sowie eine verkürzte Beschleunigerdüsenform führen zu einer weiteren Senkung der HVOF-Flamm- und Partikelstrahltemperaturen. Neben der deutlich geringeren thermischen Energieeinbringung in die Flamme wird gleichzeitig auch die Länge des Strahls reduziert. Auf diese Weise ermöglicht der ID CoolFlow Mono die Beschichtung von Innenteilen bis zu einem Durchmesser 79 mm.

thermico_c-cjs_03

Spezifikationen

Brenngase:  
Wasserstoff oder Methan: 60 l/min
Sauerstoff: 300 l/min
   
Flüssigbrennstoff:  
Kerosin: 0,5 - 4 l/h
   
Leistungsbereich: 5 - 35 kW
Brennkammerdruck: 12 bar
Kühlmedium: entionisiertes Wasser
Kühlleistung: 2,5 - 17 kW
Vorlauftemperatur: Mindestens 25 °C
Rücklauftemperatur: Maximal 50 °C
Kühlmittelstrom: Mindestens 15 l/min
Pulverfluss: Maximal 35 g/min
Pulverträgergas: Stickstoff oder Argon (1 - 23 l/min)
Spülgas: Stickstoff
   
Versorgungsdrücke:  
Stickstoff: 8 - 10 bar (für HVOF- und Spülgas)
Wasserstoff: 8 - 16 bar
Sauerstoff: 14 bar
Kühlwasser: Mindestens 6 bar
   
Zündwerte:  
Wasserstoff: 20 l/min
Sauerstoff: 40 l/min


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Kontakt

Foto von M.Sc. Christopher Schaak

M.Sc. Christopher Schaak

Telefon: 0231 755-7308

Adresse:

Lehrstuhl für Werkstofftechnologie
Leonhard-Euler-Str. 2
44227 Dortmund
Deutschland

Raum 111