PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60209483T2 19.10.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001499435
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ELEMENTS EINER CHEMISCHEN VORRICHTUNG MIT EINEM METALLISCHEN TRÄGERSTÜCK UND EINER METALLISCHEN ANTIKORROSIONSBESCHICHTUNG
Anmelder Carbone Lorraine Equipements Génie Chimique, Pagny sur Moselle, FR
Erfinder TOTINO, Ernest, F-57130 Sainte Ruffine, FR;
HUG, Christian, F-57950 Montigny les Metz, FR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60209483
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 29.04.2002
EP-Aktenzeichen 027328426
WO-Anmeldetag 29.04.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FR02/01490
WO-Veröffentlichungsnummer 2003097230
WO-Veröffentlichungsdatum 27.11.2003
EP-Offenlegungsdatum 26.01.2005
EP date of grant 01.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.10.2006
IPC-Hauptklasse B01J 19/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B23K 1/012(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Handhabung, Lagerung und Behandlung von chemischen Produkten, die für die chemische Industrie bestimmt sind. Sie betrifft insbesondere die Vorrichtungen zum Mischen, Behandeln und Befördern von hochkorrosiven Produkten wie konzentrierten Säuren oder Basen. In der vorliegenden Anmeldung ist der Ausdruck "Chemievorrichtungsselement" eine Sammelbezeichnung für Lagerbehälter, Speicher, Wärmetauscher, Reaktoren, Mischer, Behandlungsvorrichtungen und Beförderungsvorrichtungen.

Die Erfindung betrifft noch spezifischer eine Verfahren zur Herstellung von Plattierungsprodukten, wie etwa Chemievorrichtungselementen, oder von Zusammenbauteilen zur Herstellung von Chemievorrichtungselementen, die wenigstens ein Trägerstück aus Metall und eine metallische Antikorrosionsbeschichtung aufweisen.

Stand der Technik

In den chemischen Industrien werden zahlreiche Chemievorrichtungselemente benutzt, um hochkorrosive chemische Produkte zu handhaben, zu lagern und/oder zu behandeln, die folglich den korrosiven Angriffen dieser Produkte standhalten müssen.

Um eine gute Korrosionsfestigkeit zu garantieren, umfassen die chemischen Elemente meist Trägerteile aus Stahl und eine metallische Antikorrosionsbeschichtung auf der Basis von "Edelmetallen" wie etwa Titan, Tantal, Zirkon, einer Legierung auf Nickelbasis oder nichtoxidierbarem Stahl. Die Chemievorrichtungselemente können realisiert werden durch das Zusammenbauen von Zusammenbauteilen wie etwa Platten, die vorher mit einer metallischen Antikorrosionsbeschichtung versehen wurden. Diese Antikorrosionsbeschichtung kann auf verschiedene Arten an dem Trägerteil befestigt werden, etwa durch Molettierung bzw. Rändelung, durch Explosion ("Clad-Explosion"), durch Warmkalandrieren oder durch einfaches Aufziehen bzw. Ummanteln ohne Verbindung bzw. Bindung zwischen der Platte und der Antikorrosionsbeschichtung.

Bestimmte Anwendungen, wie etwa die Vorrichtungen mit niedrigem Innendruck, erfordern eine starke Verbindung bzw. Bindung zwischen dem Trägerteil aus Stahl und der Antikorrosionsbeschichtung, das heißt eine Verbindung mit einer hohen Reiß- bzw. Trennfestigkeit, um zu vermeiden, dass sie sich voneinander lösen, was zu einem Kollaps (im Englischen "collapsing") der Antikorrosionsbeschichtung führen würde. Das Rändeln, die Clad-Explosion und das Kalandrieren ermöglichen, sehr starke Trägerteil/Beschichtungsverbindungen zu erhalten, aber diese Techniken können nur angewendet werden, wenn die Dicke der Antikorrosionsbeschichtung unter 0,7 mm liegt.

Das Patent US 4 291 104 von Fansteel lehrt die Benutzung von Beschichtungen mit Vorverformungen, "Konvolutionen" bzw. "Faltungen" genannt, um das Problem der zufälligen Verformungen zu lösen, die durch die unterschiedlichen Dehnungen zwischen Träger und Beschichtung verursacht werden. Diese Lösung verhindert nicht die Bildung von intermetallischen Verbindungen und reduziert die Gesamtgrenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Träger, was die Träger/Beschichtungsbindung schwächt. Außerdem kommt es bei dieser Lösung bei der späteren Formung des beschichteten Teils zu ernsthaften Problemen. Insbesondere ist es schwer vorstellbar, beschichtete Teile mit großen Abmessungen zwischen Walzen zu kalandrieren, wenn die Beschichtung Verformungen aufweist. Diese Verformungen sind außerdem generell geschwächt aufgrund der Quetschungen bei der Formgebungsoperation.

Die Anmelderin hat also ein Verfahren entwickelt, mit dem eine Antikorrosionsbeschichtung von geringer Dicke auf einem Träger aus Stahl solide fixiert werden kann, das industriell angewendet werden kann, eine spätere Verformung des beschichteten Teils ermöglicht und sich eignet für Teile mit großen Abmessungen (typisch Platten, deren Fläche größer als ungefähr 1 m2 ist).

Beschreibung der Erfindung

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Plattierungsprodukts, gebildet durch einen Träger aus Metall (vorzugsweise aus Stahl) und eine metallische Antikorrosionsbeschichtung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Antikorrosionsbeschichtung auf dem Trägerteil durch eine Lötoperation unter kontrollierter Atmosphäre stattfindet, um eine mechanische Verbindung zwischen wenigstens einem bestimmten Teil des Trägerstücks und wenigstens einem bestimmten Teil der Beschichtung herzustellen.

Die Anmelderin hat festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, auf einem Metallstück, insbesondere aus Stahl, eine Antikorrosionsbeschichtung solide zu fixieren, dessen Dicke kleiner ist als 1 mm und sogar kleiner als 0,5 mm und eventuell sogar kleiner als 0,3 mm.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Plattierungsprodukt ein Zusammenbauteil, bestimmt zur Herstellung von Chemievorrichtungselementen. Bei diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Herstellungsverfahren:

  • – Fixierung – durch Verlöten unter kontrollierter Atmosphäre – einer Antikorrosionsbeschichtung auf einem Trägerteil (oder "Zusammenbau-Rohteil");
  • – eventuelle Formung des beschichteten Teils durch plastische Verformung, um ein beschichtetes Zusammenbauteil (oder "Formteil") herzustellen.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Plattierungsprodukt ein Chemievorrichtungselement. Bei diesem Aspekt der Erfindung umfasst das Herstellungsverfahren:

  • – Fixierung – durch Lötung unter kontrollierter Atmosphäre – einer Antikorrosionsbeschichtung auf wenigstens einem ersten und einem zweiten Zusammenbau-Rohteil;
  • – Formung der genannten beschichteten Teile durch plastische Verformung;
  • – Zusammenbau der genannten Teile (typisch durch Operationen, die Schweißen einschließen), um das genannte Chemievorrichtungselement zu formen.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Zusammenbauteile nach dem Beschichten mit der Antikorrosionsbeschichtung geformt werden, das heißt nach der Fixierung einer Antikorrosionsbeschichtung auf den Trägerteilen (oder Zusammenbau-Rohteilen). Diese Variante der Erfindung ermöglicht insbesondere eine Vereinfachung der Handhabung, des Transports, der Lagerung und der Behandlung der beschichteten Teile. Nach dieser vorteilhaften Realisierungsart der Erfindung, ist die Oberfläche der zur Beschichtung bestimmten Zusammenbau-Rohteile im Wesentlichen eben. Die genannten Teile können Bereiche umfassen, die vorher durch Bearbeitung, Lochung, Bohrung, plastische Verformung oder irgend ein anderes Mittel geformt worden sind.

Bei einer bevorzugten Realisierungsart der Erfindung erfolgt die Fixierung der Antikorrosionsbeschichtung durch Lötung bei einer Temperatur von ungefähr 750 °C und vorzugsweise zwischen 600 und 720 °C in einer kontrollierten Atmosphäre, die vorzugsweise ein inertes Gas enthält, um die Oxidation der Antikorrosionsbeschichtung während der Lötung zu vermeiden. Die Anmelderin hat festgestellt, dass das Anwenden ausreichend niedriger Löttemperaturen ermöglicht, die Verformung der Antikorrosionsbeschichtungen wesentlich zu begrenzen, die durch die unterschiedliche Dehnung zwischen Rohteil und Beschichtung während der Lötoperation verursacht werden. Es ist dann nicht notwendig, die Beschichtung vorher zu verformen, um den Effekt der differentiellen Dehnung zu kompensieren.

Die 1 illustriert schematisch ein Teilstück eines Plattierungsprodukts nach der Erfindung.

Die 2 illustriert schematisch eine Realisierungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die 3 illustriert schematisch das Herstellungsverfahren eines im Schnitt dargestellten Zusammenbauteils nach einer Realisierungsart der Erfindung.

Die 4 illustriert schematisch das Herstellungsverfahren eines im Schnitt dargestellten Chemievorrichtungselements nach einer Realisierungsart der Erfindung.

Die 5 illustriert schematisch das Herstellungsverfahren eines im Schnitt dargestellten Chemievorrichtungselements nach einer Variante der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zusammenbauteils (111, 112), gebildet durch ein Metallträgerstück 2, 21, 22) und wenigstens eine Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32), das bestimmt ist zur Herstellung eines Chemievorrichtungselements 100 und umfasst:

  • – die Fixierung einer Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) auf einem Trägerstück (2, 21, 22) durch eine Operation, die eine Lötoperation in einer kontrollierten Atmosphäre umfasst;
  • – eventuell Formung des beschichteten Teils (101, 102) durch plastische Verformung, um ein beschichtetes Zusammenbauteil (oder "Formteil") (111, 112) herzustellen.

Nach einer bevorzugten Realisierungsart der Erfindung umfasst das Herstellungsverfahren eines Chemievorrichtungselements 100:

  • – die Herstellung von wenigstens einem ersten (101) und einem zweiten (102) beschichteten Zusammenbauteil-Zwischenprodukt nach dem Verfahren der Erfindung;
  • – die Formung der beschichteten Zusammenbauteil-Zwischenprodukte (101, 102) durch plastische Verformung, um beschichtete Zusammenbauteile (111, 112) mit einer bestimmten Form herzustellen;
  • – die Herstellung eines Chemievorrichtungselements 100 durch Zusammenbau der beschichteten Zusammenbauteile (111, 112).

Noch genauer umfasst das Herstellungsverfahren eines Chemievorrichtungselements 100 bei dieser Realisierungsart, die wenigstens ein erstes und ein zweites beschichtetes Zusammenbauteil (111, 112) umfasst, wobei jedes beschichtete Zusammenbauteil ein Metallträgerteil (21, 22) und wenigstens eine Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) umfasst, die folgenden Schritte:

  • – Bereitstellung von wenigstens einem ersten (21) und einem zweiten (22) Trägerstück;
  • – Fixierung einer Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) auf jedem der genannten Trägerstücke (21, 22) durch ein Verfahren, das eine Lötoperation in einer kontrollierten Atmosphäre umfasst, bei dem wenigstens ein Lötwerkstoff (41, 42) verwendet wird, um Zwischenproduktteile (101, 102) herzustellen;
  • – Formung der beschichteten Zwischenproduktteile (101, 102) durch plastische Verformung, um beschichtete Zusammenbauteile (111, 112) mit einer bestimmten Form herzustellen;
  • – Zusammenbau der genannten Teile (111, 1122), typisch durch Operationen, die Schweißen einschließen, um das genannte Chemievorrichtungselement 100 herzustellen.

Die kontrollierte Atmosphäre in dem Raum 10 wird vorzugsweise im Wesentlichen durch Inertgas gebildet. Die Inertgasatmosphäre hat vorzugsweise einen bestimmten Druck P. Diese Atmosphäre erreicht man vorzugsweise durch Evakuierung der ursprünglichen Atmosphäre des Raums (typisch bis auf einen Restdruck zwischen ungefähr 0,1 Pa und 1 Pa) und Einleitung des Inertgases, bis ein typischer Druck P erreicht ist. Diese Spülungsoperation kann mehrmals wiederholt werden. Das Inertgas kann ein Edelgas (typisch Argon oder Helium) oder Stickstoff oder eine Mischung dieser Gase sein. Der Inertgasdruck in dem Raum 10 ist typisch zwischen ungefähr 102 und 105 Pa enthalten (das heißt zwischen 1 mbar und 1 bar). Ein niedriger Druck P ermöglicht, den nachteilige Auswirkung reaktiver Körper bzw. Stoffe (etwa Wasser oder Sauerstoff) zu begrenzen, die eventuell in den industriellen Inertgasen vorhanden sind.

Die Formung der beschichteten Teile (101, 102) durch plastische Verformung erfolgt typisch durch Rollformen oder Kalandrieren.

Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung umfasst die genannte Lötoperation typisch:

  • – Abscheiden bzw. Anbringen wenigstens eines Lötwerkstoffs (4, 41, 42) zwischen einem metallischen Trägerstück (2, 21, 22) und einer Antikorrosionsbeschichtung (2, 31, 32), um das Zusammenbauteil-Anfangsprodukt (5, 51, 52) herzustellen;
  • – eventuell Anwendung eines Plattierungsdrucks auf das genannte Zusammenbauteil-Anfangsprodukt (5, 51, 52);
  • – Einführen des Zusammenbauteil-Anfangsprodukts (5, 51, 52) in einen Raum mit kontrollierter Atmosphäre 10, ausgestattet mit mindestens einer Heizeinrichtung, zum Beispiel einem Widerstand;
  • – Herstellen einer Inertgasatmosphäre in dem genannten Raum 10 (und insbesondere in der Umgebung des genannten Zusammenbauteils);
  • – Erwärmen des genannten Verbunds (5, 51, 52) bis auf eine Temperatur wenigstens so hoch wie die Löttemperatur des genannten Lötwerkstoffs (4, 41, 42).

Das Anbringen des Lötwerkstoffs (4, 41, 42) zwischen dem Träger (2, 21, 22) und der Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) kann in zwei Schritten stattfinden. Insbesondere kann es umfassen:

  • – das Abscheiden des Lötwerkstoffs (4, 41, 42) auf dem Trägerstück (2, 21, 22), direkt auf der sogenannten "Verbindungsfläche";
  • – das Positionieren der Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) auf dem Trägerstück (2, 21, 22), um das genannte Zusammenbauteil-Anfangsprodukt (5, 51, 52) herzustellen.

Bei der bevorzugten Realisierungsart der Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Chemievorrichtungselements 100 dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:

• Herstellung von beschichteten Zusammenbauteil-Zwischenprodukten (101, 102) nach einem Verfahren, das eine Lötoperation enthält, umfassend:

  • – das Herstellen eines Zusammenbauteil-Anfangsprodukts (51, 52) mit einem Trägerstück (21, 22), einer Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) und wenigstens einem Lötwerkstoff (41, 42) zwischen dem Träger und der Beschichtung;
  • – das Einführen des Zusammenbauteil-Anfangsprodukts (51, 52) in einen Lötraum mit kontrollierter Atmosphäre 10;
  • – das Herstellen dieser kontrollierten Atmosphäre in dem genannten Raum 10;
  • – die Erwärmung des genannten Verbunds (51, 52) bis auf eine Temperatur wenigstens gleich der Löttemperatur des genannten Lötwerkstoffs (41, 42), um die Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) durch Lötung auf dem Trägerstück (21, 22) zu fixieren;


• Formung der genannten Zusammenbauteil-Zwischenprodukte (101, 102) durch plastische Verformung, um die genannten beschichteten Zusammenbauteile (111, 112) zu erhalten;

• Zusammenbau der beschichteten Zusammenbauteile (oder "Formteile") (111, 112); um das genannte Chemiebauteilelement 100 herzustellen.

In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, zuerst den Lötwerkstoff (4, 41, 42) auf der Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) anzubringen, direkt auf der sogenannten "Verbindungsfläche", und anschließend das Trägerteil (2, 21, 22) auf der Antikorrosionsbeschichtung zu positionieren, um das Zusammenbauteil-Anfangsprodukt (5, 51, 52) herzustellen.

Die Löttemperatur, die typisch gleich der Schmelztemperatur des Lötwerkstoffs ist, ist so, dass der Lötwerkstoff schmilzt und eine enge Bindung mit dem Element eingeht, mit dem er in Kontakt ist (Metallträgerteil und/oder Antikorrosionsbeschichtung). Die Löttemperatur beträgt vorzugsweise ungefähr 750 °C und ist vorteilhafterweise zwischen 600 und 720 °C enthalten. Diese Temperaturen ermöglichen, die Dauer der Lötoperation zu verkürzen.

Die Lötoperation umfasst normalerweise die Annäherung der genannten bestimmten Bereiche bis auf einen Abstand D, der vorzugsweise so gewählt wird, dass die Bildung von Gasblasen oder von Bindungsdefekten zwischen den Bindungsoberflächen während der Lötoperation vermieden wird. Der Abstand D ist typisch kleiner als 0,1 mm.

Das Verfahren umfasst vorteilhafterweise das Anwenden eines Plattierungsdrucks auf den genannten Anfangsverbund (5, 51, 52) während der Gesamtheit oder eines Teils der Lötoperation. Noch genauer ist es vorteilhaft, auf den genannten Verbund vor und/oder während der genannten Erwärmung einen mechanischen Plattierungsdruck auszuüben. Dieser Plattierungsdruck wird so ausgeübt, dass das Trägerteil und die Antikorrosionsbeschichtung gegeneinander gepresst werden, was insbesondere ermöglicht, den gewünschten Wert für den Abstand D zwischen dem Trägerteil und dem Antikorrosionsbeschichtung zu erhalten. Der Plattierungsdruck kann durch ein mechanisches Klemmsystem (12) ausgeübt werden, etwa ein System mit Federspannstangen und Klemmplatten oder ein pneumatisches System (etwa ein aufblasbares Kissen). Die Lötoperation bei niedriger Temperatur nach einer bevorzugten Realisierungsart der Erfindung begrenzt die Beschädigung des mechanischen Klemmsystems 12. Der Plattierungsdruck ist typisch höher als 0,1 MPa, vorzugsweise höher als 0,3 MPa und besonders vorteilhaft höher als 0,5 MPa.

Die genannten bestimmten Bereiche sind sogenannte Bindungs- bzw. Verbindungsflächen bzw. -Oberflächen. Die Verbindung zwischen dem Trägerstück und der Antikorrosionsbeschichtung kann durch mehrere Bindungs- bzw. Verbindungsflächen bzw. – oberflächen gebildet werden.

Die Oberfläche (oder genauer die Verbindungsfläche(n)) der Trägerstücke (21, 22) und/oder der Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) wird vorzugsweise vorher behandelt, um insbesondere die Oberflächenoxide zu beseitigen. Man kann zum Beispiel wenigstens eine Behandlung durchführen, die ausgewählt wird unter den chemischen, elektrochemischen, physikalisch-chemischen und mechanischen Behandlungen (etwa ein chemisches oder elektrochemisches Beizen, eine spanabhebende Bearbeitung oder ein Schleifen). Diese Behandlungen bzw. Bearbeitungen können kombiniert werden. Im Falle der Trägerstücke betrifft die Behandlung wenigstens die zur Beschichtung bestimmte Oberfläche.

Um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch das Abscheiden wenigstens einer Schicht umfassen, die fähig ist, die Haftung des Lötwerkstoffs zu erhöhen und die Bildung von spröd machenden Verbindungen zu begrenzen. Die Abscheidung kann vom chemischen, vom elektrolytischen oder vom Gasphasentyp sein (chemische Dampfphasenabscheidung oder physikalische Dampfphasenabscheidung). Die genannte Schicht ist typisch metallisch, zum Beispiel aus Titan oder Kupfer. Die Abscheidung. kann auf dem Trägerstück (2, 21, 22), der Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) oder auf beiden stattfinden. Die Abscheidung findet vor der Lötoperation statt.

Der Lötwerkstoff ist vorzugsweise gleichmäßig verteilt zwischen dem Trägerstück und der Antikorrosionsbeschichtung, um eine Schicht mit gleichmäßiger Bindung zu erhalten und die Kontaktfläche zwischen den beiden Elementen zu vergrößern.

Das Trägerstück (2, 21, 22) ist vorzugsweise aus Stahl. Der verwendete Stahl ist generell ein Kohlenstoffstahl oder ein nichtoxidierender Stahl.

Die Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) ist typisch aus Titan, einer Titanlegierung, Tantal, einer Tantallegierung, Zirkon, einer Zirkonlegierung, einer Legierung auf Nickelbasis oder einem nichtoxidierenden Stahl.

Das Lötmaterial (4, 41, 42) kann eine schmelzbare Legierung sein (typisch eine eutektische Legierung) oder ein schmelzbares Metall. Das Lötmaterial (4, 41, 42) enthält eventuell ein Flussmittel. Es ist vorteilhaft, wenn der Lötwerkstoff fähig ist, in das Element zu diffundieren, mit dem er in Kontakt ist, was ermöglicht, eine sehr starke Bindung zwischen den genannten Elementen herzustellen. Der Lötwerkstoff präsentiert sich typisch in Form eines Pulvers, eines Bands oder eines Geflechts. Bei ihren Versuchen hat die Anmelderin festgestellt, dass das Geflecht den Vorteil hat, eventuelle Schwankungen des Abstands D zwischen den Verbindungsflächen zu kompensieren.

Der Lötwerkstoff (4, 41, 42) ist typisch ein Material, das Silber, Kupfer, Zink, Cadmium oder Zinn oder eine Mischung dieser Elemente enthält, deren Löttemperatur unter ungefähr 750 °C liegt und vorzugsweise zwischen 600 und 720 °C enthalten ist.

Das Trägerstück (2, 21, 22) und die Antikorrosionsbeschichtung (3, 31, 32) präsentieren sich typisch in Form einer Platte oder eines Blechs. Diese Elemente können vorher zugeschnitten werden, insbesondere um Öffnungen und Zugangswege bzw. -kanäle zu realisieren.

Die Trägerstücke oder Zusammenbau-Rohteile (21, 22) können außerdem integrierte Zusammenbauteile umfassen, etwa Vorsprünge (211, 212, 221, 222).

Die beschichteten Formteile (111, 112) weisen typisch gewölbte, semizylindrische oder andere Formen auf.

Die Zusammenbauoperation der beschichteten Zusammenbauteile (111, 112) zur Herstellung des Chemievorrichtungselements 100 umfasst die Bildung von Fugen (60, 60a, 60b, 70, 70a, 70b) zwischen den genannten Teilen, typisch durch Schweißoperationen irgend einer bekannten Art. Die Fugen zwischen den Trägerstücken (21, 22) werden normalerweise getrennt bzw. unabhängig von den Fugen zwischen den Antikorrosionsbeschichtungen (31, 32) realisiert. Zur Realisierung dieser Fugen hat die Erfinderin eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens entwickelt, bei der die Enden (61, 61a, 61b, 62, 62a, 62b) der Metallteile (21, 22) vorher ausgespart werden – typisch durch maschinelle Bearbeitung – vor der Fixierung der Beschichtung, wie dargestellt in der 5. Diese Variante erleichtert beträchtlich die Bildung der Fugen zwischen den Zusammenbauteilen. Sie ermöglicht insbesondere, sich nach der Lötung frei zu machen von der maschinellen Bearbeitung des Trägerstücks, die sonst notwendig wäre, um die Verbindungen zwischen Trägerstücken zu realisieren.

Nach einer bevorzugten Realisierungsart dieser vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Herstellungsverfahren eines Chemievorrichtungselements:

  • – die Bildung von Aussparungen (81, 82) an den Enden (61, 62) der genannten zu verbindenden Trägerstücke (21, 22) vor der Lötoperation, um die Verlötung zwischen jeder Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) und jedem Trägerstück (21, 22) in Höhe dieser Aussparungen zu verhindern;
  • – die Abspreizung der Enden (71, 72) jeder Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) nach der Lötoperation;
  • – die Bildung einer Fuge 60 zwischen den Enden (61, 62) der genannten Trägerstücke (21, 22), typisch durch Schweißen;
  • – die Bildung einer Fuge 70 zwischen den Enden (71, 72) der genannten Trägerstücke (31, 32), typisch durch Schweißen.

Die Fixierung der Antikorrosionsbeschichtungen auf den Trägerstücken findet gemäß der oben beschriebenen Verfahren statt.

Die Aussparungen (81, 82) haben die Funktion, eine Lötung zwischen den Trägerstücken (21, 22) und den Antikorrosionsbeschichtungen an der Stelle zu verhindern, die in der Folge Trennzone (91, 92) genannt wird. Zu diesem Zweck kann die Tiefe P der genannten Aussparungen (81, 82) relativ klein sein, etwa typisch zwischen 1 und 5 mm, was zu keiner Schwächung der mechanischen Eigenschaften des Trägerstücks (21, 22) führt. Die Länge L ist typisch zwischen 10 und 50 mm enthalten. Die Aussparung (81, 82) hat typisch die Form einer ebenen und zu der Ebene der Enden (61, 62) der Trägerstücke (21, 22) parallelen Fläche.

Noch genauer umfasst das Herstellungsverfahren eines Chemievorrichtungselements 100 gemäß dieser Variante vorteilhafterweise die folgenden Schritte:

  • – Bereitstellung von wenigstens einem ersten (21) und einem zweiten (22) Trägerstück;
  • – die Bildung von Aussparungen (81, 82) an den Enden (61, 62) der genannten zu verbindenden. Trägerteile;
  • – Fixierung der Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) auf jedem der genannten Trägerstücke (21, 22) durch Lötung unter kontrollierter Atmosphäre (vorzugsweise bei einer Temperatur unter 750 °C und noch besser zwischen 600 und 720 °C), was der Herstellung der beschichteten Zwischenproduktteile (101, 102) entspricht;
  • – Formen (typisch durch Rollformen oder Kalandrieren) der beschichteten Zwischenproduktteile (101, 102), was der Herstellung der beschichteten Zusammenbauteile (111, 112) entspricht;
  • – Abspreizen der Enden (71, 72) jeder Beschichtung (31, 32), typisch durch ein Hochbiegen der Enden (71, 72);
  • – Bilden der Fugen 60 zwischen den Enden (61, 62) der genannten Trägerstücke (21, 22), typisch durch Schweißoperationen;
  • – Bilden der Fugen 70 zwischen den Enden (71, 72) der genannten Beschichtungen (31, 32), typisch durch Schweißoperationen.

Das genannte Chemievorrichtungselement 100 ist typisch aus der Gruppe, die Lagerungsbehälter, Speicher, Wärmetauscher, Reaktoren, Mischer, Behandlungsvorrichtungen und Beförderungsvorrichtungen umfasst.

Beispiel

Es wurden Versuche zur Herstellung von erfindungsgemäßen beschichteten Zusammenbauteilen mit Platten aus Kohlenstoffstahl und Antikorrosionsbeschichtung aus Tantal durchgeführt. Der Lötwerkstoff war eine Kupfer, Zink und Zinn enthaltende Legierung auf Silberbasis. Während der Lötung wurde ein mechanischer Dauerdruck angewendet. Die Löttemperatur lag unter 700 °C.

Die Verbindung zwischen der Stahlplatte und dem Tantalblech wies nach der Lötung nur sehr wenige Defekte bzw. Fehler auf und die Härte überschritt 150 HV nicht. Formungsversuche mit einem kleinen Krümmungsradius führten zu keinen Rissen in der Verbindung.

Vorteile der Erfindung

Die durch das Verfahren der Erfindung hergestellten Plattierungsprodukte haben den Vorteil einer hohen transversalen Wärmeleitfähigkeit dank einer engen Verbindung zwischen Trägerteil und Antikorrosionsbeschichtung über den größten Teil der Verbindungsfläche, was bei einer zum Beispiel durch Rändelung realisierten Verbindung, die keine Verbindungsnähte erzeugt, nicht der Fall ist. Eine transversale Wärmeleitfähigkeit ist besonders bei den chemischen Vorrichtung vorteilhaft, die Wärmeübertragungseinrichtungen wie Wärmetauscher umfassen oder eine Kühlungs- oder Erwärmungs-Doppelhülle.

Die erfindungsgemäßen Produkte haben ebenfalls gute Formungseigenschaften und eignen sich daher sehr gut für Chemievorrichtungselemente.

Das Herstellungsverfahren ermöglicht, sich frei zu machen von dem maschinellen Bearbeitungsschritten des Trägerstücks während der späteren Lötoperationen zur Herstellung der Chemievorrichtungselemente.

1
Plattierungsprodukt
100
Chemievorrichtungselement
101, 102
Zusammenbauteil-Zwischenprodukt
111, 112
beschichtetes Zusammenbauteil
2
Trägerstück aus Metall
21, 22
Trägerstück oder Zusammenbau-Rohteil
211, 212, 221, 222
integrierte Zusammenbauteile
3, 31, 32
Beschichtung
4, 41, 42
Lötwerkstoff
5, 51, 52
Zusammenbauteil-Anfangsprodukt
60
Fuge zwischen Trägerplatten
61, 61a, 61b, 62, 62a, 62b
Ende eines Zusammenbauteils
70
Fuge zwischen Beschichtungen
71, 71a, 71b, 72, 72a, 72b
Ende einer Beschichtungen
81, 82
Aussparungen
91, 92
Trennzone
10
Raum mit kontrollierter Atmosphäre
11
Heizeinrichtung
12
Klemmsystem


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen eines Elementes (100) einer chemischen Vorrichtung enthaltend mindestens ein erstes und ein zweites beschichtetes Verbindungsstück (111, 112), wobei jedes beschichtete Verbindungsstück ein metallisches Trägerstück (21, 22) und mindestens eine metallische Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) aufweist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden aufeinander folgenden Schritte umfasst:

• Herstellung beschichteter Verbindungsvorprodukte (101, 102) nach einem einen Lötvorgang enthaltenden Verfahren umfassend:

– die Herstellung einer Grundanordnung (51, 52) enthaltend ein Trägerstück (21, 22), eine Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) und mindestens einen Lötwerkstoff (41, 42) zwischen Trägerstück und Beschichtung;

– die Einbringung der Grundanordnung (51, 52) in eine Lötkammer mit kontrollierter Atmosphäre (10);

– die Bildung einer kontrollierten Atmosphäre in der Kammer (10);

– die Erwärmung der Anordnung (51, 52) auf eine mindestens der Löttemperatur des Lötwerkstoffs (41, 42) entsprechende Temperatur, um die Antikorrosionsbeschichtung (31, 32) auf das Trägerstück (21, 22) aufzulöten;

•Formgebung der beschichteten Vorprodukte (101, 102), um die beschichteten Verbindungsstücke (111, 112) zu erhalten;

• Zusammenbau der beschichteten Verbindungsstücke (111, 112), um das Element (100) einer chemischen Vorrichtung zu erhalten.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löttemperatur niedriger als etwa 750°C ist. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löttemperatur 600°C bis 720°C beträgt. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Atmosphäre im Wesentlichen aus Schutzgas besteht. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus der Gruppe bestehend aus den Edelgasen, Stickstoff und deren Gemischen gewählt ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Atmosphäre der Kammer (10) unter einem Druck P von etwa 102 bis 105 Pa während des Lötens steht. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich das Anwenden eines Pressdrucks auf die Grundanordnung (51, 52) während des ganzen oder eines Teils des Lötvorgangs umfasst. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck höher als 0,1 MPa, vorzugsweise höher als 0,3 MPa und besonders bevorzugt höher als 0,5 MPa ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich mindestens eine Vorbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche der Trägerstücke (21, 22) umfasst und dass diese Behandlung aus der Gruppe bestehend aus den chemischen, elektrochemischen, physikalisch-chemischen und mechanischen Behandlungen und deren Kombinationen gewählt ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich die Abscheidung mindestens einer Schicht umfasst, welche das Haften des Lötwerkstoffs zu verbessern und die Bildung versprödender Verbindungen zu reduzieren vermag. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht metallisch ist. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung chemisch, elektrolytisch oder aus der Dampfphase erfolgt. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (31, 32) geringer als 1 mm ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Beschichtung (31, 32) geringer als 0,5 mm ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (31, 32) aus einem Metall ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Tantal, den Tantallegierungen, Titan, den Titanlegierungen, Zirkonium, den Zirkoniumlegierungen, den Legierungen auf Basis von Nickel und den rostfreien Stählen. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötwerkstoff (41, 42) Silber, Kupfer, Zink, Kadmium oder Zinn oder ein Gemisch dieser Elemente enthält. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötwerkstoff in Form von Pulver, Band oder Draht vorliegt. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerstück (21, 22) aus Stahl ist. Herstellungsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl ein Kohlenstoffstahl oder ein rostfreier Stahl ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerstück (21, 22) als Platte oder Blech ausgebildet ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (31, 32) als Platte oder Blech ausgebildet ist. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst:

– die Bildung von Ausnehmungen (81, 82) an den zu verbindenden Enden (61, 62) jedes Trägerstücks (21, 22) vor dem Lötvorgang, um das Löten zwischen jeder Beschichtung (31, 32) und jedem Trägerstück (21, 22) auf gleicher Höhe mit den Ausnehmungen zu vermeiden;

– die Freilegung der Enden (71, 72) jeder Beschichtung (31, 32) nach dem Lötvorgang;

– die Herstellung einer Verbindung (60) zwischen den Enden (61, 62) der Trägerstücke (21, 22); – die Herstellung einer Verbindung (70) zwischen den Enden (71, 72) der Beschichtungen (31, 32).
Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (60) zwischen den Enden (61, 62) der Trägerstücke (21, 22) und die Verbindungen (70) zwischen den Enden (71, 72) der Beschichtungen (32, 32) durch Schweißen hergestellt werden. Herstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (100) einer chemischen Vorrichtung aus der Gruppe der Vorratsbehälter, Reservoirs, Wärmetauscher, Reaktoren, Mischer, Behandlungsvorrichtungen und Zuführungsvorrichtungen gewählt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com