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Beschichtungsverfahren

Hochgeschwindigkeitsflammspritzanlage der Fa. Thermico

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

Der 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.

Spezifikation

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

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.