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Ein neuartiger Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzinjektor (HVSFS)

Kurzfassung

Dieser neuartige und zum Patent angemeldete HVSFS-Injektor hilft dem Anwender, verschiedene Lösungen oder Suspensionen unabhängig voneinander auf Oberflächen zu sprühen. Er bietet sowohl einen einstellbaren Sprühkegel, als auch eine regulierbare Tröpfchengröße und verhindert außerdem Verstopfungen und Unterbrechungen bei der Beschichtung.

Vorteile

  • Abnehmbarer Düsenkopf: Schnell austauschbare, rückstandsfreie Düse
  • Düsenköpfe mit unterschiedlichen Geometrien: Geeignet für maßgeschneiderte oder spezifische Prozessbedingungen
  • Deutliche Reduzierung der Temperatur an der Injektorspitze
  • Unabhängiges Sprühen von zwei verschiedenen zugeführten Suspensionen oder Lösungen ist möglich
  • Einsparung von Zeit, Kosten, Nacharbeit und deutlich verbesserte Qualität des Endprodukts

Anwendungsbereiche

  • Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzen
  • Beschichtungsprozesse.

Hintergrund

Zur Beschichtung von Oberflächen wurden in den letzten Jahrzehnten neue Materialien angewendet und fortschrittliche Herstellungsverfahren entwickelt. Eine qualitativ hochwertige und dauerhafte Beschichtung erfordert eine starke Bindung zwischen den Beschichtungsmaterialien und der Zieloberfläche. Das neue HVSFS-Verfahren bietet sehr dünne, aber fein strukturierte Beschichtungsschicht(en) mit geringer Porosität und guter Haftung auf einer Oberfläche, wenn der Anwender diesen Prozess ohne eine Unterbrechung durchführt. Generell ist das thermische Spritzen eine effiziente und vielseitige Technologie zur Herstellung hochwertiger Keramik- und Cermetbeschichtungen. Die kürzlich entwickelte Technik des HVSFS-Verfahrens (Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzen) ist ein schnelles thermisches Überschallspritzen von feinen Pulvern im Submikron- und Nanobereich.  Das Pulvern in flüssigen Suspensionen ist auch eine leistungsfähige Technologie für dünne, präzise und gut haftende Beschichtungen, insbesondere für superharte Keramiken. Die Herausforderung besteht in einer verbesserten Zuverlässigkeit und Produktivität dieses Herstellungsprozesses mit Hilfe von technischer Hard- und Software für das thermische Spritzen.

Die kritischste Komponente bei dieser Technik ist jedoch die stabile Funktionalität des Düsensatzes. Das neue Patent zeigt das Potenzial von deutlich verbesserten Düsen mit optimiertem Design und lässt sich kundenspezifisch konstruieren.

Problemstellung

Die derzeitigen HVSFS-Injektoren können das Aufschmelzen und Verdampfung der Suspensionskomponenten nur schwer kontrollieren, da unerwünschte Tröpfchen und/oder Zerfall der Suspension oder Lösung während des HVSFS-Sprühvorgangs auftritt. Wissenschaftlich ausgedrückt zerfällt der Flüssigkeitsstrahl aufgrund von zufälligen Turbulenzen im Brenner (Fackel). Darüber hinaus trocknen die überhitzten Injektoren die Suspensionslösung aus, was in der Regel zu einer Verstopfung des Injektors führt. Diese Verstopfung unterbricht den Prozess häufig und erlaubt es dem Anwender nicht, die Arbeit in einem Zug zu beenden (d.h. Nacharbeit, Zeit- und Kostenverschwendung). Die Reinigung solcher Ablagerungen, die sich im Düsenkopf oder im Brenner befinden, ist ebenfalls mit Schwierigkeiten für den Anwender verbunden, da das Innere einer Spritzpistole nur begrenzt zugänglich ist.

Lösung

Wissenschaftler am Institut für Fertigungstechnik Keramischer Bauelemente (IFKB) an der Universität Stuttgart haben eine, zum Patent angemeldete, neuartige Konstruktion eines HVSFS-Injektors entwickelt und hergestellt: "Ein Zweistoffinjektor mit interner Zerstäuberlanze, die auch getrennte Kanäle für mehrere Flüssigkeiten und ein Zerstäubergas enthalten kann". Diese Erfindung ermöglicht es, verschiedene Arten von Suspensionen/Lösungen und das Gas unabhängig voneinander in den Brenner einzuleiten. Außerdem hilft die verbesserte Konstruktion des Düsenkopfes dem Anwender, die Zerstäubung der Flüssigkeiten im Brenner zu steuern. Mit dieser neuen Konstruktion kann der Anwender die Form des Sprühkegels durch Einstellen der Düsenkontur verändern. Auch die Tröpfchengröße kann durch Variation des Volumens des zugeführten Gases optimiert werden. Um unterschiedliche Prozessbedingungen zu unterstützen, werden außerdem verschiedene Düsenköpfe mit spezifischen Geometrien entworfen und realisiert. Der Injektor verhindert sowohl die Pfropfenbildung als auch eine Prozessunterbrechung aufgrund von Überhitzung, da eine thermische Entkopplung des Düsenkopfes von der Heißgaszone (d.h. dem Brenner) gewährleistet ist. Da der Injektor über eine Kupplung mit dem Brenner verbunden ist, können die Lanze und der Düsenkopf zudem leicht ausgetauscht und gereinigt werden.

 

Abbildung 1: Das zum Patent angemeldete und neuartige Design des Injektors (Brenner) für HVSFS-Verfahren. [Abb.: Gadow, Institut für Fertigungstechnik Keramischer Bauteile, Universität Stuttgart].
Abbildung 1: Das zum Patent angemeldete und neuartige Design des Injektors (Brenner) für HVSFS-Verfahren. [Abb.: Gadow, Institut für Fertigungstechnik Keramischer Bauteile, Universität Stuttgart].
Exposé
Kontakt
Dr. Hans-Jürgen Eisler
Technologie-Lizenz-Büro (TLB)
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe
Telefon + 49 721 / 790 040
eisler(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
TRL6-7 - Prototyp entwickelt
Patentsituation
CH 714521A2 anhängig
DE 102017130744.3 anhängig
FR 18/73324 anhängig
Referenznummer
17/080TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten für Lizenz- und Kooperationsvereinbarungen.