Robust plasmareglering med enastående precision
Det USA-baserade Linde Advanced Material Technologies Inc. (Linde AMT) är en av de ledande leverantörerna för system för ytbeläggning. Här står anläggningarnas ovillkorliga säkerhet i första rummet. Tillsammans med Bürkert utvecklade Linde AMT en av marknadens mest kompakta och tillförlitliga plasmasprutanläggningar.
Plasmasprutning är ett termiskt sprutförfarande för ytbeläggning. Med det kan material som t.ex. keramik, metaller, kermet, och polymerer smältas och sprutas med hög hastighet på ytor, oftast metallsubstrat. Andningsområden är framförallt inom luft- och rymdfärdsindustrin, fordons- och turbinbyggnad och elektronik. Med beläggningen förbättras t.ex. en ytas nötningsmotstånd, korrosionshärdighet och värmeskydd.
Vid plasmasprutning dissocieras och joniseras gaser som argon, kvävgas, helium och vätgas i en brännare med en ljusbåge. Dessa atomära beståndsdelar förbinds igen efter munstycket och avger därmed en enorm hetta. Plasmakärntemperaturer är på upp till 20 000 K. I den här plasmajet sprids sen det pulvriserade beläggningsmaterialet som smälts i den höga temperaturen och skjuts på arbetsstycket med plasmaflödet.
Plasmasprutor kräver stabila, reproducerbara processer
Beläggningssystem är ofta i drift dygnet runt, dessutom i tuffa industrimiljöer. Dessutom är det inte bara avgörande att komponenterna är robusta, utan även att processen är repeternoggrann: Beläggningstjocklekar och densiteter bestäms genom att justera och hålla sprutparametrarna.
Bränngasregleringen av plasma-sprutsystem-styrningen TAFA® 6600XL från Linde AMT har en kompakt konstruktion.
Gasflödena som tillförs brännaren går t.ex. att styra via massaflödesregulatorn (Mass Flow Controller, MFC). För att bestämma flödesmängden mäts differenstrycket eller temperaturen ovanför och nedanför ventilen. Ett sätt som är elegant, men mycket känsligt mot påverkan av smuts och därför mycket underhållskrävande. Dessutom är MFC:er relativt dyra.
Plasma-sprutsystem med lågt slitage
TAFA® plasma-sprutsystemstyrning från Linde AMT använder istället ett mekaniskt system för gasmätningen. Alla gaser styrs in med en spridare med fyra ventiler genom högprecisions genomlopp av rubin med olika diameter. Här används ett fysikaliskt fenomen: Om ett tryck byggs upp ovanför öppningen som motsvarar ungefär det dubbla av trycket som ligger under öppningen uppnår gasflödet ljudhastighet. Dessutom kan hastigheten genom strypflänsen inte öka p.g.a. fysikens lagar. Då parametrarna tryck, flödeshastighet och den genomströmmade ytan är relaterade med en fysikalisk lag ändras endast gastätheten då hastigheten hålls konstant och trycket ökar. Därmed är det enkelt att justera gasens massaflöde i brännaren.
De individuellt valbara och lätt utbytbara genomloppen är tillverkade av rubin och har därmed en mycket lång livslängd.
”I vårt system finns inga rörliga delar och därmed inga mekaniskt belastade slitdelar” säger Andrew J. Bolduc, produktchef Plasma hos Linde AMT. ”Rubinet är det enda som utsätts för slitage, men det håller ett årtionde innan det behöver bytas ut.”
Exakt volymflödesreglering
En ytterligare fördel med Linde AMT:s lösning är den exakta regleringen av volymflödet. Genom att använda en MFC baseras toleransen på dess specificerade maximala flödesmängd (full skala). Det är särskilt avgörande vid känsliga vätgasanvändningar då regulatorn ska bestämma både stora och mycket små volymflöden. Den absoluta flödestoleransen kan inte resultera i mer tolererbara avvikelser vilket omöjliggör en exakt reglering.
Annat gäller för Linde AMT:s TAFA®-styrsystem: Genomloppen i de fyra ventilerna som är monterade i hållaren kan ha fyra olika diametrar så att du kan beroende på önskat volymflöde kan öppna en eller flera och därmed kombinera 15 olika volymflöden som är optimerade till den önskade flödesmängden. Dessutom kan du enkelt byta ut strypflänserna mot andra diametrar. ”Det finns ingen annan enhet som kan göra något sådant. På samma spridare kan vi reglera massaflöden på över 1000 SCFH (Standard Cubic Feet per Hour) till under 5 SCFH med en noggrannhet bättre än 1 SCFH”, berättar produktchefen entusiastiskt.
Modulärt koncept möjliggör upp till fyra brännare
För att uppnå och upprätthålla den önskade kvaliteten på beläggningsprocessen valideras totalkombinationen med gasreglering och plasmabrännare. Ett byte av brännare innebär att hela systemet måste godkännas igen. Därför har Linde AMT:s system upp till fyra anslutningsställen så att vi kan ansluta fyra brännare parallellt som vi kan koppla mellan med ett knapptryck. Totalkonceptet möjliggör dessutom att alla anläggningar kan sammanställas enligt Linde:s önskade variabilitet.
Energibesparande och kraftig Kick and Drop
Bürkert-ventiler med Kick and Drop-teknologi kan monteras mycket ogenomträngligt, och i explosionsfarliga utrymmen. Dessutom håller de för höga kopplingstryck. I ventilnoden sitter fyra sådana spolar tätt ihop.
För TAFA® systemdesignen är det en utmaning att brännarsidan kan ge ett mottryck på upp till 0,7 MPa (100 psi) på ventilen. En uppgift som bara gick att utföra med Bürkerts Kick and Drop-teknik p.g.a. kravet på ventilhållarens kompakthet: En kort strömimpuls alstrar den nödvändiga höga åtdragningskraften för att öppna ventilen, redan ca en halv sekund senare sänks den nödvändiga effekten med upp till 80 %. Det gjorde att Linde AMT kunde använda extremt kraftiga fjädrar för att stänga ventilerna, jämfört med vanliga ventiler håller dessa för ett avsevärt högre mottryck. ”Det är av avgörande betydelse för processen att det flödar exakt rätt inställd gasmängd. Om en av ventilerna skulle falla bort och resultera i ett läckflöde skulle det ändra dynamiken i brännaren totalt och därmed försämra beläggningsegenskaperna” säger Andrew J. Bolduc som tydliggör den här viktiga aspekten.
Säkrare med lägre värmebelastning
Den reducerade effekten vid Kick and Drop-spolarnas hålldrift sänker även värmebelastningen. ”I ventilblocket sitter fyra sådana spolar tätt ihop. Vid en termisk överbelastning kan en ventil koppla från utan att det märks, vilket måste förhindras till varje pris” säger experten för att förklara ett avgörande krav. ”Vi har belastat spolarna med tunga vikter i permanent drift och därmed försökt provocera en överlast. Vi lyckades inte, Bürkert-spolarna slutade aldrig att fungera” bekräftar Andrew J. Bolduc. Men totalsystemet vann även på spolarnas lägre tillkopplingsströmmar. Det gör att Linde AMT:s styrsystem kan styra fler ventiler samtidigt utan att överlasta strömförsörjningen.
”För oss står säkerhet, tillförlitlighet och enkelt underhåll i första rummet. Och Bürkert var den enda partnern som hjälpte oss att uppfylla dessa tre kriterier.”
Höga krav på explosionsskydd uppfylls
Hanteringen av vätgas som bränngas skruvar upp kraven på systemuppbyggnaden. Väte är det grundämne som har lägst densitet, den är färg- och luktlös och mycket flyktig. I kombination med luft skapas en mycket explosiv blandning. Därför investerade Linde AMT mycket arbete i en egen ventilsäteskonstruktion som möjliggör å ena sidan en smal ventilhållarkonstruktion, å andra sidan en membranisolering utan svaga punkter. ”Här fick vi fantastisk hjälp av Bürkert. De visade oss hur vi kan tillverka felfria tätningsytor” säger Bolduc tacksamt. Linde AMT:s framgångsrika godkännande av TAFA®-systemet kräver dessutom certifierade komponenter som kan användas i explosionsfarliga utrymmen – ett krav som Bürkert-produkterna uppfyller.
Samarbete möjliggör en unik lösning
”Ingen har en lika smart lösning som Bürkert. Det finns ingenting som liknar dessa spolar” säger Linde-AMT:s produktchef entusiastiskt. ”Med våra anläggningar har vi som mål att sätta säkerhet, tillförlitlighet och ett enkelt underhåll i första rummet. Bürkert var den enda partnern som hjälpte oss att uppfylla dessa tre kriterier. Därför har vårt system ingen motsvarighet på marknaden.”
Ytterligare information: