CH637310A5

CH637310A5 - BURNER NOZZLE FOR POWDER FLAME SPRAYERS.

Info

Publication number: CH637310A5
Application number: CH997478A
Authority: CH
Inventors: Erwin Huehne
Original assignee: Castolin Sa
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1983-07-29
Also published as: DE2743567A1; IT7822909V0; FR2404475A1; GB2005565B; JPS5488015U; JPS5845783Y2; GB2005565A; DE2743567C2; ES238426Y; FR2404475B3; ES238426U

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennerdüse für Pulverflammspritzgeräte gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1. The invention relates to a burner nozzle for powder flame spraying devices according to the preamble of independent claim 1.

Brennerdüsen der genannten Art sind nach der US-PS 311 267 bekannt. Die Qualität pulverflammgespritzter Schichten in bezug auf Dichtheit, Festigkeit und dgl. ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Eine einwandfreie, funktionsfähige Pulverflammspritzpistole mit richtig eingestellten Burner nozzles of the type mentioned are known from US Pat. No. 311,267. The quality of powder-flame sprayed layers in terms of tightness, strength and the like depends on various factors. A flawless, functional powder flame spray gun with the correct settings

Spritz-Parametern, entsprechende Grundwerkstoff-Vorbe-reitung durch Sandstrahlen, Einhaltung des vorgegebenen Spritzabstandes, Spritzwinkels usw. gewährleistet nicht in jedem Fall einwandfreien Schichtaufbau. Spezielle hoch-5 schmelzende Pulver-Spritzwerkstoffe, z.B. Metalloxyde, Spraying parameters, appropriate base material preparation by sandblasting, compliance with the specified spraying distance, spraying angle, etc. does not always guarantee perfect layer build-up. Special high-5 melting powder spray materials, e.g. Metal oxides,

auch Keramik genannt, zeigen beim Verarbeiten einen hohen Schwierigkeitsgrad. Exotherm reagierende Metallpulver, die als Haftbrücke Verwendung finden, neigen zum Anbak-ken an der Düsenstirnseite, sofern keine optimale Konstruk-lo tion dieses Bauteiles vorliegt. also called ceramics, show a high degree of difficulty in processing. Exothermic metal powders, which are used as adhesive bridges, tend to stick to the face of the nozzle if there is no optimal construction of this component.

Brennerdüsen, bei denen Schwierigkeiten der vorgenannten Art auftreten, sind schon seit langem nach der CH-PS 200 074 und der US-PS 2 125 764 bekannt. Durch eine Düsenausbildung nach der DE-PS 1 245 813 wurde bereits eine i5 Verbesserung gegenüber den vorgenannten Düsen erreicht. Burner nozzles, in which difficulties of the aforementioned type occur, have long been known according to CH-PS 200 074 and US-PS 2 125 764. A nozzle design according to DE-PS 1 245 813 has already achieved an i5 improvement over the aforementioned nozzles.

Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass auch diese vorbekannte Spritzdüse bei extremer Belastung und speziell beim Verarbeiten von hochschmelzenden pulverförmigen Keramik-Spritzwerkstoffen nur unzureichende Schichtquali-20 täten bringt. Auch beim Verarbeiten von exotherm reagierenden Metallpulvern bzw. beim Spritzen über längere Zeitabstände neigt die vorgenannte Düse zum Kleben bzw. Zubacken durch Pulverrückstände an der Stirnseite der Düse. It has been shown in practice, however, that even this known spray nozzle brings inadequate layer quality when subjected to extreme loads and especially when processing high-melting powdered ceramic spray materials. Even when processing exothermic metal powders or when spraying over long periods of time, the aforementioned nozzle tends to stick or bake due to powder residues on the face of the nozzle.

Beim Spritzen hochschmelzender, pulverförmiger Spritz-25 Werkstoffe, wie z.B. Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und den sogenannten Cermets (Metallpulver-Metalloxyd-Ge-menge), kommt es ausserdem zu einer unzureichenden Erwärmung der Spritzpartikel dadurch, dass zwischen der zentral angeordneten Spritzdüse und der konzentrisch angeord-30 neten Heizflamme aus dem dazwischenliegenden Ringkanal ein Kühlgasstrom austritt, der verhindert, dass die Partikeln unmittelbar mit der Heizflamme in Berührung kommen und dort optimal angeschmolzen werden. When spraying high-melting, powdery spray materials, such as Aluminum oxide, zirconium oxide and the so-called cermets (metal powder-metal oxide quantity), there is also insufficient heating of the spray particles due to the fact that a cooling gas stream emerges from the intermediate ring channel between the centrally arranged spray nozzle and the concentrically arranged heating flame. This prevents the particles from coming into direct contact with the heating flame and being optimally melted there.

Wie aus der DE-PS 2 175 774 erkennbar, ist die Düse so 35 konstruiert, dass ein zylindrischer Teil etwa um 1,7 mm über die oben ausgebildete Stirnfläche hervorragt bzw. dieser vorgelagert ist. Aufgrund dieser ungünstigen aerodynamischen Konstruktion kommt es offenbar zu Wirbelbildungen, die zu den vorgenannten Störungen in Form von Anlagerungen 40 von Pulverrückständen an der Stirnseite der Düse führen, die sich von Zeit zu Zeit lösen und in die Auftragsschicht fliegen können und damit die Qualität der Schicht beeinträchtigen. As can be seen from DE-PS 2 175 774, the nozzle is constructed in such a way that a cylindrical part protrudes about 1.7 mm above the end face formed above or is in front of it. Because of this unfavorable aerodynamic construction, vortex formation apparently occurs, which leads to the aforementioned disturbances in the form of deposits 40 of powder residues on the end face of the nozzle, which can loosen from time to time and fly into the application layer and thus impair the quality of the layer .

Auch die Düse nach der einleitend erwähnten US-PS 45 311 267 genügte den zu stellenden Forderungen nicht. Um eine divergierende Trägergasströmung vor der Düse zu erreichen, sind im Mündungsbereich entweder durch Stege gehaltene Einsätze vorgesehen, wobei die Stege ideale Ansatzmöglichkeiten bieten, oder es sind divergierende Einzelkanäle so vorgesehen, die jedoch zwangsläufig nicht zu einer homogenen Ausdüsung des Pulvermaterials führen können. Gleiches gilt für eine Düsen-Gasmischanordnung nach der DE-OS 1 646 027. Bei einer Düse nach der FR-PS 996 422 ist eine solche divergierende Ausströmung nicht vorgesehen, die we-55 gen ihrer optimalen Verteilung der Spritzkomponenten (Gas, Pulver) wünschenswert ist. Also the nozzle according to the above-mentioned US-PS 45 311 267 did not meet the demands to be made. In order to achieve a diverging carrier gas flow in front of the nozzle, inserts are either provided in the mouth area by means of webs, the webs offering ideal starting points, or divergent individual channels are provided, which, however, inevitably cannot lead to homogeneous spraying out of the powder material. The same applies to a nozzle-gas mixing arrangement according to DE-OS 1 646 027. In the case of a nozzle according to FR-PS 996 422, such a divergent outflow is not provided which is desirable because of its optimal distribution of the spray components (gas, powder) is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennerdüse, ausgehend von der nach der US-PS 311 267, zu schaffen, die eine optimale Verteilung der Spritzkomponenten 60 (Gas, Pulver) in der Flamme gewährleistet, unter Vermeidung der Gefahr des An- und Zubackens, insbesondere im Austrittsbereich des Pulverträgergaskanals und an der Stirnfläche der Düse, mit den nachteiligen Folgen für die Qualität der aufgetragenen Beschichtung. The invention has for its object to provide a burner nozzle, starting from that according to US Pat. No. 311,267, which ensures an optimal distribution of the spray components 60 (gas, powder) in the flame, while avoiding the risk of caking and baking , in particular in the outlet area of the powder carrier gas channel and on the end face of the nozzle, with the disadvantageous consequences for the quality of the applied coating.

65 Diese Aufgabe ist mit einer Brennerdüse nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des unabhängigen Patentanspruches 1 Erfasste gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den abhängigen Ansprüchen. Unter 65 This object is achieved with a burner nozzle according to the invention by what is captured in the characterizing part of independent claim 1. Advantageous further developments result from the dependent claims. Under

3 3rd

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«nichtnetzenden» Werkstoffen sind dabei solche zu verstehen, an denen das Pulvermaterial bei erhöhten Temperaturen nicht anhaftet bzw. nicht anbackt. “Non-wetting” materials are to be understood as meaning those to which the powder material does not adhere or bake at elevated temperatures.

Die einfachste Ausführungsform einer solchen Brennerdüse besteht in einer Blockdüse aus einem solchen nichtnetzenden Werkstoff, bei der die austrittsseitige Stirnfläche kegelstumpfförmig oder konvex gewölbt ausgebildet ist. Im Zentrum der Stirnseite ist die Pulveraustrittsöffnung vorhanden, um die konzentrisch Gaskanalöffnungen oder, in einer weiteren Ausführungsform, ein Ringgaskanal angeordnet ist, aus dem das Brenngas- Sauerstoff-Gemisch axial oder auf einen beliebigen Brennpunkt konzentriert austritt und die Spritzpartikel, angetrieben durch die kinetische Energie der Flammgase, auf die entsprechend vorbereitete Werkstückoberfläche schleudert. The simplest embodiment of such a burner nozzle consists of a block nozzle made of such a non-wetting material in which the end face on the outlet side is frustoconical or convex. In the center of the end face there is the powder outlet opening around which the concentric gas channel openings or, in a further embodiment, an annular gas channel is arranged, from which the fuel gas / oxygen mixture emerges axially or at any focal point and the spray particles, driven by the kinetic energy the flame gases, hurls onto the prepared workpiece surface.

Die konvex gewölbte oder kegelstumpfförmige Stirnfläche sorgt dabei, was im einzelnen noch näher erläutert wird, für eine günstige Strömungscharakteristik an dieser Fläche, so dass Wirbelbildungen (sogenannte Totzonen) weitgehend vermieden werden. The convexly curved or frustoconical end face, which will be explained in more detail below, ensures a favorable flow characteristic on this face, so that vortex formation (so-called dead zones) is largely avoided.

Die erfindungsgemässe Brennerdüse und weitere Ausführungsformen, wie sie sich nach den abhängigen Ansprüchen ergeben, werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt schematisch: The burner nozzle according to the invention and further embodiments, as they result from the dependent claims, are explained in more detail below with reference to the drawing of exemplary embodiments. It shows schematically:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Brennerdüsen, 1 shows a section through the burner nozzles,

Fig. 2 eine flammseitige Ansicht der Brennerdüse nach Fig. 1, 2 is a flame-side view of the burner nozzle according to FIG. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform eines Brennerdüseneinsatzes, 3 shows a section through a special embodiment of a burner nozzle insert,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine besonders einfache Ausführungsform einer Brennerdüse, 4 shows a section through a particularly simple embodiment of a burner nozzle,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Brennerdüse, 5 shows a section through a further embodiment of a burner nozzle,

Fig. 6 einen Schnitt längs Linie VI-VI in Fig. 5, 6 shows a section along line VI-VI in FIG. 5,

Fig. 7 die flammseitige Ansicht der Düse nach Fig. 5, Fig. 8 die anströmseitige Ansicht der Düse nach Fig. 5, Fig. 9 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Düse und 7 shows the flame-side view of the nozzle according to FIG. 5, FIG. 8 shows the upstream side view of the nozzle according to FIG. 5, FIG. 9 shows a section through another embodiment of the nozzle and

Fig. 10 einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform der Düse. Fig. 10 shows a section through a special embodiment of the nozzle.

Fig. 1,2 zeigen eine Brennerdüse 2 in Form einer Blockdüse aus beispielsweise Beryllium-Cu, bei der die austrittsseitige Fläche 1 flach kegelstumpfförmig ausgebildet und der Pulveraustrittskanal 3 austrittsseitig erweitert ist. 1, 2 show a burner nozzle 2 in the form of a block nozzle made of, for example, beryllium-Cu, in which the outlet-side surface 1 is formed in the shape of a truncated cone and the powder outlet channel 3 is widened on the outlet side.

Im Pulveraustrittskanal 3 ist ein Einsatzstück 6 aus hartem, verschleissfestem Material, beispielsweise aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik oder dgl. angeordnet, dessen vorderes Ende 8 mit einem erweiterten Kopfstück 9, an-gepasst an die Erweiterung des Pulveraustrittskanals versehen ist, dessen maximaler Aussendurchmesser mit Einschubtoleranz dem Innendurchmesser des Pulveraustrittskanals entspricht, so dass das Einsatzstück 6 von der Anströmseite her eingeschoben werden kann. Sternförmig angeordnete Fortsätze 18 halten das Einsatzstück 6 zentrisch im Pulveraustrittskanal. Das Brenngasgemisch tritt durch die Öffnungen 12 der Gaskanäle 4 aus. In the powder outlet channel 3, an insert 6 made of hard, wear-resistant material, for example made of hardened steel, hard metal, ceramic or the like, is arranged, the front end 8 of which is provided with an enlarged head piece 9, adapted to the extension of the powder outlet channel, the maximum outside diameter of which with insertion tolerance corresponds to the inside diameter of the powder outlet channel, so that the insert 6 can be inserted from the upstream side. Star-shaped extensions 18 hold the insert 6 centrally in the powder outlet channel. The fuel gas mixture exits through the openings 12 of the gas channels 4.

Gemäss Fig. 3 kann das Ende 8 des Einsatzstücks 6' vorteilhaft mit einem strömungsführenden Ansatz 10 versehen sein. According to FIG. 3, the end 8 of the insert 6 'can advantageously be provided with a flow-guiding attachment 10.

Bei einer solchen Ausführungsform, bei der die etwa kegelstumpfförmige Formgebung der austrittsseitigen Fläche 1 wesentlich ist, wobei diese Formgebung von kegelstumpfförmig über abgestuft kegelstumpfförmig (wie dargestellt) bis konvex gewölbt gehen kann, ergeben sich günstige Strömungsverhältnisse im Bereich dieser Fläche, da sich die Gesamtströmung, also auch die von ausserhalb der Düse mitangesaugte Luft gut und im wesentlichen ohne Wirbelbildung bzw. ohne Totzonenbildung an die Fläche 1 anlegen kann, was im Zentralbereich, also innerhalb des divergierend ausmündenden Pulveraustrittskanals, noch durch den Ansatz 10 unterstützt werden kann. In such an embodiment, in which the approximately frustoconical shape of the outlet-side surface 1 is essential, this shape being able to go from frustoconical to stepped frustoconical (as shown) to convexly curved, there are favorable flow conditions in the area of this surface, since the total flow, So the air sucked in from outside the nozzle can well and essentially without vortex formation or without dead zone formation on the surface 1, which can be supported by the approach 10 in the central area, i.e. within the diverging powder outlet channel.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Einsatzstück im Pulveraustrittskanal 3 nicht dargestellt, der an seinem Ende mit einer kleinen konischen Erweiterung 19 versehen sein kann. Konvergierend ausmündende Brenngaskanäle 4' sorgen zusätzlich dafür, dass die Brenngasströme den sich vor der Düse erweiternden Pulverstrahl durchdrin-gen. In the embodiment according to FIG. 4, the insert in the powder outlet channel 3 is not shown, which can be provided with a small conical extension 19 at its end. Fuel gas channels 4 'which converge and additionally ensure that the fuel gas streams penetrate the powder jet widening in front of the nozzle.

Fig. 5-8 zeigen mehrteilige Düsen, bei denen die Austrittsöffnungen sowohl des Pulveraustrittskanales 3 als auch des Brenn-Gasführungskanals 5, wie aus der Ansicht gemäss Fig. 7 ersichtlich, beide ringförmig sind. Durch Nuten am Zwischenstück 7, das aus Beryllium -Cu, Cr-Cu oder dgl. bestehen kann, und durch Stege am Zwischenstück 6 (Fig. 6) sind die Kanäle entsprechend in Einzelkanäle 5' gegliedert. Fig. 8 stellt die ausströmseitige Ansicht dieser Düse dar, bei der die wesentlichen Merkmale abströmseitig ebenfalls verwirklicht sind. 5-8 show multi-part nozzles in which the outlet openings of both the powder outlet channel 3 and the combustion gas guide channel 5, as can be seen from the view according to FIG. 7, are both annular. By grooves on the intermediate piece 7, which can consist of beryllium-Cu, Cr-Cu or the like., And by webs on the intermediate piece 6 (FIG. 6), the channels are correspondingly divided into individual channels 5 '. Fig. 8 shows the outflow side view of this nozzle, in which the essential features are also realized on the outflow side.

Die Ausführung der Düse nach Fig. 9 verdeutlicht eine mögliche und vorteilhafte Massnahme zur Wärmedämmung zwischen Pulveraustrittskanal und Brenngaskanälen 4. The embodiment of the nozzle according to FIG. 9 illustrates a possible and advantageous measure for thermal insulation between the powder outlet channel and the fuel gas channels 4.

Es kann nämlich in diesem Bereich ein ringförmiges Sackloch 13 mit einem Wärmedämm-Mittel 14, wie Keramik, Asbestzement oder dgl. vorgesehen werden. Anstelle eines ringförmigen Sackloches könnten natürlich auch in Ringanordnung mehrere Sacklöcher angeordnet werden (nicht dargestellt). This is because an annular blind hole 13 with a thermal insulation agent 14, such as ceramic, asbestos cement or the like, can be provided in this area. Instead of an annular blind hole, several blind holes could of course also be arranged in a ring arrangement (not shown).

Das Wärmedämm-Mittel kann auch durchströmbar porös ausgebildet und der Sacklochboden mit einem Kühlgas-zuströmkanal 15 verbunden sein, durch den Kühlgas mit gerade ausreichendem Druck zugeführt wird, um das Kühlgas nach Passage der Dämmschicht 14 aus dieser ausfliessen zu lassen, um seine Kühlwirkung im Flammbereich auf ein Minimum zu halten. Selbstverständlich muss diese Düse auch mit einem Einsatzstück 6 ausgestattet sein, genauso wie sich alle beschriebenen Einzelausbildungen der Düse untereinander kombinieren lassen und zwar alles unter der Voraussetzung, dass die wesentlichen Bedingungen, nämlich Gestaltung der abströmseitigen Fläche 1, Verwendung von in bezug auf das Pulver nichtnetzendem Material mindestens für den abströmseitigen Teil und Kanalanordnung derart, dass sich die ausströmenden Ströme vor der Fläche 1, also im Flammbereich, durchdringen, erfüllt sind. The thermal insulation means can also be made porous and the blind hole bottom can be connected to a cooling gas inflow duct 15, through which cooling gas is supplied with just sufficient pressure to allow the cooling gas to flow out of the insulating layer 14 after it has passed, in order to have its cooling effect in the flame area to keep to a minimum. Of course, this nozzle must also be equipped with an insert 6, just as all of the individual designs of the nozzle described can be combined with one another, and all provided that the essential conditions, namely design of the downstream surface 1, use non-wetting with respect to the powder Material at least for the downstream part and channel arrangement in such a way that the outflowing currents in front of surface 1, that is to say in the flame area, penetrate.

Diese Bedingungen sind auch bei einer besonderen Aus-führungsform der Düse nach Fig. 10 erfüllt, wobei der Düsenkörper mit einem mit Kühlgas beschickbaren, äusseren Kühlmantel 16 umgeben ist, dessen Kühlgasaustrittskanäle 17 in Strömungsrichtung achsparallel oder schwach konvergierend mit den inneren Strömen erfolgen, die vielmehr vom Kühlgasstrom nur ummantelt werden. These conditions are also met in a special embodiment of the nozzle according to FIG. 10, the nozzle body being surrounded by an outer cooling jacket 16 that can be supplied with cooling gas, the cooling gas outlet channels 17 of which take place axially parallel or slightly converging in the flow direction with the inner flows, which are rather are only encased by the cooling gas flow.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

637 310 PATENT CLAIMS

1.Burner nozzle for powder flame spraying devices for coating surfaces, in particular with ceramic powder, consisting of a nozzle body which can be inserted into a receptacle arranged at the head of the device and which has a central powder outlet channel and at least one fuel gas channel which concentrically surrounds the powder outlet channel Surface of the nozzle opens, and further consists of an insert in the mouth of the powder outlet channel, which is designed in such a way that a diverging powder jet flowing out and penetrating the fuel gas streams is formed, characterized in that the surface (1) concentrically surrounding the powder outlet channel (3) is convexly curved or frustoconical, that the nozzle body (2) consists at least in the mouth area of a non-wetting material with respect to the powder, that the insert (6) in the powder outlet channel consists of hard, wear-resistant material and can be inserted r is and that the radially outer surface of the insert (6) forms the radially inner surface of the ring-shaped powder outlet channel (3).

2. Burner nozzle according to claim 1, characterized in that the mouth-side end (8) of the insert (6) is provided with a flow-carrying approach (10).

3. Burner nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel gas channel in the form of an annular channel (5) or in the form of individual channels (5 ') is arranged to converge in the flow direction in the nozzle body.

4. Burner nozzle according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the mouth-side powder outlet and fuel gas channel openings (11, 12) concentrically to the powder outlet channel opening at least one annular blind hole (13) is arranged, which with a thermal insulation agent (14), such as ceramic or Asbestos cement is provided.

5. Burner nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the mouth-side end (8) of the insert (6) is provided with a diverging outflow, widening in the flow direction head piece (9).

6. Burner nozzle according to claim 4, characterized in that the heat insulating means (14) is designed to be flowable porous and the bottom of the blind hole is connected to a cooling gas inflow channel (15).

7. Burner nozzle according to claims 2 to 6, characterized in that the nozzle body (2) is surrounded by a cooling jacket which can be charged with cooling gas (16), the gas-guiding channels (17) through which cooling gas flows are arranged in the direction of flow, axially parallel or convergingly.

8. Burner nozzle according to one of claims 1 to 7, characterized in that the convexly curved surface (1) is formed in a stepped frustoconical manner.