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PATENTANSPRÜCHE
1. Explosionsbeschichtungsanlage, bestehend aus einer in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres ausgebildeten Explosionskammer (1), einer mit der letzteren verbundenen Dosiereinrichtung (2) zur Zugabe vorgegebener Mengen an pulverförmigem Beschichtungsgut und einer Mischeinrichtung (4), deren Einlaufkanäle (36, 37 und 46) mittels Ventile (9, 10 und 11) an Quellen (5, 6 und 7) gasförmiger Komponenten des Explosionsgemisches und eines Neutralgases angeschlossen sind, während der Auslaufkanal (48) durch ein Rückschlagventil (49) und eine Sicherungsvorrichtung (3) mit der Explosionskammer (1) zwecks Zuführungs des Gemisches der genannten Gase in diese verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (4) mit zwei Kammern ausgestattet ist,
wobei die erste Kammer (27) Einlaufkanäle (36 und 37) zur Zuführung der ersten Komponente des Explosionsgemisches und des Neutralgases aufweist, während die zweite Kammer (38) mit der ersten Kammer (27) durch Kanäle (47) zur Zuführung vom in der ersten Kammer (27) gebildeten Gasgemisch verbunden ist und einen Einlaufkanal (46) zur Zuführung der zweiten Komponente des Explosionsgemisches aufweist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (27) der Zweikammer-Mischeinrichtung (4) durch eine mit durchgehenden Kanälen (34) versehene Prallscheibe (32) in zwei Halbkammern (30 und 31) aufgeteilt ist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Kanäle (34) der Prallscheibe (32) mit tangentialer Neigung ausgeführt sind und ihre Einlauf öffnungen bezüglich den dieser Scheibe gegenüber liegenden Auslauföffnungen der Einlaufkanäle (36 und 37) der ersten Kammer (27) entlang eines Kreises versetzt sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (23) der Mischeinrichtung (4) auseinandernehmbar ausgeführt ist und sich aus folgenden drei Teilen zusammensetzt: der Mischkammer (25), welche zwei durch eine mit Gaszuführungskanälen (47) versehene Zwischenwand (41) getrennte Hohlräume (28 und 42) aufweist, einer an die Mischkammer (25) seitlich des Hohlraumes (28) zur Bildung der geschlossenen ersten Kammer (27) der Mischeinrichtung (4) anliegenden Verteilerplatte (24) und einem mit der Mischkammer (25) seitlich des Hohlraumes (39) zur Bildung der zweiten Kammer (38) auf Stoss verbundenen Deckel (26), wobei die durch die Verteilerplatte (24) hindurchgehenden Einlaufkanäle (36,
37 und 46) beider Kammern mit den auf der Verteilerplatte (24) montierten Ventilen (9, 10 und 11) verbunden sind, der Einlaufkanal (46) der zweiten Kammer (38) teilweise im mittleren Teil der Mischkammer (25) ausgeführt ist und der Auslaufkanal (48) im Deckel (26) ausgeführt und mit dem darauf montierten Rückschlagventil (49) verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Explosionsbeschichtungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und dient zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverförmigem Beschichtungsgut auf Werkstücke. Am erfolgreichsten kann die Explosionsbeschichtungsanlage zum Beschichten von Werkstücken angewendet werden, welche im Betrieb starken Korrosions-, Errosions- und Wärmeeinflüssen unterworfen werden.
Als Hauptanwendungsgebiete sind zu verzeichnen: Flugzeug-, Schiff-, Raketen- und Maschinenbau, Gasturbinentechnik, Textil- und Papierindustrie, Messgeräte- und chemische Apparatenbau usw.
Die Güte der Beschichtung wird vor allem durch die Gleichmässigkeit ihrer Eigenschaften insbesondere durch gleichmässige Haftfestigkeit von Teilchen des Beschichtungsgutes gegenüber dem Substrat bestimmt. Massgebend für diese Haftfestigkeit ist die Temperatur der Teilchen des Beschichtungsgutes und deren Geschwindigkeit vor dem Aufprall auf die zu beschichtende Oberfläche des Werkstükkes. Demzufolge erfolgt die Vervollkommnung der Beschichtungsausrüstung zwecks einer Erhöhung der Güte der aufzutragenden Schicht durch Gewährleistung der Stabilität beider oder zum mindesten eines der erwähnten Parameter.
Bekannt ist eine Explosivbeschichtungsanlage, bestehend aus einer Explosionskammer in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres. Mit der Explosionskammer steht eine Dosiereinrichtung zur Zugabe vorgegebener Mengen an pulverförmigem Beschichtungsgut in Verbindung. Ferner ist eine Mischeinrichtung zur Aufbereitung eines Gasgemisches und Zuführung desselben in die Explosionskammer vorhanden. Die Entzündung des Gasgemisches ruft eine Detonationswelle hervor, welche das pulverförmige Beschichtungsgut auf die Oberfläche des gegenüber dem offenen Ende der Explosionskammer befindlichen Werkstückes herausschleudert (s. US-PS 2 714 563).
Die Mischeinrichtung der genannten Anlage weist eine Mischkammer auf, in welche durch gleichzeitig öffnende Ventile zuerst Brennstoff und Oxydierungsmittel eingeführt wird. Nach Schliessen der Ventile wird ein neutrales Gas zugeführt, das beim Umströmen der genannten Ventile das aus Brennstoff und Oxydierungsmittel bestehende Gasgemisch in die Explosionskammer presst, um eine Explosion in der Mischkammer zu vermeiden und diese gegen Einwirkung von Verbrennungsprodukten der Explosion zu schützen.
Bei der erwähnten Anlage sind die Explosionsgemisch Ladungen nicht homogen zusammengesetzt, da Mittel zur Bewegungssteuerung der in die Mischkammer eintretenden Gasstrahlen fehlen und der Mischvorgang zur Aufbereitung des genannten Gasgemisches im Hohlraum der Kammer nur von kurzer Dauer ist.
Bekanntlich ist die Geschwindigkeit der Fortpflanzung der Detonationswelle vom Volumenverhältnis des Brennstoffes und des Oxydiermittels abhängig. Demzufolge führt eine ungleichmässige Verteilung von Gemischkomponenten in seinen Mikrovolumina zur Unstabilität von Parametern der Detonationswelle (Temperatur und Geschwindigkeit), zur ungleichmässigen Erwärmung des Beschichtungspulvers und zur ungleichmässigen Haftfestigkeit der Teilchen an der Oberfläche des Werkstückes.
Ausserdem bleibt bei der erwähnten Anlage die Gefahr einer Explosion während des Vermischens von Komponenten des Explosionsgemisches nicht ausgeschlossen, da diese Komponenten im gereinigten Zustand hohe Aktivität aufweisen. Dazu kommt der Nachteil, dass die Anwendung eines Gasschutzes in der Mischkammer gegen Rückschlageinwirkung (d.h. gegen die Wirkung der Detonationswelle, die sich nach der Entstehung in der Explosionskammer über Verbindungskanäle zurück in die Mischkammer gelangt) kaum ausreichend effektiv gestaltet werden kann.
Eine weitere Explosivbeschichtungsanlage ist aus der US-PS 3 884415 bekannt geworden.
Die Anlage besteht aus einer Explosionskammer in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres und aus einer mit dieser verbundenen Dosiereinrichtung zur Zugabe vorbestimmter Mengen an pulverförmigem Beschichtungsgut und aus einer Mischeinrichtung, deren Einlaufkanäle mittels Ventilen an Quellen von Komponenten des Explosionsgemisches und eines Neutralgases angeschlossen sind. Der Auslaufkanal ist mittels eines Rückschlagventils und einer Siche
rungsvorrichtung mit der Explosionskammer verbunden, wo die Explosion des Gasgemisches stattfindet.
Bei dieser Einrichtung ist die Gefahr der zerstörenden Einwirkung des Rückschlages auf die Mischeinrichtung durch Einbau einer Sicherungsvorrichtung mit einer porigen Zwischenwand und einem Flammenzerstreuungselement vermieden.
Die Mischeinrichtung mit inneren Zwischenwänden und Kanälen zur Zerstreuung von eintretenden Gasstrahlen ermöglicht eine im Vergleich zur vorher beschriebenen Anlage intensivere Vermischung der Gase. In der gegebenen Anlage wird ausserdem das neutrale Gas nicht nur als Schutz- sondern auch als Verdünnungsmittel für Brennstoffe und als Oxydierungsmittel angewendet, was die Wärmeeinwirkung von Verbrennungsprodukten der Explosion auf Teilchen des aufzutragenden Beschichtungsgutes vermindern und ermöglicht, dass nicht nur hochschmelzende Metalle sondern auch Metalle mit niedrigerem Schmelzpunkt (Nickel, Kadmium) Verwendung finden können. Brennstoff, Oxydierungsmittel und Neutralgas werden aber in einem Raum einer Kammer vermischt, was kein ausreichend homogenes Gemisch gewinnen lässt.
Infolgedessen werden die aufzutragenden Teilchen von den Verbrennungsprodukten der Explosion des so entstandenen Gasgemisches nicht gleichmässig erwärmt, was, wie bereits erwähnt wurde, eine Verschlechterung der Güte der Beschichtung zur Folge hat.
Die Erfindung bezweckt den vorstehend genannten Mangel zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Explosionsbeschichtungsanlage zu schaffen, bei welcher die Beschichtungsgüte durch konstruktive Gestaltung der Mischkammer erhöhen lässt. Ferner werden die Komponenten des Explosionsgemisches untereinander und mit dem Neutralgas in zwei Stufen vermischt so dass eine Gleichmässigkeit des Drei-Komponenten-Gemisches erzielt wird.
Diese Aufgabe wir mit Hilfe einer Explosionsbeschichtungsanlage gelöst, welche die im unabhängigen Anspruch aufgeführten Merkmale aufweist.
Die vorgeschlagene Zweikammer-Ausführung lässt in der jeweiligen Kammer ein Zweikomponentengemisch gewinnen. In der ersten Kammer wird das Neutralgas mit einer der Komponenten des Explosionsgemisches, z. B. mit einem Oxydierungsmittel, und in der zweiten Kammer das in der ersten Kammer gewonnene Gasgemisch mit der anderen Komponente des Explosionsgemisches, z. B. mit einem Brennstoff vermischt. Versuche ergaben, dass dadurch ein im Vergleich zur Einkammer-Ausführung homogens Dreikomponentengemisch gewonnen wird. Dementsprechend wird auch eine gleichmässigere Erwärmung von Teilchen des Beschichtungsgutes während der Explosion erreicht, wodurch die Beschichtungsgüte erhöht wird, die sich durch gleichmässige Haftfestigkeit der Teilchen des Beschichtungsgutes auf der zu beschichtenden Oberfläche kennzeichnet.
Die beschriebene konstruktive Gestaltung der Mischeinrichtung gewährleistet ausserdem im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen besseren Schutz gegen der Explosionsgefahr während des Vermischens von Brennstoff und Oxydierungsmittel, da es gegebenenfalls vorher mit dem Neutralgas verdünnt wird.
Die ersten Kammer der Zweikammer-Mischeinrichtung kann mit Hilfe einer mit durchgehenden Kanälen versehenen Prallscheibe in zwei Halbkammer aufgeteilt werden. Dabei ist es zweckmässig, dass die durchgehenden Kanäle der Prallscheibe mit tangentialer Neigung ausgeführt werden und dass ihre Einlauföffnungen bezüglich der Prallscheibe gegenüberliegenden Auslauföffnungen der Einlaufkanäle der ersten Kammer entlang eines Kreises versetzt werden. In dieser Weise wird die Turbulenz von eintretenden Gasstrahlen erzwungen, welche zum intensiveren Durchmischen führt.
Das Gehäuse der Zweikammer-Mischeinrichtung kann insbesondere auseinandernehmbar ausgestattet sein und aus drei Teilen bestehen wie dies im abhängigen Anspruch 4 definiert ist.
Das Gehäuse der beschriebenen baulichen Gestaltung ist kompakt, braucht im Vergleich zu bekannten Anlagen weniger Metall bei der Herstellung und gewährleistet minimalen Weg bei der Gaszuführung.
Im weiteren wird die Erfindung an Hand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht der erfindungsgemässen Explosionsbeschichtungsanlage wobei die Explosionskammer und die Sicherungsvorrichtung im Schnitt dargestellt sind;
Fig. 2 die Mischeinrichtung der erfindungsgemässen, in Fig. 1 dargestellten Anlage im Schnitt;
Fig. 3 einen Schnitt gemäss der Linie III-III der Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 eine Ansicht in Pfeilrichtung A in Fig. 2;
Fig. 6 einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI der Fig. 5 (umgedreht).
Die erfindungsgemässe Explosionsbeschichtungsanlage weist eine Explosionskammer 1 (Fig. 1) auf, die in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres ausgebildet ist.
Länge und Durchmesser der Kammer 1 sind so gewählt, dass darin Bedingungen zur Entstehung und Fortpflanzung einer solchen Detonationswelle geschaffen werden, welche den aufzutragenden Teilchen des Beschichtungsgutes optimale Energie zukommen lässt.
Pulverförmiges Beschichtungsgut wird in vorbestimmten Mengen in die Explosionskammer 1 eingeführt. Zu diesem Zwecke ist hinter dem geschlossenen Ende der Kammer 1 eine Dosiereinrichtung 2 vorgesehen. Ferner steht die Kammer 1 mit einer Sicherungsvorrichtung 3 in Verbindung die an eine der Aufbereitung des Explosionsgemisches dienenden Mischeinrichtung 4 angeschlossen ist. Quellen 5 und 6 gasförmiger Komponenten des Explosionsgemisches sowie Quellen 7 und 8 eines neutralen Gases sind über elektromagnetisch gesteuerte Ventile 9, 10, 11 und 12 mit der Mischeinrichtung 4 auf die nachfolgend ausführlich erläuterte Art und Weise verbunden.
Die Sicherungsvorrichtung 3 weist ein auseinandernehmbares Gehäuse 13 auf, in welchem zuerst ein Gitter 14 angeordnet ist. Dieses Gitter 14 dient zur Flammenzerstreuung falls Flamme über ein Schlangenrohr 15 in den Hohlraum des Gehäuses 13 durch Rückschlag gelangt. Ferner ist eine aus porigem hitzbeständigem Material, beispielsweise aus Metallkeramik ausgeführte Zwischenwand 16 vorgesehen.
Vor der Zwischenwand 16 befindet sich der Einlaufhohlraum 17 der Sicherungsvorrichtung 3 welcher mit der Mischeinrichtung 4 verbunden ist.
Ausser den erwähnten Baueinheiten enthält die Anlage einen Impulsgenerator 18, welcher zur Abgabe von Hochspannungsimpulsen an eine Zündkerze 19 bestimmt ist, die sich innerhalb der Explosionskammer 1 befindet und zur Entzündung des in die letztere zuzuführenden Gasgemisches dient. Zur Steuerung der elektromagnetischen Ventile 9 bis 12 der Mischeinrichtung 4 sowie eines Ventils 21, welches die Zuführung des Neutralgases von der Quelle 22 in die Dosiereinrichtung 2 beherrscht, ist eine Steuereinheit 20 vorhanden.
Die Mischeinrichtung 4 der Explosivbeschichtungsanlage weist gemäss der Erfindung zwei Kammern in einem auseinandernehmbaren Gehäuse 23 (Fig. 2) auf. Dieses setzt sich aus miteinander verbundenen Teilen zusammen, die eine Verteilerplatte 24, eine Mischkammer 25 und ein Deckel 26 umfassen.
Der Hohlraum der ersten, in der Richtung der Gaszuführung angeordneten Kammer 27 der Mischeinrichtung 4 ist durch die Wandung eines ringförmigen Hohlraumes 28 der Mischkammer 25 und durch die daran anliegende Fläche D der Verteilerplatte 24 begrenzt, die durch einen Zentrierungsansatz 29 von Mischkammer 25 gegen Radialverschiebung fixiert ist.
Gemäss der bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist die Kammer 27 mit Hilfe einer Prallscheibe 32 in zwei Halbkammern 30 bzw. 31 aufgeteilt, welche ein intensives Vermischen der durch die Kammer 27 zugeführten Gase infolge mehrmaliges Abprallen der Gasstrahlen ermöglicht. Die Prallscheibe 32 ist auf einen Zylindermantel 33 des Ansatzes 29 aufgesetzt.
Die Halbkammern 30 und 31 sind miteinander mittels durchgehenden, in der Prallscheibe 32 ausgeführten Kanälen 34 (Fig. 3) verbunden. Damit beim Vermischen der Gase in der Halbkammer 31 eine stark turbulente Strömung entsteht, sind die Kanäle 34 mit tangentialer Neigung ausgeführt, wie dies aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht. Dabei werden die Einlauföffnungen der Kanäle (in der Ebene E) bezüglich der Auslauföffnungen (in der Ebene D) von den in der Verteilerplatte 24 ausgeführten Einlaufkanälen 36 und 37 (Fig. 2, 3) entlang eines Kreises versetzt.
Der Hohlraum der zweiten Kammer 38 (Fig. 2) der Mischeinrichtung 4 ist durch die Wandung des ringförmigen Hohlraumes eines Zentrieransatzes 40 des Deckels 26 und durch die Wandung einer den Ansatz 40 umschliessenden und den Hohlraum 42 der Mischkammer 25 von der ersten Kammer 27 trennenden Zwischenwand 41 begrenzt.
In der Mitte der Mischkammer 25 ist eine Düse 43 vorhanden, von deren kegelförmige Spitze aus mehrere ringförmig verteilte Düsenbohrungen 44 abgehen. Diese Düsenbohrungen 44 bilden samt der Düse 43 der Mischkammer 25 und der gleichachsig mit dieser angeordneten Düse 45 der Verteilerplatte 24 einen Einlaufkanal 46 durch welchen einer der Komponente des Explosionsgemisches in die Kammer 38 eingeführt wird.
Die Einlaufkanäle 36, 37 und 46 der Mischeinrichtung 4 sind mit den Auslauföffnungen der auf der Verteilerplatte 24 montierten elektromagnetischen Ventile 9, 10 und 11 verbunden.
Die Kammern 27 und 38 der Mischeinrichtung 4 sind miteinander mittels in der Zwischenwand 41 ausgeführten durchgehenden Kanälen 47 zur Zuführung des in der Kammer 27 entstandenen und aus einer der Komponenten des Explosionsgemisches und dem Neutralgas bestehenden Gasgemisches in die Kammer 38 verbunden.
Der Auslaufkanal 48 der Mischeinrichtung 4 stellt eine im Deckel 26 ausgeführte und mit dem darauf montierten Rückschlagventil 49 verbundene Düse dar. Der Einlauf dieser Düse 48 ist von einer Nabe 50 der Mischkammer 25 gesperrt, welche mit einem Zwischenspalt einen zylinderförmigen Ansatz 51 des Deckels 26 umschliesst, wodurch zusätzliche Bedingungen zur Kreuzung und zum Abprallen der Gasstrahlen geschaffen werden, was zum intensiven Durchmischen der Gase führt.
Ausser den bereits erwähnten elektromagnetischen Ventilen 9, 10 und 11, von denen das Ventil 9 an die Quelle 5 (Fig. 1) eines Oxydierungsmittels, z.B. Sauerstoffes, das Ventil 10 an die Quelle 7 des Neutralgases und das Ventil 11 an die Quelle 6 eines Brennstoffes, z. B. Azetylen, angeschlossen sind, wird auf der Verteilerplatte 24 (Fig. 2, 5, 6) ein an die Quelle 8 (Fig. 1) des Neutralgases angeschlossene elektromagnetisches Ventil 12 montiert. Über einen Kanal 52 (Fig. 6) ist das genannte Ventil 12 mit dem Hohlraum 17 (Fig. 1) der Sicherungsvorrichtung 3 verbunden.
Das von der Quelle 8, dem Kanal 52 und dem Ventil 12 gebildete System dient zur Füllung des Hohlraumes der Sicherungsvorrichtung 3 mit dem Neutralgas nach der Zuführung des Gasgemisches in die Explosionskammer 1 sowie zum Durchblasen der Sicherungsvorrichtung 3 und der Explosionskammer 1 nachdem das Beschichtungsgut herausgeschleudert wurde.
Die Anlage funktioniert wie folgt.
Durch Befehl der Steuereinheit 20 (Fig. 1) werden die elektromagnetischen Ventile 9, 10 und 11 geöffnet.
Aus der Quelle 5 gelangt durch das Ventil 9 und den Ein laufkanal 36 (Fig. 2) Sauerstoff und aus der Quelle 7 durch das Ventil 10 und den Einlaufkanal 37 Neutralgas, z.B.
Stickstoff, in die Kammer 27 der Mischeinrichtung 4. Die beiden Gasstrahlen prallen gegen die Oberfläche der Prallscheibe 32. Sie werden dabei mehrmals von der Oberfläche der Prallscheibe 32 und der Fläche D der Verteilerplatte 24 reflektiert, so dass in der Halbkammer 30 ein intensives Durchmischen der zugeführten Gase stattfindet. Durch die mit tangentialer Neigung ausgeführten Kanäle 34 (Fig. 3, 4) der Prallscheibe 32 treten die Strahlen des dabei entstandenen Gasgemisches in die Halbkammer 31 ein, wo diese durch die Verwirbelung in den Kanälen 34 noch intensiver vermischt werden.
Aus der Quelle 6 (Fig.1) wird durch das Ventil 11 und den Einlaufkanal 46 (Fig. 2) dem Hohlraum der Kammer 38 der Mischeinrichtung 4 von den Düsen 44 in kleine Strahlen zerstreutes Azetylen zugeführt. In der Kammer 38 findet sein intensives Vermischen mit dem aus den Düsen 47 einströmenden Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch statt. Bei einer solchen zweistufigen Gewinnung des Gasgemisches wird die Explosionsgefahr in der Mischzone ausgeschlossen, da mit dem Azetylen nicht der hohe Aktivität aufweisende reine Sauerstoff sondern das nicht so aktive Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff vermischt wird. Das dabei gewonnene Gasgemisch wird eine mehr homogene Struktur als ein Gemisch aus einer Einkammer-Mischeinrichtung aufweisen.
Durch den von der Nabe 50 und dem Ansatz 51 gebildeten ringförmigen Hohlraum und dann durch den Auslaufkanal 48 und das Ventil 49 gelangt das Gemisch in den Einlaufhohlraum 17 (Fig. 1) der Sicherungsvorrichtung, füllt das Schlangenrohr 15 durch die Poren der Zwischenwand 16 und Spalten des Gitters 14, wobei die Reste des Explosionsgemisches in die Explosionskammer 1 herausgedrückt werden. Danach werden sämtliche Ventile geschlossen, der Impulsgenerator 18 gibt ein Signal an die Zündkerze 19, worauf das Explosionsgemisch in der Kammer 1 entzündet wird.
Die dabei entstandene Detonationswelle schleudert Pulverteilchen des Beschichtungsgutes aus der Explosionskammer
1 auf das vor ihrem offenen Ende angeordnete Werkstück C heraus. Danach gibt die Streueinheit 20 Befehl zum Öffnen des Ventils 12, um die Sicherungsvorrichtung 3 und die Explosionskammer 1 mittels Neutralgas durchzublasen. Der Stickstoff strömt aus der Quelle 8 durch den Kanal 52 (Fig. 6) in den Hohlraum 17 der Sicherungsvorrichtung 3 und weiter durch die Zwischenwand 16 (Fig. 1), durch das Gitter 14 und das Schlangenrohr 15 in die Explosionskammer 1 und bläst aus der letzteren sämtliche Reste von Verbrennungsprodukten der Explosion heraus.
Danach wiederholt sich der beschriebene Zyklus.
Der konstruktive Aufbau der Mischeinrichtung der vorgeschlagenen Explosivbeschichtungsanlage lässt im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen homogenes Gasgemisch gewinnen. Dies ermöglicht, die Entstehung und Fortpflanzung der Detonationswelle zu stabilisieren und demzu folge Pulverteilchen des Beschichtungsgutes gleichmässiger zu erwärmen, was hochwertige Beschichtungsoberflächen mit konstanten Eigenschaften zur Folge hat.
Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das zahlreichen Änderungen und Modifikationen, die für den Fachmann einleuchtend sind, unterworfen werden kann, ohne dabei von der in den Patentansprüchen dargelegten Erfindung abzuweichen.
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PATENT CLAIMS
1. Explosion coating system, consisting of an explosion chamber (1) in the form of a tube closed at one end, a metering device (2) connected to the latter for adding predetermined quantities of powdered coating material and a mixing device (4), the inlet channels (36, 37 and 46) are connected by means of valves (9, 10 and 11) to sources (5, 6 and 7) of gaseous components of the explosion mixture and a neutral gas, while the outlet channel (48) is connected by a check valve (49) and a safety device (3) the explosion chamber (1) for the purpose of supplying the mixture of the said gases into it, characterized in that the mixing device (4) is equipped with two chambers,
wherein the first chamber (27) has inlet channels (36 and 37) for supplying the first component of the explosion mixture and the neutral gas, while the second chamber (38) with the first chamber (27) through channels (47) for supplying the first Chamber (27) formed gas mixture is connected and has an inlet channel (46) for supplying the second component of the explosion mixture.
2. Installation according to claim 1, characterized in that the first chamber (27) of the two-chamber mixing device (4) is divided into two half-chambers (30 and 31) by a baffle plate (32) provided with continuous channels (34).
3. Plant according to claim 2, characterized in that the continuous channels (34) of the baffle plate (32) are designed with a tangential inclination and their inlet openings with respect to the outlet openings of the inlet channels (36 and 37) of the first chamber (27 ) are offset along a circle.
System according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing (23) of the mixing device (4) is designed to be removable and is composed of the following three parts: the mixing chamber (25), two of which are provided with a gas supply channel (47) Partition (41) has separate cavities (28 and 42), one on the mixing chamber (25) to the side of the cavity (28) to form the closed first chamber (27) of the mixing device (4) and a distributor plate (24) with the mixing chamber (25) to the side of the cavity (39) to form the second chamber (38) butt-connected cover (26), the inlet channels (36,) passing through the distributor plate (24)
37 and 46) of both chambers are connected to the valves (9, 10 and 11) mounted on the distributor plate (24), the inlet channel (46) of the second chamber (38) is partially in the middle part of the mixing chamber (25) and the Outlet channel (48) in the cover (26) and connected to the check valve (49) mounted thereon.
The invention relates to an explosion coating system according to the preamble of claim 1 and is used to apply a firmly adhering layer of powdered coating material to workpieces. The explosion coating system can be most successfully used for coating workpieces that are subjected to severe corrosion, erosion and heat influences during operation.
The main areas of application are: aircraft, ship, rocket and mechanical engineering, gas turbine technology, textile and paper industry, measuring instrument and chemical apparatus engineering, etc.
The quality of the coating is determined primarily by the uniformity of its properties, in particular by the uniform adhesive strength of particles of the coating material against the substrate. The decisive factor for this adhesive strength is the temperature of the particles of the coating material and their speed before impact on the surface of the workpiece to be coated. Accordingly, the coating equipment is perfected in order to increase the quality of the layer to be applied by ensuring the stability of both or at least one of the parameters mentioned.
An explosive coating system is known, consisting of an explosion chamber in the form of a tube closed at one end. A metering device for adding predetermined amounts of powdered coating material is connected to the explosion chamber. There is also a mixing device for processing a gas mixture and feeding it into the explosion chamber. The ignition of the gas mixture causes a detonation wave, which throws the powdered coating material onto the surface of the workpiece located opposite the open end of the explosion chamber (see US Pat. No. 2,714,563).
The mixing device of the above-mentioned system has a mixing chamber into which fuel and oxidizing agent are first introduced by simultaneously opening valves. After the valves have been closed, a neutral gas is supplied which, when flowing around the valves mentioned, presses the gas mixture consisting of fuel and oxidizing agent into the explosion chamber in order to avoid an explosion in the mixing chamber and to protect it against the effects of combustion products of the explosion.
In the system mentioned, the explosive mixture charges are not composed homogeneously, since means for controlling the movement of the gas jets entering the mixing chamber are missing and the mixing process for processing the gas mixture mentioned in the cavity of the chamber is only of short duration.
As is known, the speed of propagation of the detonation wave depends on the volume ratio of the fuel and the oxidizing agent. As a result, an uneven distribution of mixture components in its microvolumes leads to unstability of parameters of the detonation wave (temperature and speed), to uneven heating of the coating powder and to uneven adhesion of the particles to the surface of the workpiece.
In addition, the risk of an explosion during the mixing of components of the explosion mixture is not excluded in the system mentioned, since these components have high activity in the cleaned state. In addition, there is the disadvantage that the use of gas protection in the mixing chamber against the effects of kickback (i.e. against the action of the detonation wave that comes back into the mixing chamber via connecting channels after it has arisen in the explosion chamber) can hardly be designed sufficiently effectively.
Another explosive coating system has become known from US Pat. No. 3,884,415.
The system consists of an explosion chamber in the form of a tube closed at one end and a metering device connected to it for adding predetermined amounts of powdered coating material and a mixing device, the inlet channels of which are connected to sources of components of the explosion mixture and a neutral gas by means of valves. The outlet channel is by means of a check valve and a siche
tion device connected to the explosion chamber where the explosion of the gas mixture takes place.
With this device, the risk of the backstroke having a destructive effect on the mixing device is avoided by installing a safety device with a porous intermediate wall and a flame scattering element.
The mixing device with internal partitions and channels for dispersing incoming gas jets enables more intensive mixing of the gases compared to the system described above. In the given system, the neutral gas is also used not only as a protective agent but also as a diluent for fuels and as an oxidizing agent, which reduces the heat effect of combustion products from the explosion on particles of the coating material to be applied and enables not only refractory metals but also metals lower melting point (nickel, cadmium) can be used. However, fuel, oxidizing agent and neutral gas are mixed in one room of a chamber, which does not allow a sufficiently homogeneous mixture to be obtained.
As a result, the particles to be applied are not heated uniformly by the combustion products of the explosion of the gas mixture thus formed, which, as already mentioned, results in a deterioration in the quality of the coating.
The invention aims to remedy the above-mentioned defect.
The invention has for its object to provide an explosion coating system in which the coating quality can be increased by constructive design of the mixing chamber. Furthermore, the components of the explosion mixture are mixed with one another and with the neutral gas in two stages, so that the three-component mixture is uniform.
This problem is solved with the help of an explosion coating system which has the features listed in the independent claim.
The proposed two-chamber design allows a two-component mixture to be obtained in the respective chamber. In the first chamber, the neutral gas is mixed with one of the components of the explosion mixture, e.g. B. with an oxidizing agent, and in the second chamber, the gas mixture obtained in the first chamber with the other component of the explosion mixture, for. B. mixed with a fuel. Tests have shown that this produces a homogeneous three-component mixture compared to the single-chamber version. Accordingly, a more uniform heating of particles of the coating material during the explosion is achieved, as a result of which the coating quality is increased, which is characterized by uniform adhesive strength of the particles of the coating material on the surface to be coated.
The described design of the mixing device also guarantees better protection against the risk of explosion during the mixing of fuel and oxidizing agent compared to conventional systems, since it may be diluted beforehand with the neutral gas.
The first chamber of the two-chamber mixing device can be divided into two half-chambers with the aid of a baffle plate provided with continuous channels. It is expedient that the continuous channels of the baffle plate are designed with a tangential inclination and that their inlet openings are offset along a circle with respect to the outlet openings of the inlet channels of the first chamber opposite the baffle plate. In this way, the turbulence is forced by incoming gas jets, which leads to more intensive mixing.
The housing of the two-chamber mixing device can, in particular, be designed such that it can be taken apart and consist of three parts as defined in dependent claim 4.
The housing of the structural design described is compact, requires less metal in production than known systems and ensures a minimal path for the gas supply.
The invention is explained in more detail below on the basis of a specific exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
1 shows a schematic overall view of the explosion coating system according to the invention, the explosion chamber and the safety device being shown in section;
FIG. 2 shows the mixing device of the system according to the invention shown in FIG. 1 in section;
Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2;
Fig. 4 is a section along the line IV-IV of Fig. 3;
Fig. 5 is a view in the direction of arrow A in Fig. 2;
Fig. 6 shows a section along the line VI-VI of Fig. 5 (inverted).
The explosion coating system according to the invention has an explosion chamber 1 (FIG. 1) which is designed in the form of a tube closed at one end.
The length and diameter of the chamber 1 are selected so that conditions are created for the generation and propagation of such a detonation wave which gives the particles of the coating material to be applied optimum energy.
Powdered coating material is introduced into the explosion chamber 1 in predetermined amounts. For this purpose, a metering device 2 is provided behind the closed end of the chamber 1. Furthermore, the chamber 1 is connected to a safety device 3 which is connected to a mixing device 4 which is used to process the explosion mixture. Sources 5 and 6 of gaseous components of the explosion mixture and sources 7 and 8 of a neutral gas are connected to the mixing device 4 via electromagnetically controlled valves 9, 10, 11 and 12 in the manner explained in detail below.
The securing device 3 has a detachable housing 13, in which a grille 14 is first arranged. This grid 14 is used for flame scattering if the flame reaches the cavity of the housing 13 through a snake tube 15 by kickback. Furthermore, an intermediate wall 16 made of porous, heat-resistant material, for example made of metal ceramic, is provided.
In front of the intermediate wall 16 is the inlet cavity 17 of the safety device 3 which is connected to the mixing device 4.
In addition to the above-mentioned structural units, the system contains a pulse generator 18 which is intended to deliver high-voltage pulses to a spark plug 19 which is located in the explosion chamber 1 and serves to ignite the gas mixture to be fed into the latter. A control unit 20 is provided for controlling the electromagnetic valves 9 to 12 of the mixing device 4 and a valve 21 which controls the supply of the neutral gas from the source 22 into the metering device 2.
According to the invention, the mixing device 4 of the explosive coating system has two chambers in a housing 23 which can be taken apart (FIG. 2). This is composed of interconnected parts, which comprise a distributor plate 24, a mixing chamber 25 and a cover 26.
The cavity of the first chamber 27 of the mixing device 4, which is arranged in the direction of the gas supply, is delimited by the wall of an annular cavity 28 of the mixing chamber 25 and by the surface D of the distributor plate 24 lying against it, which is fixed against radial displacement by a centering projection 29 of the mixing chamber 25 is.
According to the preferred embodiment shown in the drawing, the chamber 27 is divided into two half-chambers 30 and 31 with the aid of a baffle plate 32, which enables intensive mixing of the gases supplied through the chamber 27 as a result of repeated bouncing of the gas jets. The baffle plate 32 is placed on a cylinder jacket 33 of the extension 29.
The half-chambers 30 and 31 are connected to one another by means of continuous channels 34 (FIG. 3) made in the baffle plate 32. In order for a highly turbulent flow to occur when the gases are mixed in the half-chamber 31, the channels 34 are designed with a tangential inclination, as can be seen from FIGS. The inlet openings of the channels (in plane E) are offset along a circle with respect to the outlet openings (in plane D) by the inlet channels 36 and 37 (FIGS. 2, 3) in the distributor plate 24.
The cavity of the second chamber 38 (FIG. 2) of the mixing device 4 is through the wall of the annular cavity of a centering projection 40 of the cover 26 and through the wall of an intermediate wall enclosing the projection 40 and separating the cavity 42 of the mixing chamber 25 from the first chamber 27 41 limited.
In the middle of the mixing chamber 25 there is a nozzle 43, from the conical tip of which a plurality of annularly distributed nozzle bores 44 extend. These nozzle bores 44 together with the nozzle 43 of the mixing chamber 25 and the nozzle 45 of the distributor plate 24 arranged coaxially therewith form an inlet channel 46 through which one of the components of the explosion mixture is introduced into the chamber 38.
The inlet channels 36, 37 and 46 of the mixing device 4 are connected to the outlet openings of the electromagnetic valves 9, 10 and 11 mounted on the distributor plate 24.
The chambers 27 and 38 of the mixing device 4 are connected to one another by means of continuous channels 47 in the intermediate wall 41 for supplying the gas mixture that has formed in the chamber 27 and consists of one of the components of the explosion mixture and the neutral gas into the chamber 38.
The outlet channel 48 of the mixing device 4 represents a nozzle embodied in the cover 26 and connected to the check valve 49 mounted thereon. The inlet of this nozzle 48 is blocked by a hub 50 of the mixing chamber 25, which encloses a cylindrical extension 51 of the cover 26 with an intermediate gap , which creates additional conditions for the crossing and rebounding of the gas jets, which leads to intensive mixing of the gases.
In addition to the already mentioned electromagnetic valves 9, 10 and 11, of which the valve 9 connects to the source 5 (Fig. 1) of an oxidizing agent, e.g. Oxygen, the valve 10 to the source 7 of the neutral gas and the valve 11 to the source 6 of a fuel, e.g. As acetylene, are connected, an electromagnetic valve 12 connected to the source 8 (FIG. 1) of the neutral gas is mounted on the distributor plate 24 (FIGS. 2, 5, 6). The aforementioned valve 12 is connected to the cavity 17 (FIG. 1) of the safety device 3 via a channel 52 (FIG. 6).
The system formed by the source 8, the channel 52 and the valve 12 serves to fill the cavity of the safety device 3 with the neutral gas after the gas mixture has been fed into the explosion chamber 1 and to blow the safety device 3 and the explosion chamber 1 after the coating material has been thrown out .
The system works as follows.
The electromagnetic valves 9, 10 and 11 are opened by command of the control unit 20 (FIG. 1).
Oxygen comes from source 5 through valve 9 and inlet channel 36 (FIG. 2) and from source 7 through valve 10 and inlet channel 37 neutral gas, e.g.
Nitrogen, into the chamber 27 of the mixing device 4. The two gas jets strike the surface of the baffle plate 32. They are reflected several times by the surface of the baffle plate 32 and the surface D of the distributor plate 24, so that the half-chamber 30 is mixed intensively supplied gases takes place. Through the channels 34 (FIGS. 3, 4) of the baffle plate 32 designed with a tangential inclination, the jets of the gas mixture formed thereby enter the half-chamber 31, where they are mixed even more intensely by the swirling in the channels 34.
From source 6 (FIG. 1), through the valve 11 and the inlet channel 46 (FIG. 2), the cavity of the chamber 38 of the mixing device 4 is supplied by the nozzles 44 with scattered acetylene. It is intensively mixed in the chamber 38 with the nitrogen-oxygen mixture flowing in from the nozzles 47. With such a two-stage extraction of the gas mixture, the risk of explosion in the mixing zone is excluded, since with the acetylene it is not the pure oxygen which has high activity that is mixed, but the less active mixture of oxygen and nitrogen. The gas mixture obtained in this way will have a more homogeneous structure than a mixture from a single-chamber mixing device.
Through the annular cavity formed by the hub 50 and the projection 51 and then through the outlet channel 48 and the valve 49, the mixture enters the inlet cavity 17 (FIG. 1) of the safety device, the serpentine tube 15 fills through the pores of the intermediate wall 16 and gaps of the grid 14, the remnants of the explosion mixture being pushed out into the explosion chamber 1. Then all the valves are closed, the pulse generator 18 sends a signal to the spark plug 19, whereupon the explosion mixture in the chamber 1 is ignited.
The resulting detonation wave throws powder particles of the coating material out of the explosion chamber
1 onto the workpiece C arranged in front of its open end. Thereafter, the scattering unit 20 gives the command to open the valve 12 in order to blow the safety device 3 and the explosion chamber 1 by means of neutral gas. The nitrogen flows from the source 8 through the channel 52 (FIG. 6) into the cavity 17 of the safety device 3 and further through the intermediate wall 16 (FIG. 1), through the grating 14 and the serpentine pipe 15 into the explosion chamber 1 and blows out the latter all remains of combustion products from the explosion.
The cycle described is then repeated.
The structural design of the mixing device of the proposed explosive coating system allows a homogeneous gas mixture to be obtained in comparison to the conventional systems. This makes it possible to stabilize the generation and propagation of the detonation wave and consequently to heat powder particles of the coating material more uniformly, which results in high-quality coating surfaces with constant properties.
An exemplary embodiment of the invention has been described above, which can be subjected to numerous changes and modifications which are obvious to the person skilled in the art without departing from the invention as set forth in the patent claims.