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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Flächen mit Russ mittels einer die betreffende Fläche beaufschlagenden, unterstöchiometrischen Verbrennung von Brenngas, insbesondere von Acetylen u.dgl., wobei das Brenngas und ein Sauerstoffgas geeignet dem Verbrennungsort zugeführt wird, zwischen der zu berussenden Flache und der Brenngas-Zuführung bzw. dem Brennerkopf mittels entsprechend angeordneter Abschirmflächen eine weitgehend abgeschlossene Kammer gebildet wird und für einen Berussungsvorgang in diese Kammer eine geeignete Menge einer geeigneten Mischung aus Brenngas und Sauerstoffgas (=Brenngasgemisch) eingeführt und gezündet wird.
Ein solches Verfahren zum Berussen ist als nächstliegender Stand der Technik aus der EP 0 506 043 bekannt. Hierbei wird eine Mischung aus Brenngas und Sauerstoffgas in eine vor dem Brennkopf liegende Kammer eingeführt und gezündet. Es wird bei diesem Verfahren ein kontinuierlicher Strom an Brenngasgemisch dem zu berussenden Werkstück zugeführt, wobei eine taktweise Zufuhr und Zündung des Brenngasgemisches nicht vorgesehen ist.
Analoges gilt für die aus den US 4 830 088 A und US 4 969 815 A bekannten Verfahren, da auch dieses Verfahren kontinuierlich arbeitet. Dabei betrifft das in der US 4 969 815 A geoffenbarte Verfahren allerdings die reduktive Wärmebehandlung von Stahl und nicht die Berussung von Werkstücken.
Die US 4 830 088 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Profils mit Kohlenstoff. Über entsprechend ausgerichtete Austrittsdüsen wird ein Brenngas-LuftGemisch auf jede der drei Seiten des Profils gestrahlt, wobei die auf die einzelnen Seiten zugeführte Menge an Brenngasgemisch jeweils individuell eingestellt werden kann. Die Seiten können daher unterschiedlich stark beschichtet werden. Die US 4 830 088 A gibt jedoch keinerlei Hinweise auf eine Kammer, in der ein Zünden des Brenngasgemisches erfolgte, am Ende der Brenngasleitung.
Die JP-A-59-64137 offenbart auch ein Verfahren zum Beschichten mit Russ. Brenngas und ein die Verbrennung unterstützendes Gas wird in eine Mischkammer eingeleitet, von der eine Leitung zum zu beschichteten Gegenstand führt. Nachdem die Verbrennung des Brenngasgemisches erst am Ende der Leitung, stromabwärts der Mischkammer erfolgt, wird weder Umgebungsluft vom eigentlichen Verbrennungsvorgang abgehalten, noch wird die Russbelastung der Umgebung des zu beschichtenden Gegenstandes verringert.
Das Beschichten von Werkstückflächen mit Russ dient dazu, dass die Anhaftung, Festsetzung oder - unter Druck - sogar Verschweissung eines Gegenstücks, das mit dieser Werkstückflache in Berührung kommt, verhindert wird. Derartige Anforderungen treten beispielsweise beim Giessen von metallischen Werkstücken auf, wobei die Haftung des Formlings in der Form minimiert werden muss und daher die Formflächen vor dem Giessvorgang berusst werden. Auch ist das Russbeschichten von Formen in der Glasindustrie bekannt, ebenso wie die stirnseitige Beschichtung von Pressrohlingen beim Strangpressen von Profilen, wobei die Pressrohlinge von einem Pressstempel mit einem stirnseitigen Krafteintrag beaufschlagt werden und wobei der Pressstempel nach dem Pressvorgang wieder problemlos entfernbar sein muss.
In all diesen Fällen wird in gängigster Weise der Beschichtungsruss durch eine kontinuierlich brennende, auf die zu berussende Fläche gerichtete Flamme aufgetragen, wobei sich der Russ - dieser technische Russ besteht weitgehend aus reinem Kohlenstoff - mittels der Flamme und aufgrund stark unterstöchiometrischer Gasmischungseinstellung für die Flamme (Sauerstoffdefizit für die Verbrennung) bildet. Die Flamme soll dabei straff, aber nicht turbulent brennen, da in turbulenten Flammen Umgebungsluft eingewirbelt wird und sich dann signifikant weniger Russ bildet (siehe Prospekt von Linde - Technische Gase, "Vorteile von Acetylenruss als Trenn- und Isoliermittel", Erstausgabe - Mai 1986).
Ein Nachteil beim Berussen mit den beschriebenen, offenen Flammen besteht darin, dass neben der erwünschten und beabsichtigten Russmenge für die jeweils relevante Fläche auch Russ in die Umgebung abgegeben wird und darüber hinaus auch eine unerwünschte Russerzeugung vor und nach dem eigentlichen Beschichtungsprozess, nämlich ab Brennerzündung bis zum Beschichten und nach dem Beschichten bis zum Brennerstop stattfindet. Es ergibt sich also mit dem bekannten Verfahren eine nicht unerhebliche, unerwünschte Russerzeugung und auch ein teilweise nicht notwendiger Brenngasverbrauch (zu dieser Problematik siehe beispielsweise auch EP-A 0 295 558).
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Von vorgenanntem Stand der Technik ausgehend resultiert die Aufgabenstellung zu vorliegender Erfindung, nämlich, ein besonders gezielt und begrenzt Russ erzeugendes und auch den Brenngasverbrauch minimierendes Berussungsverfahren zu gestalten, dessen Berussungsfunktion anderseits vollständig zufriedenstellend erhalten bleibt.
Diese Aufgabenstellung wird gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass eine, dem Volumen der weitgehend abgeschlossenen Kammer angepasste, 5 bis 80 % dieses Volumens umfassende, Brenngasgemisch-Menge dieser Kammer in einem Zeitintervall festgelegter Länge impulsartig zugeführt wird, wobei diesem Brenngasgemisch zwischen 1 und 40 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Vol.-%, Sauerstoff beizufügen ist.
Zunächst ist festzuhalten, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren kein kontinuierlich, sondern ein intermittierend arbeitendes Verfahren vorgeschlagen ist. Dies bedeutet, dass in Zeiten, in denen kein Russ benötigt wird, auch keine Russerzeugung stattfindet und auch keine Verbrennung erfolgt. Damit einhergehen entsprechende Einsparungen an Brenngas sowie eine Reduzierung der erzeugten Russmenge. Des weiteren bewerkstelligen die angesprochenen Abschirmflächen zum einen, dass kein Sauerstoff aus der Umgebung dem in der so gebildeten Kammer ablaufenden Verbrennungsvorgang zufliessen kann. Dadurch kann der Verbrennungsablauf exakt im Hinblick auf die jeweilige Berussungsaufgabe eingestellt werden und zwar dadurch, dass die zuzuführende Brennstoffmenge, die Menge an zuzuführendem Sauerstoffgas (z.B.
Luft oder auch reiner Sauerstoff) und die verbleibende Menge an Luft in der Kammer geeignet aufeinander abgestimmt werden. Zum anderen bewirkt die Abschirmung auch eine Eingrenzung und Ausrichtung der schliesslich auszulösenden Verbrennung, wodurch insbesondere auch die entstehenden Russpartikel gerade auf die betreffende Werkstückfläche gelenkt werden
Eine vorteilhafte Detail-Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Zündung der Verbrennung des einströmenden bzw. bereits in der Kammer befindlichen Gasgemisches im Anfangsbereich des Zeitintervalls der Brenngaszufuhr, vorzugsweise unmittelbar zu Beginn des Zufuhr-Intervalls, bewirkt wird.
Mit Vorteil und an gängige Verhältnisse in der Praxis angepasst, beträgt erfindungsgemäss die Länge des ein Zufuhr-Zeitintervalls für das Brenngasgemisch 0,05 bis 2 sec., vorzugsweise 0,1 bis 0,5 sec. Hinsichtlich der sich ergebenden Berussungsqualität sind diese Zufuhrzeiten günstig, wobei sich darüber hinaus mit diesen kurzen Zufuhrzeiten die Eignung des Verfahrens auch für relativ kurzgetaktete Fertigungsabläufe ergibt.
Eine erfindungsgemässe und zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen Brenner 2 mit Brennerkopf 3, zugehörige Gaszuleitungen 4,5, in diesen Gaszuleitungen angeordnete Gasregler und Schaltventile, sowie eine benachbart zum Brennerkopf angeordnete Zündeinrichtung 10 auf und ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine den Brennerkopf 3 umgebende, offene, vorzugsweise gegenüberliegend dem Brennerkopf offene, Kammer 14 vorhanden ist, die durch eine oder auch mehrere, um den Brennerkopf herum entsprechend angeordnete Abschirmflächen 15 gebildet ist, wobei die Berandung 16 der Kammer 14 geeignet zum Anlegen bzw. nahezu Anlegen an eine Fläche ausgebildet ist.
Mit Vorteil ist darüber hinaus die Form der Öffnung der Berussungskammer 14 auch an das Profil der zu berussenden Fläche angepasst. Andernfalls tritt entweder unerwünscht Russ aus dem abgeschirmten Bereich aus oder es sind zur vollständigen Berussung einer Fläche mehrere Berussungsvorgänge nebeneinander auszuführen, was bei grossen Flächen ohnehin notwendig sein kann. Bei grossen, zu berussenden Flächen kann femer auch eine mehrere Brennerköpfe aufweisende und ansonsten entsprechend aufgebaute Vorrichtung von Vorteil sein.
Mit Vorteil werden die Abschirmflächen bzw. die Abschirmfläche 15 jedoch in jedem Fall zur Öffnung hin sich weitend und also etwa trichterförmig ausgebildet, wobei der Brennerkopf 3 zentral auf der engeren, geschlossenen Seite der Trichterform angeordnet wird. Bei mehreren Brennerköpfen werden diese - jeweils den Verhältnissen entsprechend - günstig verteilt.
Zu Automatisierungszwecken ist die Vorrichtung günstigerweise mit einer Steuereinheit 20 ausgerüstet, die mit den Schaltventilen 7,8 sowie der Zündeinrichtung 10 verbunden ist und diese geeignet steuert.
Eine hinsichtlich der Funktionssicherheit zu bevorzugende Zündeinrichtung ist eine mit einer Zündflammeneinrichtung kombinierte Zündkerze, bei der mittels der Zündkerze zunächst die Zündflamme der Zündflammeinrichtung gezündet wird und diese ihrerseits dann die Verbrennung
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des Brenngasgemisches auslöst, wobei, vom Ablauf her gesehen, mit Vorteil die Abschaltung der Zündflamme etwa zeitgleich mit dem Beginn der Gasgemisch-Zufuhr erfolgt. Durch letzteres wird eine Beeinflussung der Berussung durch die Zündflamme vermieden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten, einzigen Zeichnung beispielhaft näher erläutert:
Die Zeichnung zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Berussungseinrichtung, wie sie insbesondere zum Beschichten einer im wesentlichen ebenen Stirnfläche 1 eines länglichen Werkstücks W, beispielsweise eines Strangpress-Rohlings, eingesetzt werden kann. Ein Brenner 2 mit seinem Brennerkopf 3 ist für diese Zwecke der berussenden Stirnfläche 1 gegenüberliegend angeordnet und auf diese gerichtet. Entsprechend dem Kerngedanken der Erfindung ist um den Brennerkopf 3 kragenartig eine etwa Trichterform aufweisende Metallhülle 15 angeordnet, welche eine Abschirmung des Brennerkopfes gegen die Umgebung bildet und welche in Verbindung mit der zu berussenden Fläche 1 eine nahezu geschlossene Kammer 14 um den Brennerkopf 3 herum ergibt.
Die Abschirmhülle 15 wird zur Berussung der Fläche 1 nicht unmittelbar auf diese Fläche 1 aufgesetzt, sondern so plaziert, dass ein Durchtrittsspalt zwischen Abschirmhülle 15 und Fläche 1 von ca. 1 bis 5 cm Breite verbleibt. Durch diesen Durchtrittsspalt kann Überdruck aus der Kammer 14 austreten. An der Abschirmhülle 15 ist ferner, benachbart zum Brennerkopf 3, eine Zündeinrichtung 10 in Form einer Zündkerze montiert. Ausserdem ist der Brenner 2 an Zuleitungen für Acetylen 4 und Luft 5 angeschlossen, wobei in den Zuleitungen 4,5 jeweils ein Regelventil 6 bzw. 7 sowie ein Schaltventil 8 bzw. 9 angeordnet ist. Die Schaltventile 8,9 sowie die Zündkerze 10 sind ferner anderseits mit einer Steuereinheit 20 über elektrische Leitungen verbunden, womit ein ferngesteuerter Betrieb des jeweiligen Elements in einer voreingestellten oder programmierten Weise ermöglicht wird.
Ein erfindungsgemässer Berussungsablauf ergibt sich nun wie folgt:
Die Regelventile 6,7 für Acetylen und Luft werden so voreingestellt, dass bei Betätigung der Schaltventile 8,9 für ein ebenfalls voraus zu bestimmendes Zeitintervall eine geeignet zusammengesetzte Brenngasmischung in die Kammer 14 einfliesst. Dabei kann eine Vormischung der beteiligten Gase vorgesehen werden, diese können jedoch ebenso getrennt der Kammer 14 zugeführt werden. Weiters ist der Zeitpunkt für die Zündung bzw. der Zeitpunkt für den Beginn der Zündaktionen mittels der Zündkerze 10 vorzugeben.
Geeignete Einstellwerte für eine Beispielvorrichtung sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:
EMI3.1
<tb>
<tb> Kammervolumen: <SEP> 2,5 <SEP> dm3
<tb> Acetylenmenge <SEP> [Druck <SEP> 0. <SEP> 45 <SEP> bar <SEP> (statisch) <SEP> ]: <SEP> 0,25 <SEP> dm3
<tb> Luftmenge <SEP> [Druck <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP> bar <SEP> (statisch) <SEP> ]: <SEP> 0,10 <SEP> dm3
<tb> Zeitintervall <SEP> für <SEP> die <SEP> Gaszufuhr <SEP> : <SEP> sec
<tb> Zündbeginn <SEP> : <SEP> 0. <SEP> sec
<tb>
Unter bevorzugter Anwendung eines Luftinjektionsbrenners wird tabellengemäss also eine Acetylen-Luft-Mischung mit ca. 40 Vol-% Luftanteil (= ca. 8 % 02-Anteil) in die Kammer 14 eingeleitet, also eine etwa 15 % des Kammervolumens einnehmende Brenngasgemischmenge zugeführt, wobei demzufolge in der Kammer ca 2,15 dm3 Luft verbleiben.
Gleichzeitig mit dem Beginn der Gaszufuhr wird ausserdem auch die Zündtätigkeit der Zündkerze 10 eingeleitet (0. sec!).
Demzufolge beginnt im vorliegenden Beispiel mit dem Start der Gaszufuhr auch die Verbrennung bzw. Umsetzung des zufliessenden Acetylens zu einem weitgehend aus reinem Kohlenstoff bestehenden Russmaterial, wobei sich aufgrund der entstehenden Wärme diese Umsetzungsreaktion verpuffungsartig über die gesamte Kammer 14 ausbreitet. Aufgrund des eingetragenen Gasimpulses und der Trichterform der Abschirmhülle 15 wirkt dabei die freiwerdende Energie überwiegend in Richtung der zu beschichtenden Fläche 1. Auf diese Weise wird ein Grossteil der entstehenden Russpartikel auf eben diese Fläche befördert und dort als die gewünschte Antihaftschicht abgelagert. Lediglich ein geringer Teil der gebildeten Russpartikel wird durch den, zwischen Abschirmung 14 und Werkstück W liegenden, offenen Spalt in die Umgebung geschleudert.
Die so erhaltene Russschicht auf dem Werkstück erfüllt im übrigen alle Anforderungen, die auch eine konventionell aufgetragene Russbeschichtung erfüllt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ergibt sich also eine qualitativ alle Wünsche erfüllende Beschichtung von Flächen mit Russ, die mit einer erheblich reduzierten Russbelastung der
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Umgebung und auch Brenngaseinsparungen einhergeht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Beschichten von Flächen mit Russ mittels einer die betreffende Fläche beaufschlagenden, unterstöchiometrischen Verbrennung von Brenngas, insbesondere von
Acetylen, wobei das Brenngas und ein Sauerstoffgas geeignet dem Verbrennungsort über einen Brenner mit zugehörigem Brennerkopf zugeführt wird, zwischen der zu berussenden
Fläche und der Brenngas-Zuführung bzw.
dem Brennerkopf mittels entsprechend angeordneter Abschirmflächen eine weitgehend abgeschlossene Kammer gebildet wird und für einen Berussungsvorgang in diese Kammer eine geeignete Menge einer geeigneten Mischung aus Brenngas und Sauerstoffgas (=Brenngasgemisch) eingeführt und gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine, dem Volumen der weitgehend abgeschlossenen Kammer angepasste, 5 bis 80 % dieses Volumens umfassende,
Brenngasgemisch-Menge dieser Kammer in einem Zeitintervall festgelegter Länge impulsartig zugeführt wird, wobei diesem Brenngasgemisch zwischen 1 und 40 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 10 Vol.-%, Sauerstoff beizufügen ist.