AT14885U1 - Rohr mit Innenbeschichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Hohlkörper, der in Umfangrichtung in mindestens zwei Segmente unterteilt ist, wobei ein Segment aus einem Trägerkörper mit einer an der dem Innenraum des Hohlkörpers zugewandten Seite aufgebrachten Spritzschicht gebildet ist. Die Trägerkörper sind in Umfangrichtung stoff-, form- und/oder kraftschlüssig zueinander fixiert und verbunden und die Spritzschicht erstreckt sich über die gesamte Innenoberfläche des Hohlkörpers.

Description

Beschreibung

ROHR MIT INNENBESCHICHTUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen rohrförmigen Hohlkörper sowie ein Verfahren für die Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers.

[0002] Rohre aus sehr teuren bzw. schwer verarbeitbaren Materialien wie aus den Refraktärmetallen Rhenium, Tantal, Wolfram oder Niob werden in den vielfältigsten Industrieanwendungen und Branchen benötigt, um beispielsweise korrosive oder erodierende Materialien in gasförmig, flüssig oder fester Form zu leiten. Es ist dazu hinlänglich bekannt, Rohre zu verwenden, deren Wände vollständig aus dem gewünschten Material gebildet sind. Die Verwendung derartiger Rohre bringt aber mehrere Nachteile mit sich. Einerseits sind bei sehr teuren Materialien wie Rhenium oder Tantal aufgrund des hohen Preises die Anwendungsfelder und Einsatzmöglichkeiten stark limitiert, andererseits stößt man bei spröden Materialien wie insbesondere Wolfram aufgrund der begrenzten Umformbarkeit auf zahlreiche verfahrenstechnische Herausforderungen bei deren Herstellung. Als Alternative zu derartigen Rohren mit homogenem Aufbau sind Rohrsysteme mit zwei- oder mehrschichtigem Aufbau bekannt, die aus einem günstigeren und/oder leichter zu verarbeitenden Grundmaterial bestehen, welche mit einem funktionalen Werkstoff innen- bzw. außenbeschichtet sind. Die gewünschten Gebrauchseigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, thermische Isolation, etc. werden durch die Beschichtung mit dem funktionalen Werkstoff zur Verfügung gestellt bzw. verbessert. Innen- bzw. Außenbeschichtungen können durch bekannte Verfahren wie galvanische Verfahren, thermisches Spritzen, Gasabscheideverfahren wie PVD (physical vapour deposition) oder CVD (Chemical vapour deposition), Diffusionsbeschichten, etc. realisiert werden. Thermisches Spritzen ist ein universell ersetzbares Beschichtungsverfahren und für vielfältige industrielle Anwendungen besonders gut geeignet, da sich im industriellen Maßstab Schichtdicken mit ausreichender Stärke im Bereich von bis zu mehreren Millimetern erzielen lassen. Beim thermischen Spritzen wird ein meist pulverförmiger oder drahtförmiger Beschichtungswerkstoff in einer Energiequelle erwärmt, an- bzw. aufgeschmolzen und anschließend mit hoher thermischer und/oder kinetischer Energie auf eine Bauteiloberfläche aufgeschleudert, auf der der Beschichtungswerkstoff eine Schicht ausbildet.

[0003] Bei industriellen Anwendungen werden häufig längliche Rohre bzw. Rohrsysteme benötigt, bei denen der Innendurchmesser im Verhältnis zur Länge vergleichsweise gering ist. Das Innenbeschichten von derartigen Rohren mittels thermischen Spritzen bringt aber mehrere offene Probleme mit sich. Grund dafür ist, dass thermisches Spritzen im Auftragungsprozess eine Sichtlinie zwischen dem Spritzgerät und der zu beschichtenden Oberfläche erfordert. Aufgrund der starken Abhängigkeit der aufgetragenen Schicht vom Auftreffwinkel der an- bzw. aufgeschmolzenen Partikel lässt sich eine hohe Güte der Beschichtungsschicht nur unter einem schmalen Auftreffkegel um eine Achse senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche erzielen. Qualitativ hochwertige, thermisch gespritzte Innenbeschichtungen sind daher bei länglichen Hohlkörpern wie Rohren nur randseitig bis zu einer gewissen Tiefe möglich. Für eine weitergehende Innenbeschichtung gibt es adaptierte Spritzgeräte mit entsprechenden Lanzen und Winkelköpfen, die beim Beschichtungsprozess in das Innere eines Hohlraums geführt werden. Allerdings sind als Nachteile bei diesen Systemen die verminderte Abscheidungseffizienz (deposition efficiency) und eine geringere Qualität der aufgetragenen Schichten zu nennen. Zudem ist eine Prozesskontrolle nur eingeschränkt möglich. Auch erfordern diese Systeme einen minimalen Innendurchmesser der zu beschichtenden Hohlräume von etwa 15 cm.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen rohrförmigen Hohlkörper, insbesondere ein Rohr bzw. ein Rohrsystem, mit einer qualitativ hochwertigen funktionalen Innenbeschichtung bereitzustellen. Der Hohlkörper soll dabei in kostengünstiger und einfacherWeise herstellbar sein. Diese Aufgabe soll insbesondere für Hohlkörper gelöst werden, die einen im Verhältnis zu ihrer Länge geringen Innendurchmesser aufweisen.

[0005] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das kostengünstig zu einem innenbeschichteten rohrförmigen Hohlkörper führt.

[0006] Die voranstehende Aufgabenstellung wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen rohrförmigen Hohlkörper beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

[0007] Mit rohrförmigen Hohlkörper wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf einen länglichen, rohrförmigen Hohlkörper aus (in Abgrenzung zu einem flexiblen Schlauch) verhältnismäßen steifen Material Bezug genommen, welcher mindestens eine (verschließbare) Öffnung aufweist und das Medium, das durch ihn hindurchgeführt wird, von seiner Umgebung trennt. Unter einem rohrförmigen Hohlkörper ist in Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein Rohr oder ein Rohrsystem zu verstehen. Die Geometrie des rohrförmigen Hohlkörpers ist dabei nicht auf eine zylindrische Grundform beschränkt. Der Hohlkörper kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen, insbesondere einen kreisrunden, rechteckigen oder ovalen Querschnitt haben. Der Durchmesser des Hohlkörpers kann über seine Länge konstant sein, kann aber auch über seine längliche Ausdehnung variieren, beispielsweise kann sich der Hohlkörper zu einem Ende hin verjüngen. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann der Hohlkörper zumindest abschnittsweise eine Krümmung aufweisen, beispielsweise als ein Rohrbogen ausgebildet sein. Neben Öffnungen an der Stirnseite kann der rohrförmige Hohlkörper auch seitliche Öffnungen aufweisen. Zur Verbindung mit anderen rohrförmigen Abschnitten kann ein Ende bzw. eine Öffnung des Hohlkörpers als Flansch ausgebildet sein.

[0008] Erfindungsgemäß wird ein rohrförmiger Hohlkörper, insbesondere ein Rohr bzw. ein Rohrsystem, vorgeschlagen, welcher in Umfangrichtung in mindestens zwei Segmente unterteilt ist. Ein Segment ist jeweils aus einem metallischen Trägerkörper gebildet, der an der Seite, die dem Innenraum des rohrförmigen Hohlkörpers zugewandt ist, mit mindestens einer thermischen Spritzschicht beschichtet ist. Die jeweils für sich vorgefertigten einzelnen Segmente sind in Umfangrichtung zu einem rohrförmigen Hohlkörper zusammengefügt. Dabei sind die Trägerkörper in Umfangrichtung durch Stoffschluss, Formschluss und/oder Kraftschluss zueinander fixiert und verbunden. Erfindungsgemäß erstreckt sich die thermische Spritzschicht über die gesamte Innenoberfläche des rohrförmigen Hohlkörpers.

[0009] Der Kerngedanke der Erfindung ist, ein innenbeschichtetes Rohr - im Gegensatz zum Stand der Technik, wo ein in Umfangrichtung geschlossenes Trägerrohr durch seine stirnseitlichen Öffnungen mit einer funktionalen Innenbeschichtung versehen wird - aus einzelnen vorgeformten und vorbeschichteten Segmenten zusammenzufügen. Die Segmente bestehen aus einem beschichteten Trägerkörper, sie sind offen und deren Anzahl und Form wird dabei derart gewählt, dass sie für ein Beschichtungsverfahren wie thermisches Spritzen, das eine Sichtlinie erfordert, gut zugänglich sind und zusammengefügt einen rohrförmigen Hohlkörper ergeben. Der rohrförmige Hohlkörper umfasst also in Umfangrichtung mindestens zwei Segmente, die miteinander verbunden sind. Durch den modularen Aufbau aus einzelnen Segmenten können längliche rohrförmige Hohlkörper wie Rohre, Ventile, etc. mit großer Länge und vergleichsweise geringem Durchmesser mit einer hochwertigen funktionalen Innenbeschichtung realisiert werden. Zur Herstellung eines geraden bzw. gebogenen Rohrs werden vorteilhafterweise gerade bzw. entsprechend gekrümmte rinnenförmige Schalen, insbesondere Halbschalen, verwendet. Insbesondere kann beim erfindungsgemäßen Hohlkörper die Länge des rohrförmigen Hohlkörpers mehr als das 2-fache, bevorzugt mehr als 3-fache des Innendurchmessers des rohrförmigen Hohlkörpers betragen.

[0010] Zur Ausbildung der thermischen Spritzschicht sind thermische Spritzverfahren wie das Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindig-keitsflammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Laserspritzen, PTWA (plasma transferred wire arc) Spritzen oder ähnliche Spritzverfahren geeignet. Beim Plasmaspritzen unter scheidet man wieder in Abhängigkeit von der Spritzatmosphäre das atmosphärische Plasmaspritzen, das Plasmaspritzen unter Schutzgas sowie das Vakuumplasmaspritzen. Generell wird bei Spritzverfahren der Beschichtungswerkstoff mit einer Energiequelle erwärmt, ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Die Bauteiloberfläche wird dabei nur in geringem Maße thermisch belastet und in der Regel nicht vollständig aufgeschmolzen. Die Spritzschicht wird lagenweise aufgebaut und zeichnet sich gewöhnlich durch eine homogene Mikrostruktur und eine im allgemeinen geringe Porosität aus, die eine hohe Dichtigkeit gewährleistet. Die Spritzschicht kann auch aus einer Abfolge von Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein, beispielsweise eine Gradierung in der Materialzusammensetzung aufweisen. Die einzelnen Spritzverfahren unterscheiden sich hinsichtlich der Energiequelle, die für das Erwärmen, An- oder Aufschmelzen des Beschichtungswerkstoffs zum Einsatz kommt. Beim Lichtbogenspritzen erfolgt die Wärmeeinkopplung in den Beschichtungswerkstoff durch einen elektrischen Lichtbogen, beim Plasmaspritzen durch ein Plasma, beim Kaltgasspritzen durch schnelles, vorgewärmtes Gas bzw. beim Laserstrahlspritzen mittels eines Laserstrahls. Eine thermische Spritzschicht kann ein Fachmann in eindeutiger Weise aufgrund ihrer Gefügestruktur erkennen. So verformen sich die Spritzpartikel beim Auftreffen auf dem Substrat, so dass die für thermische Spritzschichten typische „Pancake-Struktur“ entsteht.

[0011] Erfindungsgemäß ist die gesamte Innenoberfläche des rohrförmigen Hohlkörpers mit einer thermischen Spritzschicht versehen, d.h. bei jedem einzelnen Segment-Trägerkörper ist zumindest jene Oberfläche, die nach dem Zusammenfügen der Segmente anteilig die Innenoberfläche des rohrförmigen Hohlkörpers bildet, vollständig mit einer thermischen Spritzschicht beschichtet. Die thermische Spritzschicht besteht aus einem geeigneten Material, das die gewünschten funktionalen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, thermische Isolation, etc. herstellt. Durch die Beschichtung der gesamten Innenoberfläche des Hohlkörpers wird erreicht, dass das durch den Hohlkörper geleitete Medium nicht in Kontakt mit dem Trägermaterial kommt. Man hat dadurch mehr Freiheiten bei der Wahl des Trägermaterials, da dieses nicht zwingend die gewünschten funktionalen Eigenschaften aufzuweisen braucht und insbesondere aus einem günstigeren und/oder leichter zu verarbeitenden Material gefertigt werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Segmente des Hohlkörpers mit hoher Passgenauigkeit und geringen Toleranzen ausgeführt sind. Dadurch wird dem durch das Innere des Hohlkörpers geführten Medium der Zutritt zum Trägermaterial über einen Spaltbereich zwischen angrenzenden Segmenten erschwert.

[0012] Gemäß der vorliegenden Erfindung deckt also die thermische Spritzschicht bei einem einzelnen Segment mindestens die Fläche, die der mit dem jeweiligen Segment korrespondierenden Innenoberfläche des Hohlkörpers entspricht, ab. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich bei einem einzelnen Segment die thermische Spritzschicht darüber hinaus zumindest abschnittweise über mindestens eine Seitenfläche des Trägerkörpers erstreckt, an der das Segment beim Zusammenfügen mit benachbarten Segmenten aneinanderstößt. In dieser Ausführungsform überlappen sich daher die Spritzschichten aneinandergrenzender und verbundener Segmente zumindest abschnittsweise an den Stoßstellen. Diese Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere für jene Anwendungen, bei denen eine hohe Dichtigkeit erforderlich ist und Kontakt zwischen dem durch den Hohlkörper strömenden Medium und dem Trägerkörper vermieden werden soll. Ein Beispiel dafür sind Anwendungen mit korrosiven Medien. Dank der vorliegenden Erfindung wird bei dieser Anwendung ein anspruchsvoller korrosionsbeständiger Werkstoff nur für die Innenbeschichtung benötigt, während für den Trägerkörper ein kostengünstiger, nicht notwendigerweise korrosionsbeständiger Werkstoff gewählt werden kann.

[0013] Die einzelnen Segmente werden nach dem Aufbringen der Spritzschicht zu einem rohrförmigen Hohlkörper verbunden, indem die Trägerkörper durch Stoffschluss, Formschluss, Kraftschluss oder Kombinationen dieser Verbindungsformen zueinander fixiert und verbunden werden. Eine stoffschlüssige Verbindung benachbarter Segmente kann bevorzugt durch Verschweißen, Verlöten oder Aufbringen einer Spritznaht erzielt werden.

[0014] In vorteilhafter Weise werden nach dem Aufbringen der Spritzschicht die zu verbinden- den Segmente zueinander durch eine formschlüssige Verbindung fixiert oder miteinander verbunden. Dazu sind die Segmente zumindest bereichsweise so ausgebildet, dass dies eine formschlüssige Verbindung ermöglicht. Als besonders vorteilhafte formschlüssige Verbindungen sind die Nut-Feder- und die Passfeder-Verbindung sowie das Verstiften zu nennen.

[0015] Bei einer Nut-Feder-Verbindung ist an mindestens einer Seitenfläche des Trägerkörpers eines ersten Segments eine Nut zur Aufnahme einer Feder des Trägerkörpers eines benachbarten zweiten Segments angeformt. Als entsprechendes Gegenstück ist an mindestens einer Seitenfläche des Trägerkörpers des zweiten Segments eine Feder zum Einsetzen in die Nut des ersten Segments vorgesehen. In vorteilhafter Weise ist an entsprechenden Seitenflächen eine Verbindung mit einer Abfolge mehrerer Nuten bzw. Federn vorgesehen, um eine bessere Stabilität und Dichtigkeit zu erzielen.

[0016] Es ist natürlich auch möglich, nach dem Aufbringen der Spritzschicht die zu verbindenden Teile durch einen Kraftschluss zueinander zu fixieren oder miteinander zu verbinden. Vorteilhafte kraftschlüssige Verbindungen sind Press-, Schrumpf- und Keilverbindungen. Durch Verstemmen wird sowohl eine form- als auch kraftschlüssige Verbindung erzielt. Die zu verbindenden Teile durch Verstemmen zueinander zu fixieren oder miteinander zu verbinden, stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Die zu verbindenden Segmente können auch mittels flanschartiger Verbindungen, die in Längsrichtung des Hohlkörpers ausgebildet sind, in Umfangrichtung verbunden sein. Dies bewirkt den Vorteil einer lösbaren, nichtsdestot-rotz dichten Verbindung zwischen den Segmenten.

[0017] Besonders bevorzugt ist die Bindezone aneinandergrenzender Segmente als Kombination einer formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung ausgebildet. Beispielsweise können benachbarte Segmente formschlüssig mittels einer Nut-Feder Anordnung verbunden sein, welche zusätzlich durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder Aufbringen einer Spritznaht, fixiert wird.

[0018] Bei Ausführungsformen mit Nut-Feder-Verbindungen erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich wie bereits erwähnt die Spritzschicht zumindest abschnittweise auch über die Seitenflächen der Trägerkörper erstreckt, wo die Segmente aneinanderstoßen. Bei Nut-Feder-Verbindungen kann das bedeuten, dass sich die Spritzschicht des Segments mit der Nut zumindest abschnittsweise an der Seitenfläche bis zum Beginn der Vertiefung oder noch weiter entlang der dem Innenraum des Hohlkörpers zugewandten Seite der Nut bis zum Nutgrund erstreckt. Vorteilhafterweise erstreckt sich beim entsprechenden Segment mit der eingreifenden Feder die Spritzschicht entlang der dem Innenraum des Hohlkörpers zugewandten Seite der Feder zumindest abschnittsweise bis zur Spitze der Feder. An der Stoßstelle benachbarter Segmente entsteht so ein abgedichteter Überlappungsbereich, wo die Spritzschichten benachbarter Segmente einander berühren und dicht aneinander liegen. Es kann dadurch effektiv ein Kontakt zwischen dem durch den Hohlkörper strömenden Medium und dem Trägerkörper unterdrückt werden.

[0019] Wie oben erwähnt ist der erfindungsgemäße rohrförmige Hohlkörper modular aufgebaut, bei dem einzelne vorgefertigte Segmente in Umfangrichtung zueinander fixiert und verbunden sind. Zur Herstellung von länglichen Hohlkörpern mit größerer Länge können vorbeschichtete Segmente auch in Längsrichtung zusammengefügt werden, d.h. der Hohlkörper ist auch in Längsrichtung in Segmente unterteilt. Bei diesen Ausführungsformen sind bei den einzelnen Trägerkörpern auch an den Stoßstellen in Längsrichtung entsprechende stoffschlüssige, formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungsmöglichkeiten vorgesehen. Zur besseren Abdichtung an den Stoßstellen können die Trägerkörper der einzelnen Segmente zumindest abschnittsweise auch in Längsrichtung an den Seitenflächen beschichtet sein.

[0020] Für den Trägerkörper finden bevorzugt metallische Werkstoffe Verwendung, es sind aber auch Kunststoffe, insbesondere Duroplaste, oder keramische Materialien als Material für den Trägerkörper denkbar. Bevorzugt sind die für den Trägerkörper verwendeten Materialien leichter zu verarbeiten bzw. günstiger als das Material, mit dem die Trägerkörperoberfläche funktionalisiert wird. Die Herstellung der Segmente erfolgt vorteilhafterweise durch umformtech nische Verfahren, insbesondere durch Walzen, Biegen oder Prägen, oder urformtechnische Verfahren, insbesondere durch Extrusion, Gießen, Sinter- oder pulvermetallurgische Verfahren. Bevorzugt besteht der Trägerkörper aus Eisen (Stahl), Aluminium, Kupfer oder einem Refraktärmetall oder einer Legierung, eines Verbundwerkstoffs oder eines Werkstoffverbunds auf Basis eines dieser Materialien. Mit Refraktärmetall wird auf ein Element der Gruppe (Vanadium, Niob, Tantal), der 6. Gruppe (Chrom, Molybdän, Wolfram) sowie Rhenium Bezug genommen, wobei vorteilhafterweise der Refraktärmetallgehalt > 80 Ma% (Masseprozent), insbesondere > 90 Ma% beträgt. Als besonders geeignetes Refraktärmetall ist Molybdän bzw. eine Molybdänlegierung anzuführen. Insbesondere die Refraktärmetalle können als Legierungskomponenten keramische Verbindungen, wie beispielsweise Oxide, aufweisen. Auch Refraktärmetalle ohne weitere Legierungskomponenten oder Refraktärmetalllegierungen, bei denen alle Legierungskomponenten aus der Gruppe der Refraktärmetalle gewählt sind, stellen eine bevorzugte Aus-führungsform der Erfindung dar.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Funktionalisierung der Innenoberfläche des Hohlkörpers mit einer Spritzschicht aus einem Metall, einer Keramik, einer Legierung oder eines Verbundwerkstoffs auf Basis eines Metalls oder einer Keramik. Die Spritzschicht weist insbesondere ein Refraktärmetall bzw. eine Refraktärmetalllegierung auf. Der bevorzugte Refraktärmetallgehalt in der Spritzschicht beträgt dabei bevorzugt >90 Ma%, insbesondere >95 Ma%. Refraktärmetalle sind gegenüber vielen Schmelzen chemisch beständig und zeichnen sich durch hohe Beständigkeit bei hohen Einsatztemperaturen aus. Bevorzugte Refraktärmetalllegierungen sind Legierungen, bei denen alle Legierungskomponenten aus der Gruppe der Refraktärmetalle stammen. Als weitere bevorzugte Komponenten der Refraktärmetalllegierung sind keramische Verbindungen, insbesondere Oxide, zu nennen, wobei als bevorzugte Oxide Oxide der Metalle der Gruppe Aluminium, Titan, Zirkon, Hafnium, Kalzium, Magnesium, Strontium, Yttrium, Scandium und Seltenerdmetalle anzuführen sind. Als insbesondere für Anwendungen im chemischen Apparatebau besonders geeignete Refraktärmetalle sind Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und Rhenium zu erwähnen, bevorzugt in einem Reinheitsbereich >95 Ma%, insbesondere >99 Ma%.

[0022] Vorteilhafte Legierungen sind Chrom-Legierungen, insbesondere Chrom-Nickel-Legie-rungen, sowie Molybdän- oder Wolfram-Legierungen, insbesondere Molybdän-Wolfram-Legierungen im gesamten Konzentrationsbereich sowie Molybdän- oder Wolfram-Basis-Legie-rungen mit einem Molybdän- bzw. Wolfram-Gehalt von >80 Ma%, vorteilhaft >90 Ma%, insbesondere vorteilhaft >95 Ma%. Bevorzugte Materialkombinationen für Trägerkörper und Spritzschicht sind Stahl und Kupfer als Material für den Trägerkörper und Refraktärmetalle bzw. Refraktärmetalllegierungen, insbesondere Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram oder Rhenium oder Legierungen auf Basis eines dieser Metalle, für die Spritzschicht.

[0023] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dicke der Spritzschicht zwischen 10 gm und 5 mm beträgt, insbesondere zwischen 20 gm und 2 mm, bevorzugt zwischen 80 pm und 1 mm. Diese Wertebereiche bilden einen guten Kompromiss zwischen Lebensdauer des rohrförmigen Hohlkörpers, die maßgeblich durch chemisch oder tribologisch bedingten Verschleiß der Spritzschicht bestimmt wird, und den mit der Schichtdicke korrelierenden Materialkosten.

[0024] Die vorliegende Erfindung betrifft neben dem rohrförmigen Hohlkörper auch das einzelne Segment, aus dem der rohrförmige Hohlkörper modular aufgebaut wird. Der detaillierte Aufbau dieser Segmente wurde bereits im Detail beschrieben.

[0025] Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers aus mindestens zwei Segmenten, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst: [0026] · Herstellen von zumindest zwei Trägerkörpern [0027] · Beschichten jeweils einer Seite der Trägerkörper mittels eines thermischen Spritzver fahrens [0028] · Zusammenführen und Verbinden der Trägerkörper mit der thermischen Spritzschicht als Innenseite durch Stoffschluss, Formschluss und/oder Kraftschluss zu einem rohrförmigen Hohlkörper.

[0029] Die Anzahl und Form der Trägerkörper ist dabei derart gewählt, dass nach dem Verbinden der einzelnen Trägerkörper ein rohrförmiger Hohlkörper entsteht und die zu beschichtenden Flächen für das thermisches Spritzen, das eine Sichtlinie erfordert, gut zugänglich sind. Das Zusammenführen und Verbinden der Trägerkörper erfolgt in Umfangrichtung des rohrförmigen Hohlkörpers, die Trägerkörper können aber auch zusätzlich in Längsrichtung des rohrförmigen Hohlkörpers verbunden werden. Ziel ist, dass die gesamte Innenoberfläche des rohrförmigen Hohlkörpers mit einer thermischen Spritzschicht beschichtet ist. Das Aufbringen der Spritzschicht erfolgt daher zumindest über die gesamte Fläche des Trägerkörpers, die anteilig die Innenoberfläche des rohrförmigen Hohlkörpers bildet. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn sich die Spritzschicht zumindest abschnittweise auch über die Seitenflächen der Trägerkörper erstreckt, wo die Segmente aneinanderstoßen.

[0030] Die Herstellung der Trägerkörper erfolgt durch übliche Verfahren, abhängig vom verwendeten Trägerkörpermaterial, insbesondere durch die bereits erwähnten umformtechnische Verfahren wie Walzen, Biegen oder Prägen, oder durch urformtechnische Verfahren wie beispielsweise Extrusion, Gießen, Sinter- oder pulvermetallurgische Verfahren.

[0031] Bevorzugte Verfahren zum Aufbringen der thermischen Spritzschicht sind Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen (darunter insbesondere Vakuumplasmaspritzen bzw. induktives Vakuumplasmaspritzen), Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Laserspritzen, PTWA (plasma transferred wire arc) Spritzen. Üblicherweise ist bei diesen Verfahren beim Auftreffen des Beschichtungsmaterials dessen Temperatur und/oder Energie ausreichend hoch, sodass sich eine zuverlässige Anbindung der Spritzschicht an den Trägerkörper ausbildet. Die Anbindung der Spritzschicht kann verbessert werden, indem der Trägerkörper vor dem Beschichtungsprozess mechanisch vorbehandelt (beispielsweise mittels eines Strahlprozesses zur Aufrauhung der Oberfläche) und/oder vorgewärmt wird. Das Vorwärmen kann beispielsweise beim Plasmaspritzen mittels des Plasmastrahls erfolgen.

[0032] Mit Hilfe dieses Verfahrens kann insbesondere ein erfindungsgemäßer rohrförmiger Hohlkörper erzeugt werden.

[0033] Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

[0034] Abb. 1a und Abb. 1b zeigen schematisch ein Rohr in einer Explosionsdarstellung (Abb. 1a) und perspektivisch im zusammengefügten Zustand (Abb. 1 b) (Ausführungsbeispiel 1).

[0035] Abb. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die formschlüssige Verbindung zweier Segmente in Ausführungsbeispiel 1.

[0036] Abb. 3 zeigt schematisch in einer Explosionsdarstellung ein zweites, längeres Rohr (Ausführungsbeispiel 2).

[0037] Abb. 4 zeigt schematisch in einer Explosionsdarstellung ein Rohr mit kraftschlüssiger Verbindung (Ausführungsbeispiel 3).

[0038] Abb. 5a und Abb. 5b zeigen schematisch ein Rohr in einer Explosionsdarstellung (Abb. 5a) und perspektivisch im zusammengefügten Zustand (Abb. 5b) (Ausführungsbeispiel 4).

[0039] Abb. 6 zeigt schematisch in einer Explosionsdarstellung einen Rohrbo gen (Ausführungsbeispiel 5).

Ausführungsbeispiel 1: [0040] Abb. 1a und Abb. 1 b zeigen ein längliches Rohr (10), das aus zwei rinnenförmigen Halbschalen (20, 20a) gebildet wird. Die beiden Halbschalen (20, 20a) bestehen jeweils aus einem Trägerkörper (21, 21a), der an der Seite, die nach dem Zusammenfügen anteilig die Innenoberfläche des Rohrs bildet, vollständig mit einer thermischen Spritzschicht (22, 22a) beschichtet ist. Wie in Abb. 1 b verdeutlicht ist die gesamte Innenoberfläche des Rohrs daher mit einer thermischen Spritzschicht beschichtet. Die beiden Segmente (20, 20a) sind in Umfangrichtung durch eine Nut-Feder-Verbindung (23) formschlüssig verbunden. Diese Verbindung kann durch punktuelles Verschweißen der Trägerkörper an der Außenseite des Rohrs zusätzlich verstärkt werden (nicht in der Abbildung gezeigt). Es wäre auch denkbar, die Trägerkörper (21, 21a) an der Außenseite miteinander zu verlöten oder durch Aufbringen einer Spritznaht miteinander zu verbinden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die thermische Spritzschicht (22, 22a) nicht nur über die entsprechende Innenoberfläche des Hohlkörpers, sondern auch über einen Teil der Seitenfläche des Trägerkörpers, wo diese aneinanderstoßen. Abb. 2 zeigt dies in vergrößerter Darstellung der Nut-Feder-Verbindung (23) zwischen den beiden Segmenten (20, 20a). Zur Verbesserung der Stabilität und Dichtigkeit ist eine Abfolge mehrerer Nuten bzw. Federn vorgesehen. Die Spritzschicht (22) des ersten Segments (20) mit der eingreifenden Feder (23‘) erstreckt sich entlang der dem Rohrinneren zugewandten Seite der Feder bis zur Spitze der Feder (23‘). Die Spritzschicht (22a) des Segments (20a) mit der Nut (23“) erstreckt sich über die Seitenfläche bis zum Beginn der Vertiefung der Nut (23“). Es entsteht ein abgedichteter Überlappungsbereich, wo sich die Spritzschichten (22,22a) benachbarter Segmente (20, 20a) berühren. Dieser dichte Überlappungsbereich bewirkt, dass das durch das Rohr strömende Medium nicht in Kontakt mit dem Trägerkörper kommt. Für das Material des Trägerkörpers kann daher ein weniger anspruchsvolles Material als für die Spritzschicht gewählt werden.

Ausführungsbeispiel 2: [0041] Abb.3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines längeren Rohrs (10), bei dem Segmente (20, 20a, 20b, 20c) auch in Längsrichtung zusammengefügt sind. Neben einer Nut-Feder-Verbindung (23) in Umfangrichtung weisen die Segmente auch an den Stoßstellen in Längsrichtung des Rohrs eine formschlüssige Verbindungsmöglichkeit in Form einer Nut-Feder-Verbindung (24) auf. Auf diese Weise lässt sich eine beliebige Anzahl von Rohrsegmenten aneinanderreihen und Rohre mit sehr großer Länge realisieren. Die Rohrsegmente können auch in Längsrichtung zusätzlich beispielsweise durch Verschweißen fixiert werden.

Ausführungsbeispiel 3: [0042] Beim Ausführungsbeispiel 3, in Abb. 4 dargestellt, ist eine lösbare, kraftschlüssige Verbindungsmöglichkeit der Rohrsegmente (20,20a) realisiert, die Vorteile bietet, falls im Einsatz des Rohrs Reparaturarbeiten der Beschichtung erforderlich werden und zu diesem Zweck das Rohr geöffnet werden soll. An den beiden rinnförmigen Halbschalen (20,20a) ist in Längsrichtung an den Rändern jeweils eine Leiste mit Bohrungen angeformt, die eine flanschartige Verbindungsmöglichkeit bietet. In vorteilhafterweise Weise erstreckt sich die Spritzschicht (22, 22a) auch über die Fläche der Leiste, wo sie aufeinanderstoßen und mittels Schrauben verbunden werden können. Zur Verbesserung der Dichtigkeit ist natürlich auch eine Kombination mit der im Ausführungsbeispiel 1 vorgestellten formschlüssigen Verbindungsmöglichkeit denkbar.

Ausführungsbeispiel 4: [0043] Ausführungsbeispiel 4, in Abb. 5a und Abb. 5b dargestellt, weist stirnseitig einen Flansch (24a) auf. Derart wird eine lösbare, längsseitige Verbindungsmöglichkeit geschaffen. Der Flansch (24a) kann stirnseitig wie in der Abbildung dargestellt mit der Spritzschicht beschichtet sein.

Ausführungsbeispiel 5: [0044] Der rohrförmige Hohlkörper ist wie bereits erwähnt nicht nur auf die Form eines zylinderförmigen Rohrs beschränkt. In Abb. 6 ist ein Rohrbogen (10) als eine mögliche Ausführungsform des rohrförmigen Hohlkörpers dargestellt. Die Segmente des Rohrbogens (10) weisen sowohl in Umfangrichtung als auch in Längsrichtung Nut-Feder-artige Verbindungsmöglichkeiten (23, 24) auf und können auf diese Weise mit einem Rohr gemäß Ausführungsbeispiel 2 kombiniert werden.

[0045] Selbstverständlich können Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

1. Ansprüche

   1. Rohrförmiger Hohlkörper (10), welcher in Umfangrichtung in mindestens zwei Segmente (20, 20a, 20b, 20c) unterteilt ist, wobei ein Segment (20, 20a, 20b, 20c) aus einem Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) mit mindestens einer an der dem Innenraum des Hohlkörpers zugewandten Seite aufgebrachten Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) in Umfangrichtung stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig (23, 23a, 24, 24a) zueinander fixiert und verbunden sind und sich die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) über die gesamte Innenoberfläche des Hohlkörpers (10) erstreckt.
2. 2. Hohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (10) auch in Längsrichtung in mindestens zwei Segmente (20, 20a, 20b, 20c) unterteilt ist, wobei die Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden sind bzw. verbindbar sind.
3. 3. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spritzschichten (22, 22a, 22b, 22c) zumindest abschnittsweise über die umlaufenden Seitenflächen der Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) erstrecken und dass sich die Spritzschichten (22, 22a, 22b, 22c) aneinandergrenzender Segmente (20, 20a, 20b, 20c) an den Stoßflächen der Segmente zumindest abschnittsweise überlappen.
4. 4. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssige Verbindung (23, 24) zwischen Trägerkörpern (21,21a, 21b, 21c) durch eine Nut-Feder Verbindung ausgebildet ist, wobei an mindestens einer Seitenfläche des Trägerkörpers eines ersten Segments eine Nut (23“) zur Aufnahme einer Feder (23‘) eines benachbarten zweiten Segments angeformt ist und an mindestens einer Seitenfläche des Trägerkörpers des zweiten Segments eine entsprechende Feder (23‘) zum Einsetzen in die Nut (23“) des ersten Segments angeformt ist.
5. 5. Hohlkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) eines Segments mit einer Nut zumindest abschnittsweise bis zum Beginn der Vertiefung oder entlang der dem Inneren des Hohlkörpers zugewandten Seite der Nut bis zum Nutgrund erstreckt.
6. 6. Hohlkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) eines Segments mit der Feder entlang der dem Inneren des Hohlkörpers zugewandten Seite der Feder zumindest abschnittsweise bis zur Spitze der Feder erstreckt.
7. 7. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine stoffschlüssige Verbindung an der Außenseite zwischen den Trägerkörpern benachbarter Segmente durch eine Schweißnaht oder eine Spritznaht gebildet wird.
8. 8. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder einem Refraktärmetall oder einer Legierung, eines Verbundwerkstoffs oder eines Werkstoffverbunds auf Basis eines dieser Materialien besteht.
9. 9. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) eine Schichtdicke von 10 pm bis 5 mm aufweist.
10. 10. Hohlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) aus einem Metall, einer Keramik, einer Legierung oder eines Verbundwerkstoffs auf Basis eines Metalls oder einer Keramik besteht.
11. 11. Segment (20, 20a, 20b, 20c) zur Verwendung in einem rohrförmigen Hohlkörper (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aus einem Trägerkörper (21,21a, 21b, 21c) mit mindestens einer Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c), wobei sich die Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) über die gesamte Oberfläche des Trägerkörpers, die eine Innenoberfläche des Hohlkörpers bildet, erstreckt.
12. 12. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers (10) nach Anspruch 1 bis 11 mit zumindest den folgenden Schritten: • Herstellen von zumindest zwei Trägerkörpern (21,21a, 21b, 21c) • Beschichten jeweils einer Seite der Trägerkörper mittels eines thermischen Spritzverfahrens • Zusammenführen und Verbinden der Trägerkörper (21, 21a, 21b, 21c) mit der thermischen Spritzschicht (22, 22a, 22b, 22c) als Innenseite durch Stoffschluss, Formschluss und/oder Kraftschluss zu einem rohrförmigen Hohlkörper.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzverfahren aus der Gruppe Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen, Flamm-spritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Laserspritzen, PTWA Spritzen stammt. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen