Robust plasmakontrol med enestående præcision

Plasmasprøjtning er en termisk sprøjtemetode til overfladebelægning. Her bliver materialer som fx keramik, metal, cermets eller polymerer smeltet og med høj hastighed sprøjtet på overflader, der for det meste består af metalsubstrater. Denne teknologi anvendes primært i luft- og rumfartsindustrien, bilindustrien samt til konstruktion af turbiner eller elektronik. Med denne belægning forbedres overfladens slidstyrke, korrosionsbestandighed eller termiske egenskaber typisk.

Ved plasmasprøjtning bliver gasarter som argon, nitrogen, helium eller oxygen dissocieret og ioniseret af en lysbue i en brænder. Delene på atomniveau forbindes igen bag dysen og afgiver her en enorm varme. Plasmakernetemperaturen er helt op til 20.000 K. En dyse sprøjter så det pulveriserede belægningsmateriale ind i denne plasmajet, hvor plasmastrømmen smelter det med sin høje temperatur og slynger det ud på emnet.

Plasmasprøjtning kræver stabile, reproducerbare processer 

Belægningssystemer kører for det meste døgnet rundt og i krævende industrielle omgivelser. Derfor er det ikke kun vigtigt, at komponenterne er robuste, processen skal også kunne gentages nøjagtigt: Belægningstykkelse og -densitet bestemmes udelukkende af indstilling og opretholdelse af sprøjteparametrene.

Gasstrømmene, der tilføres brænderen, kan fx styres med en masseflowregulator (Mass Flow Controller, MFC). For at bestemme flowmængden, måles differenstrykket eller temperaturen over og under ventilen. Denne metode, der nok er elegant, er meget følsom over for påvirkning af urenheder, og det gør løsningen meget vedligeholdelseskrævende. Dertil kommer, at MFC’er er forholdsvis dyre. 

System til plasmasprøjtning med meget lidt slid 

TAFA®-styringen til systemet til plasmasprøjtning fra Linde AMT anvender derimod et mekanisk system til gasmåling. Hver eneste gasart tilføjes via en manifold med fire ventiler gennem højpræcise gennemløb fremstillet af rubin med forskellige diametre. Her udnytter man et fysisk fænomen: Når der opbygges et tryk over åbningen, der er omtrent dobbelt så højt som trykket under åbningen, så når gasstrømmen op lydens hastighed. Desuden kan hastigheden gennem blænderåbningen af fysiske årsager ikke øges. Da parametrene tryk, flowhastighed og gennemstrømmet areal for forbundet af en fysisk lov, er det kun gassens massefylde, der ændrer sig, når hastigheden holdes konstant og trykket stiger. På den måde kan gassens masseflow indstilles meget enkelt.

"I vores system er der ingen bevægelige dele og dermed heller ingen mekanisk belastede sliddele", forklarer Andrew J. Bolduc, plasma product manager hos Linde AMT. "Det eneste, der bliver slidt er rubinen, der dog sagtens kan holde et årti, før den skal udskiftes."

Præcis regulering af volumenflow

Den præcise regulering af volumenflowet er endnu en fordel ved løsningen fra Linde AMT. Ved anvendelse af en MFC er tolerancen baseret på dens specificerede maksimale volumenflow (full scale). Det er særligt kritisk i følsomme hydrogenapplikationer, hvor regulatoren skal bestemme både store og små volumenstrømme. Den absolutte flowtolerance kan således medføre uacceptable afvigelser, der gør præcis regulering umulig.

I TAFA®-styringssystemet fra Linde AMT er det helt anderledes: Gennemløb i de fire ventiler, der er monteret i holderen, kan have fire forskellige diametre, så en eller flere kan åbnes afhængigt af den ønskede flowmængde, og det giver 15 forskellige kombinationer, der er optimeret til det ønskede flow. Samtidig kan blænderåbningerne nemt udskiftes med en anden diameter. "I dag findes der ingen anden løsning, der kan det samme. Med den samme fordeler kan vi regulere masseflow fra over 1.000 SCFH (standard cubic feet per hour) og helt ned til 5 SCFH med en nøjagtighed på over 1 SCFH", fortæller deres product manager begejstret.

Muligt med op til fire brændere takket være det modulopbyggede koncept

For at opnå og opretholde den ønskede kvalitet i belægningsprocessen valideres den samlede kombination af gasregulering og plasmabrændere. Udskiftning af brænderen ville således medføre, at hele systemet skulle have en ny godkendelse. Systemet fra Linde AMT har derfor op til fire tilslutningssteder, så der kan tilsluttes fire brændere parallelt, som der så kan skiftes imellem ved at trykke på en knap. Det overordnede koncept gør det også muligt for Linde at skræddersy hvert enkelt anlæg til at have de ønskede variationer.

Energibesparende og stærk Kick & Drop-løsning

En udfordring i TAFA® systemdesignet er, at modtrykket på ventilen fra brændersiden kan være helt op til 0,7 MPa (100 psi). En opgave, det på grund af den krævede kompakte konstruktion af ventilholderen kun var muligt at løse med Bürkerts Kick & Drop-teknologi: En kort strømpuls genererer den høje tilspændingskraft, der kræves for at åbne ventilen, og kun cirka et halvt sekund senere er den nødvendige kraft allerede reduceret med op til 80 %. På den måde kunne Linde AMT anvendte ekstremt stærke fjedre til at lukke ventilerne, der sammenlignet med normale ventiler kan modstå et betydeligt højere modtryk. "Det er yderst vigtigt for processen, at det er præcist den indstillede gasmængde, der anvendes. Hvis bare en af ventilerne svigter, og der derfor opstå en lækstrøm, ville det ændre dynamikken i brænderen totalt og dermed have en negativ effekt på belægningsegenkaberne", understreger Andrew J. Bolduc om dette vigtige aspekt.

Større sikkerhed med mindre varmebelastning

Den reducerede effekt i Kick & Drop-spolernes holdedrift reducerer også varmebelastningen. "I ventilknuden er der placeret fire af denne type spoler tæt ved siden af hinanden. Ved en termisk overbelastning kan en ventil ubemærket blive deaktiveret, og det skal forhindres for enhver pris", sådan beskriver fagmanden et væsentligt krav. "Vi belastede spolerne med store belastninger i kontinuerlig drift og forsøgte at fremprovokere en overbelastning. Det lykkedes os ikke, spolerne fra Bürkert svigtede aldrig", bekræfter Andrew J. Bolduc. Men det samlede system drager også nytte af spolernes lave aktiveringsstrøm. På den måde kan styringssystemet fra Linde AMT betjene flere ventiler på samme tid uden at overbelaste strømforsyningen.

Sådan opfyldes strenge krav til eksplosionsbeskyttelse

Håndtering af hydrogen som brændgas øger kravene til systemets konstruktion. Hydrogen er det element, der har den laveste massefylde, det er farveløst og lugtfrit og meget flygtigt. I kombination med luft kan der nemt opstå en eksplosionsfarlig blanding. Linde AMT arbejdede derfor intenst på sin egen ventilsædekonstruktion, der på den ene side muliggjorde ventilholderens smalle design og på den anden side sikrede, at tætningen til membranen var fri for fejl og mangler. "Her fik vi fantastisk hjælp af Bürkert. De viste os, hvordan vi kunne fremstille fejlfrie tætningsoverflader", og det er Bolduc taknemmelig for. Godkendelsen af TAFA®-systemet fra Linde AMT kræver desuden certificerede komponenter, der kan anvendes i eksplosionsfarlige omgivelser – og det krav opfylder produkterne fra Bürkert.

En enestående låsning udarbejdet i samarbejde

"Ingen har en så avanceret løsning som Bürkert. Der er ikke noget, der bare tilnærmelsesvist kommer i nærheden af disse spoler", fortæller Linde AMT’s product manager glædestrålende. "I vores anlæg forsøger vi at fokusere på sikkerhed, driftssikkerhed og brugervenlig vedligeholdelse. Og Bürkert var den eneste partner, der hjalp os med at opfylde alle tre kriterier. Vores system er derfor enestående på markedet."

Hvad er jeres problem? Vi rådgiver dig gerne.

Er I på udkig efter løsninger inden for overfladebelægning, eller vil I vide mere om præcise og energibesparende teknologier? Kontakt vores eksperter.

Book et rådgivningsmøde med det samme

Yderligere informationer: