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PATENTANSPRÜCHE
1. Explosionsplattieranlage, in welcher eine Explosionskammer (1) mit einer eine Dosiereinrichtung (12) aufweisenden Vorrichtung (3) zum Zuführen eines pulverförmigen Beschichtungsgutes und mit einer Einrichtung (2) zum Zuführen eines Gasgemisches verbunden ist, welche Einrichtung (2) eine durch Ventile (5, 6 und 7) an Gasquellen (8, 9 und 10) angeschlossene Mischeinrichtung (4) und eine Steuereinheit (15) aufweist, die ihrerseits mit der Dosiereinrichtung (12), den Ventilen (5, 6 und 7), der Mischeinrichtung (4) und mit einem in der Explosionskammer (1) angeordneten Gerät (14) zur Auslösung der Explosion elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstromkreis (19) der Dosiereinrichtung (12) ein Zeitverzögerungsglied (20) sowie eine mit diesem verbundene Stellvorrichtung (21) zur Änderung der Verzögerungszeit aufweist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (21) ein Potentiometer (23) sowie einen mit diesem verbundenen Antrieb zur Änderung des Wirkwiderstandes dieses Potentiometers aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb zur Anderung des Wirkwiderstandes des Potentiometers (23) ein Elektromotor (24) vorhanden ist, dessen Welle über eine Kupplung (25) mit der Welle des Potentiometers (23) in Verbindung steht.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitverzögerungsglied (20) zwei Multivibratoren (26 und 28) aufweist, welche über einen Differenzierkreis (27) in Reihe geschaltet sind, wobei in den Zeitvorgabekreis des ersten Multivibrators (26) das Potentiometer (23) der Stellvorrichtung (21) angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Explosionsplattieranlage, welche in der Metallurgie, chemischen Industrie, im Flugzeug- und Schiffbau, in der Weltraumtechnik sowie in verschiedenen Zweigen des Maschinenbaus verwendet werden kann z. B. beim Herstellen von stark beanspruchten und einem mechanischen, Korrosions-, Erosions- oder Wärmeverschleiss ausgesetzten Erzeugnissen.
Seit der Entwicklung des Explosionsplattierverfahrens hat sich die Grundschaltung einer nach diesem Verfahren arbeitenden Beschichtungsanlage praktisch nicht geändert.
Eine derartige Anlage enthält gewöhnlich eine Explosionskammer, die in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres ausgeführt ist, sowie Mittel zum Zuführen eines Gasgemisches und weitere Mittel zum Zuführen eines pulverförmigen Beschichtungsgutes, welche mit der Explosionskammer verbunden sind. Innerhalb des Rohres ist eine Zündkerze zum Auslösen einer Explosion untergebracht. Automatische Anlagen weisen auch eine Steuerung auf, deren Steuereinheit einen Sollwertgeber darstellt und durch Steuerstromkreise mit der Zündkerze sowie mit einem Ventil einer Dosiereinrichtung zum Zuführen des Pulvers und Ventilen einer Mischeinrichtung zum Zuführen des Gasgemisches elektrisch verbunden ist.
Die Verbesserungen der einzelnen Baugruppen der Anlage bezweckten hauptsächlich eine Erhöhung der Beschichtungsqualität und bestanden in den Massnahmen, durch welche ein oder mehrere diese Qualität bestimmenden Parameter des technologischen Vorganges stabilisiert werden.
Es ist beispielsweise eine Anlage mit einer derartigen Ausführung der Dosiereinrichtung bekannt, bei welcher die in die Explosionskammer eingeblasene Pulvermenge stabilisiert werden kann (s. US-PS 3884415).
In einer anderen bekannten Anlage weist die Mischeinrichtung eine derartige bauliche Gestaltung auf, welche eine konstante Zusammensetzung und Homogenität des der Explosionskammer zugeführten Gasgemisches gewährleistet (s.
US-PS 3773259). Diese Anlage enthält alle obengenannten Baugruppen, deren Arbeitsfolge durch die von der Steuereinheit erzeugten und über Steuerstromkreise zugeleiteten Signale gewährleistet wird.
In dieser Anlage sowie in allen bekannten Anlagen werden die erste sowie alle nachfolgenden Schichten unter den gleichen Betriebsbedingungen aufgebracht. Dabei wird nicht berücksichtigt, dass die physikalisch-chemischen Eigenschaften einer Unterlage, auf welcher die Pulverteilchen bei den ersten Schüssen der Anlage haften sollen unterschiedlich sind von den Eigenschaften einer beschichteten Unterlage, auf welcher die Pulverteilchen bei allen nachfolgenden Schüssen haften bleiben sollten. Zur Herstellung einer hochwertigen Beschichtung mit gleichmässiger Haftfestigkeit ist es erforderlich, die Geschwindigkeit und Temperatur der Teilchen, welche von den verfahrenstechnischen Parametern des Spritzvorganges und insbesondere von der Zusammensetzung des Gasgemisches und Lage des pulverförmigen Beschichtungsgutes im Rohr abhängen, entsprechend zu ändern.
Bei der erwähnten baulichen Gestaltung der Anlage ist es unmöglich, diese Parameter während des Betriebs automatisch zu ändern, sodass die Qualität der Beschichtung sowie die Effektivität des Spritzvorganges beeinträchtigt werden, weil energetische Eigenschaften der Pulverteilchen im Laufe eines Schusses keine genügend dicke Beschichtung ge währleisten.
Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Explosionsplattieranlage zu schaffen, in welcher die Steuerung derart ausgeführt ist, dass beim Betrieb der Anlage die Lage des pulverförmigen Beschichtungsgutes innerhalb des Rohres zum Zeitpunkt der Initiierung der Explosion automatisch geändert werden kann, wodurch Qualität der Beschichtung und Effektivität des Spritzvorganges erhöht werden.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Explosionsplattieranlage gelöst, welche die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aufweist.
Zwischen dem Einblasen des pulverförmigen Beschichtungsgutes und Initiieren der Detonation erfolgt unter Wirkung des in die Explosionskammer einströmenden Gasgemisches eine Verschiebung des pulverförmigen Beschichtungsgutes zum offenen Ende der Explosionskammer. Durch das in den Steuerstromkreis der Dosiereinrichtung eingeschaltete Zeitverzögerungsglied und die mit diesem verbundene Stellvorrichtung kann das Zeitintervall geändert werden, in welchem die Verschiebung des Pulvers erfolgt, und die Verzögerungszeit des Impulses zur Steuerung des Ventils der Dosiereinrichtung geändert wird. Die Berührungsdauer der Pulverteilchen mit den eine hohe Temperatur besitzenden Explosionsprodukten hängt von der Lage des Pulvers in der Explosionskammer während der Explosion ab.
Diese Dauer bestimmt seinerseits die Erwärmungstemperatur der Pulverteilchen sowie deren Endgeschwindigkeit in der Nähe der zu bearbeitenden Oberfläche. Gerade diese Parameter bestimmen die Haftfestigkeit der Teilchen an der zu bearbeitenden Oberfläche. Durch die Regelung der Verzögerungszeit können derartige Geschwindigkeiten und Temperaturen der Pulverteilchen erreicht werden, bei welchen eine optimale Haftfestigkeit gemäss den physikalisch-chemischen Eigenschaften der zu bearbeitenden Schicht gewährleistet wird. Im Vergleich mit Anlagen ohne die erwähnte Regelung erreicht eine grössere Anzahl von Teilchen der Pulverwolke eine für
die Haftung an der zu bearbeitenden Oberfläche ausreichende Geschwindigkeit und Temperatur. Dadurch wird die Dikke einer in einen Schuss der Anlage aufgebrachten Schicht erhöht.
Somit können bei der vorgeschlagenen Gestaltung der Anlage die Qualität der Beschichtung und Effektivität des Spritzvorganges erhöht werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Anlage zusätzlich die im Anspruch 2 aufgeführten Merkmale, wodurch die erforderliche Zeitverzögerung mit beliebiger Genauigkeit eingestellt werden kann.
Vom Standpunkt der konstruktionsmässigen Einfachheit und Zuverlässigkeit ist es zweckmässig, als Antrieb zur Änderung des Wirkwiderstandes des Potentiometers einen Elektromotor zu verwenden, dessen Welle über eine Kupplung mit der Welle des Potentiometers verbunden ist.
Das Zeitverzögerungsglied kann zwei über einen Differenzierkreis in Reihe geschaltete Multivibratoren aufweisen, wobei in den Zeitvorgabekreis des ersten Multivibrators das Potentiometer der Stellvorrichtung angeordnet ist.
Im weiteren wird die Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schaltung der erfindungsgemässen Explosionsplattieranlage;
Fig. 2 schematisch die Stellvorrichtung der erfindungsgemässen Anlage;
Fig. 3 eine Prinzipschaltung des Zeitverzögerungsgliedes der erfindungsgemässen Anlage;
Fig. 4 eine Ausführungsform der Prinzipschaltung des Steuerkreises für die Steuerung der Dosiereinrichtung der erfindungsgemässen Anlage und
Fig. 5 einen Arbeitszeitplan der erfindungsgemässen Anlage in den ersten Zyklen der Beschichtung.
Die Explosionsplattieranlage enthält eine Explosionskammer 1, ausgeführt in Form eines an einem Ende geschlossenen Rohres (Fig. 1), sowie eine Einrichtung 2 zum Zuführen des Gasgemisches und eine Vorrichtung 3 zum Zuführen des pulverförmigen Beschichtungsgutes, welche mit der Explosionskammer 1 verbunden sind. Die Einrichtung 2 zum Zuführen des Gasgemisches enthält eine Mischeinrichtung 4, welche über Ventile 5, 6 und 7 mit Gasquellen 8, 9 und 10 verbunden ist. Die Gase stellen Komponenten eines explosionsfähigen Gasgemisches dar: ein Brenngas (z. B.
Azetylen), Oxydationsgas (z. B. Sauerstoff) und neutrales Inertgas (z. B. Stickstoff). Die Mischeinrichtung 4 ist mit der Explosionskammer 1 durch eine Rohrschlange 11 verbunden.
Die Vorrichtung 3 zum Zuführen des pulverförmigen Beschichtungsgutes weist eine Dosiereinrichtung 12 mit einem elektromagnetischen Ventil 13 auf.
In der Explosionskammer list ein Gerät 14 zur Auslösung der Explosion angeordnet, welche in Form einer Zündkerze ausgeführt ist.
Die Steuerung der Anlage enthält eine Steuereinheit 15, welche über einen Steuerstromkreis 16 mit den Ventilen 5 und 6 der Mischeinrichtung, über einen Steuerstromkreis 17 mit dem Ventil 7 der Mischeinrichtung, über einen Steuerstromkreis 18 mit dem Gerät 14 zur Auslösung der Explosion und über einen Steuerstromkreis 19 mit dem Ventil 13 der Dosiereinrichtung 12 verbunden ist.
Der Steuerstromkreis 19 der Dosiereinrichtung enthält ein Zeitverzögerungsglied 20 sowie eine mit dem Zeitverzögerungsglied 20 elektrisch verbundene Stellvorrichtung 21.
Zum Auslösen der Stellvorrichtung 21 dient ein elektrischer Stromkreis 22, welcher diese Stellvorrichtung mit der Steuereinheit 15 verbindet.
Die Stellvorrichtung 21 (s. Fig. 2) enthält ein Potentiometer 23, welches mit einem Antrieb zur Änderung dessen Wirkwiderstandes verbunden ist. Dieser Antrieb besteht aus einem Elektromotor 24 dessen Drehzahl regelbar ist. Die Welle des Elektromotors 24 ist über eine Kupplung 25 mit der Welle des Potentiometers 23 verbunden.
Das Zeitverzögerungsglied 20 enthält einen ersten Multivibrator 26 (Fig. 3), einen Differenzierkreis 27 und einen zweiten Multivibrator 28, welche in Reihe geschaltet sind.
In den Zeitvorgabekreis des ersten Multivibrators 26 ist das Potentiometer 23 eingeschaltet. Der Differenzierkreis 27 ist zur Abtrennung der Rückflanke des ersten Multivibrators 26 bestimmt und besteht entweder aus passiven RC-Gliedern, oder aus einem mit einem Verstärker in Reihe geschalteten Kondensator.
Die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung fällt durch ihre konstruktive Einfachheit und Zuverlässigkeit sowie durch die Möglichkeit der Verzögerungszeitregelung mit beliebiger Genauigkeit auf.
In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Steuerstromkreises der Dosiereinrichtung 12 dargestellt. In dieser Ausführungsform enthält die Stellvorrichtung 21 ein elektromagnetisches Relais 29, welches Schliess- und Öffnungskontakte 30 und 31 aufweist. Diese befinden sich in den Stromkreisen 32 und 33 von Kondensatoren 34 und 35 einer Zeitverzögerungsleitung 36 des Zeitverzögerungsgliedes 20. Um den Zeitpunkt der Auslösung des Relais 29 gegenüber dem Zeitpunkt des Anlegens der Versorgungsspannung zeitlich zu verschieben, weist die Stellvorrichtung 21 einen integrierenden RC-Kreis 40 auf, welcher an die Wicklung des Relais 29 angeschlossen ist. Die Versorgungsgleichspannung wird der Stellvorrichtung 21 von der Steuereinheit 15 über den Stromkreis 22 zugeführt.
Das mit der Steuereinheit 15 über den Steuerstromkreis 19 verbundene Zeitverzögerungsglied 20 enthält ein elektromagnetisches Relais 37, welches einen Schliesskontakt 38 in einem zum Ausgang der Steuereinheit 15 angeschlossenen Versorgungsstromkreis 39 der Dosiereinrichtung 12 aufweist. Das Relais 37 ist an die Zeitverzögerungsleitung 36 angeschlossen.
Die Explosionsplattieranlage arbeitet folgendermassen.
Nach Betätigen der Ein-Taste auf einem Steuerpult (in der Zeichnung nicht gezeigt) liefert die Steuereinheit 15 (Fig. 1) eine Gleichspannung an die Stellvorrichtung 21 und erzeugt periodisch Steuersignale gemäss dem in Fig. 5 gezeigten Arbeitszeitplan der Anlage. Dabei beginnt sich die Welle des Elektromotors 24 (Fig. 2) zu drehen und die Ventile 5 und 6 (Fig. 1) werden unter Wirkung von über den Steuerstromkreis 16 (Fig. 5a) zugeleiteten Steuersignalen ge öffnet. Die Mischeinrichtung 4 (Fig. 1) wird mit Azethylen und Sauerstoff gefüllt. Das in der Mischeinrichtung 4 hergestellte Gasgemisch gelangt über die Rohrschlange 11 in die Explosionskammer 1 und die Ventile 5 und 6 werden geschlossen. Von der Steuereinheit 15 wird über den Stromkreis 17 ein Signal dem Ventil 7 (s. Fig. 5b) zugeführt.
Das Ventil 7 (Fig. 1) wird geöffnet und der in die Mischeinrichtung 4 und Rohrschlange 11 einströmende Stickstoff verdrängt das explosive Gemisch von Azethylen und Sauerstoff in die Explosionskammer 1. Damit erfolgt ein Durchblasen der Mischeinrichtung 4 und Rohrschlange 11 mit einem Inertgas.
Noch vor Beendigung des Durchblasens wird aus der Dosiereinrichtung 12 das pulverfönmige Beschichtungsgut mit Hil- fe eines Inertgases (insbesondere desselben Stickstoffes) in die Explosionskammer 1 eingeführt. Zu diesem Zweck wird dem Zeitverzögerungsglied 20 über den Steuerstromkreis 19 ein Steuersignal der Steuereinheit 15 zugeführt. Dieses Signal stellt einen kurzzeitigen elektrischen Impuls dar (s. Fig. 5c), welcher den ersten Multivibrator 26 (Fig. 3) triggert. Die Dauer des von diesem Multivibrator erzeugten elektrischen Impulses wird durch den Widerstandswert des Potentiometers 23 bestimmt. Der Widerstandswert des Potentiometers 23 hängt seinerseits von der Stellung seiner Welle ab, welche mit der Welle des Elektromotors 24 (Fig. 2) verbunden ist.
Die durch den Differenzierkreis 27 (Fig. 3) abgetrennte Rückflanke K dieses Impulses (Fig. 5c) triggert den zweiten Multivibrator 28, welcher einen unmittelbar auf das elektromagnetische Ventil 13 (Fig. 1) der Dosiereinrichtung 12 einwirkenden Impuls (s. Fig. 5d) erzeugt. Somit wird der Impuls am Ausgang des Zeitverzögerungsgliedes 20 um die Zeit 1 (Fig.
5c, d) bezüglich des Impulses an dessen Eingang verzögert.
Nach dem Füllen der Explosionskammer 1 (Fig. 1) mit dem explosiven Gasgemisch, Durchblasen der Mischeinrichtung 4 und Rohrschlange 11 mit einem Inertgas und Zuführen des pulverförmigen Beschichtungsgutes aus der Dosiereinrichtung 12 in die Explosionskammer wird eine Explosion durch einen Funken ausgelöst, welcher nach einem über den Steuerstromkreis 18 von der Steuereinheit 15 zugeleiteten Steuersignal im Gerät 14 erzeugt wird (Fig. 5e).
Die durch Explosionsprodukte beschleunigten und erhitzten Pulverteilchen strömen aus der Explosionskammer 1 (Fig. 1) heraus und bilden einen dünnen Beschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Teiles 41. Nach dem Ausströmen der Explosionsprodukte aus der Explosionskammer 1 erfolgt deren Durchblasen mit einem Inertgas bei offenem Ventil 7 der Mischeinrichtung 4. Nach der Beendigung des Durchblasens wird das Ventil 7 (Fig. 5b) geschlossen und der Zyklus T wiederholt sich.
Bei dem ersten Schuss der Anlage, wenn die Welle des Elektromotors 24 (Fig. 2) sich langsam zu drehen beginnt, ist der Drehwinkel dieser Welle und damit der Welle des Potentiometers 23 minimal, was einem minimalen Wirkwiderstand dieses Potentiometers sowie einer minimalen Verzögerungszeit 1 (Fig. 5) eines von der Steuereinheit 15 der Dosiereinrichtung 12 über den Stromkreis 19 (s. Fig. 1) zugeleiteten Signals entspricht. Demzufolge ist das Zeitintervall m zwischen dem Zeitpunkt des Einblasens des Pulvers und dem Zeitpunkt des Initiierens einer Explosion im Rohr im ersten Arbeitszyklus der Anlage maximal. Während dieser Zeit kann sich die Wolke des pulverförmigen Beschichtungsgutes unter Wirkung des die Explosionskammer ausfüllenden Gasgemisches stark in der Richtung zum offenen Ende des Rohres verschieben.
Bei den nachfolgenden Schüssen der Anlage wird mit dem Drehen der Welle des Elektromotors 24 (Fig. 2) der Drehwinkel der Welle des Potentiometers 23 erhöht, was eine Vergrösserung der Verzögerungszeit 1 (Fig. 5) sowie eine entsprechende Verringerung des Zeitintervalls m zur Folge hat. Dabei kann sich die Pulverwolke vor der Explosion nicht weit in der Richtung zum Ausgang des Rohres verschieben und befindet sich zum Zeitpunkt der Explosion weiter von der zu bearbeitenden Oberfläche entfernt, als bei dem ersten Schuss der Anlage. Demzufolge haben die Pulverteilchen einen längeren Weg im Strom der Explosionsprodukte zu überwinden. Dadurch wird die Temperatur der Teilchen erhöht und deren Geschwindigkeit herabgesetzt.
Als Ergebnis werden optimale Bedingungen für die Haftung der Teilchen an der zu bearbeitenden Oberfläche bei den ersten zwei oder drei Schüssen der Anlage gewährleistet. Durch Erhöhung der Temperatur und Herabsetzung der Endgeschwindigkeit von Pulverteilchen werden anschliessend ebensolche optimale Bedingungen für die Haftung der Pulverteilchen an der schon aufgebrachten unteren Schicht der Beschichtung geschaffen, deren physikalischchemische Eigenschaften sich von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der zu bearbeitenden Oberfläche unterscheiden.
Dabei kann die Dicke der in einem Schuss der Anlage aufgebrachten Schicht der Beschichtung im Vergleich zum Spritzvorgang bei den bekannten Anlagen erhöht werden, weil in diesem Fall durch einen längeren Kontakt der Pulverteilchen mit den Explosionsprodukten eine grössere Anzahl der Teilchen solche energetische Parameter aufweisen, welche für die Haftung der Teilchen an der zu bearbeitenden Oberfläche ausreichend sind.
Die Verzögerungszeit 1 (Fig. 5) des Steuersignals vom Ventil 13 der Dosiereinrichtung 12 (Fig. 1) und obengenannte Parameter der Pulverteilchen werden stabilisiert, wenn das Potentiometer 23 durch den Elektromotor 24 (Fig. 2) in die äusserste Stellung gebracht ist. Eine weitere Drehung der Welle des Elektromotors 24 ändert die Stellung der Welle des Potentiometers 23 nicht weiter, sondern bewirkt lediglich ein gegenseitiges Rutschen der Elemente der Kupplung 25.
Die Drehgeschwindigkeit der Welle des Elektromotors 24 sowie der maximale Drehwinkel der Welle des Potentiometers 23 werden vorher versuchsweise in Abhängigkeit von den für die jeweilige Schicht der Beschichtung optimalen Geschwindigkeit und Temperatur der Pulverteilchen ermittelt.
Nach dem Herstellen der Beschichtung mit der erforderlichen Dicke wird die Anlage abgeschaltet und die Welle des Potentiometers 23 in die Ausgangsstellung gebracht, indem der Elektromotor 24 umgesteuert wird.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des Steuerstromkreises für die Dosiereinrichtung 12 wird das Steuersignal wie folgt verzögert.
Über den Steuerstromkreis 19 wird das Steuersignal der Steuereinheit 15 der Zeitverzögerungsleitung 36 zugeführt.
Während den ersten Arbeitszyklen der Anlage ist die Grösse eines der Wicklung des Relais 29 über den Stromkreis 22 zugeleiteten Signals, infolge der Trägheit der RC-Kette 40, nicht ausreichend, um dieses Relais zu erregen. Demzufolge bleibt dessen Kontakt 30 offen und der Kontakt 31 geschlossen. Die Verzögerungszeit 1 des Auslöseimpulses vom Ventil 13 (Fig. 1) der Dosiereinrichtung 12 wird in diesem Fall durch die Kapazität des an das Relais 37 über den Kontakt 31 angeschlossenen Kondensators 35 (Fig. 4) bestimmt.
Beim Erregen des Relais 37 wird dessen Kontakt 38 geschlossen und das Steuersignal gelangt über den Steuerstromkreis 39 an das Ventil 13 der Dosiereinrichtung 12 (Fig. 1). Nach dem Verschwinden des Impulses am Eingang der Zeitverzögerungsleitung 36 (Fig. 4, 5c) wird das Relais 37 (Fig. 4) mit einer der Entladungszeit des Kondensators 35 entsprechenden Verzögerung stromlos.
Bei den nächsten Arbeitszyklen der Anlage (nach 2-3 Zyklen, wenn das zu bearbeitende Werkstück unbeweglich ist) erreicht die Spannung an der Wicklung des Relais 29 der Programmvorrichtung 21, infolge der Aufladung des Kondensators im RC-Kreis 40 einen zur Erregung dieses Relais ausreichenden Wert. Demzufolge wird der Kontakt 31 geöffnet und der Kontakt 30 geschlossen, wodurch der Kondensator 34 der Zeitverzögerungsleitung 36 an die Wicklung des Relais 37 angeschlossen wird. Dabei wird der Kondensator 35 abgeschaltet. Jetzt wird beim Ankommen eines Steuersignals von der Steuereinheit 15 in der Zeitverzögerungsleitung 36 die Verzögerungszeit 1 (Fig. 5) verringert, weil deren Grösse durch die Kapazität des Kondensators 34 (Fig. 4) bestimmt wird, welche grösser als die Kapazität des Kondensators 35 gewählt ist.
Durch die Verringerung der Verzögerungszeit des Steuersignals vom Ventil 13 der Dosiereinrichtung 12 (Fig. 1) wird, wie auch bei der beschriebenen Ausführungsform der Anlage, die Temperatur und Endgeschwindigkeit der Pulverteilchen erhöht.
Bei der Verwendung der beschriebenen Explosionsplattieranlage kann die Haftfestigkeit der Beschichtung mit der zu bearbeitenden Oberfläche mit einer gleichzeitigen Erhöhung der Betriebswerte von Beschichtungen sowie Effektivität der Arbeit der Anlage vergrössert werden.
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PATENT CLAIMS
1. Explosion plating system, in which an explosion chamber (1) with a metering device (12) having device (3) for supplying a powder coating material and with a device (2) for supplying a gas mixture, which device (2) is connected by valves (5, 6 and 7) to gas sources (8, 9 and 10) connected mixing device (4) and a control unit (15), which in turn with the metering device (12), the valves (5, 6 and 7), the mixing device (4) and is electrically connected to a device (14) arranged in the explosion chamber (1) for triggering the explosion, characterized in that the control circuit (19) of the metering device (12) has a time delay element (20) and an adjusting device connected to it (21) to change the delay time.
2. Plant according to claim 1, characterized in that the adjusting device (21) has a potentiometer (23) and a drive connected to this for changing the effective resistance of this potentiometer.
3. Plant according to claim 2, characterized in that an electric motor (24) is present as a drive for changing the effective resistance of the potentiometer (23), the shaft of which is connected to the shaft of the potentiometer (23) via a coupling (25).
4. System according to claim 2 or 3, characterized in that the time delay element (20) has two multivibrators (26 and 28) which are connected in series via a differentiating circuit (27), the in the time setting circuit of the first multivibrator (26) Potentiometer (23) of the adjusting device (21) is arranged.
The invention relates to an explosion plating system which can be used in the metallurgy, chemical industry, in aircraft and shipbuilding, in space technology and in various branches of mechanical engineering, for. B. in the manufacture of highly stressed and exposed to mechanical, corrosion, erosion or heat wear products.
Since the development of the explosion plating process, the basic circuitry of a coating system operating according to this process has practically not changed.
Such a system usually contains an explosion chamber, which is designed in the form of a tube closed at one end, as well as means for supplying a gas mixture and further means for supplying a powdered coating material, which are connected to the explosion chamber. A spark plug for triggering an explosion is housed within the tube. Automatic systems also have a control system, the control unit of which represents a setpoint generator and is electrically connected by control circuits to the spark plug and to a valve of a metering device for supplying the powder and valves of a mixing device for supplying the gas mixture.
The improvements of the individual assemblies of the plant mainly aimed at increasing the coating quality and consisted of measures by which one or more parameters of the technological process which determine this quality are stabilized.
For example, a system with such a design of the metering device is known in which the quantity of powder blown into the explosion chamber can be stabilized (see US Pat. No. 3,884,415).
In another known system, the mixing device has such a structural design that ensures a constant composition and homogeneity of the gas mixture supplied to the explosion chamber (see
U.S. Patent 3773259). This system contains all of the above-mentioned assemblies, the work sequence of which is guaranteed by the signals generated by the control unit and supplied via control circuits.
In this system and in all known systems, the first and all subsequent layers are applied under the same operating conditions. This does not take into account the fact that the physico-chemical properties of a base on which the powder particles should adhere during the first shots of the system are different from the properties of a coated base on which the powder particles should adhere during all subsequent shots. To produce a high-quality coating with uniform adhesive strength, it is necessary to change the speed and temperature of the particles, which depend on the process parameters of the spraying process and in particular on the composition of the gas mixture and the position of the powdered coating material in the tube.
In the aforementioned structural design of the system, it is impossible to automatically change these parameters during operation, so that the quality of the coating and the effectiveness of the spraying process are impaired because the energetic properties of the powder particles do not ensure a sufficiently thick coating in the course of a shot.
The purpose of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned.
The invention has for its object to provide an explosion plating system in which the control is carried out in such a way that the position of the powdered coating material inside the tube can be changed automatically at the time of initiation of the explosion during operation of the system, thereby improving the quality of the coating and effectiveness the spraying process can be increased.
The object is achieved by an explosion plating system which has the features listed in claim 1.
Between the blowing in of the powder coating material and initiation of the detonation, under the action of the gas mixture flowing into the explosion chamber, the powder coating material is shifted to the open end of the explosion chamber. The time delay in which the powder is displaced and the delay time of the pulse for controlling the valve of the metering device can be changed by the time delay element switched into the control circuit of the metering device and the actuating device connected to it. The contact time of the powder particles with the high temperature explosion products depends on the position of the powder in the explosion chamber during the explosion.
This duration in turn determines the heating temperature of the powder particles and their final speed in the vicinity of the surface to be processed. It is precisely these parameters that determine the adhesive strength of the particles on the surface to be processed. By regulating the delay time, speeds and temperatures of the powder particles can be achieved at which an optimal adhesive strength is guaranteed according to the physico-chemical properties of the layer to be processed. In comparison with systems without the mentioned regulation, a larger number of particles of the powder cloud reaches one for
the adhesion to the surface to be processed sufficient speed and temperature. This increases the thickness of a layer applied in one shot of the system.
Thus, the quality of the coating and the effectiveness of the spraying process can be increased in the proposed design of the system.
According to a preferred embodiment of the invention, the system additionally contains the features listed in claim 2, as a result of which the required time delay can be set with any accuracy.
From the standpoint of simplicity and reliability in terms of construction, it is expedient to use an electric motor as the drive for changing the effective resistance of the potentiometer, the shaft of which is connected to the shaft of the potentiometer via a coupling.
The time delay element can have two multivibrators connected in series via a differentiating circuit, the potentiometer of the actuating device being arranged in the time setting circuit of the first multivibrator.
The invention is explained in more detail below on the basis of specific exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:
1 shows a circuit of the explosion plating system according to the invention;
2 schematically shows the adjusting device of the system according to the invention;
3 shows a basic circuit of the time delay element of the system according to the invention;
Fig. 4 shows an embodiment of the basic circuit of the control circuit for controlling the metering device of the system according to the invention and
5 shows a work schedule of the system according to the invention in the first cycles of the coating.
The explosion plating system contains an explosion chamber 1, designed in the form of a tube closed at one end (FIG. 1), as well as a device 2 for supplying the gas mixture and a device 3 for supplying the powdered coating material, which are connected to the explosion chamber 1. The device 2 for supplying the gas mixture contains a mixing device 4 which is connected to gas sources 8, 9 and 10 via valves 5, 6 and 7. The gases are components of an explosive gas mixture: a fuel gas (e.g.
Acetylene), oxidation gas (e.g. oxygen) and neutral inert gas (e.g. nitrogen). The mixing device 4 is connected to the explosion chamber 1 by a coil 11.
The device 3 for feeding the powdered coating material has a metering device 12 with an electromagnetic valve 13.
A device 14 for triggering the explosion is arranged in the explosion chamber and is designed in the form of a spark plug.
The control of the system contains a control unit 15, which via a control circuit 16 with valves 5 and 6 of the mixing device, via a control circuit 17 with valve 7 of the mixing device, via a control circuit 18 with device 14 for triggering the explosion and via a control circuit 19 is connected to the valve 13 of the metering device 12.
The control circuit 19 of the metering device contains a time delay element 20 and an actuating device 21 which is electrically connected to the time delay element 20.
An electrical circuit 22, which connects this adjusting device to the control unit 15, is used to trigger the adjusting device 21.
The adjusting device 21 (see FIG. 2) contains a potentiometer 23 which is connected to a drive for changing its effective resistance. This drive consists of an electric motor 24 whose speed is adjustable. The shaft of the electric motor 24 is connected to the shaft of the potentiometer 23 via a coupling 25.
The time delay element 20 contains a first multivibrator 26 (FIG. 3), a differentiating circuit 27 and a second multivibrator 28, which are connected in series.
The potentiometer 23 is switched on in the timing circuit of the first multivibrator 26. The differentiating circuit 27 is intended to separate the trailing edge of the first multivibrator 26 and consists either of passive RC elements or of a capacitor connected in series with an amplifier.
The preferred embodiment of the invention described above is notable for its structural simplicity and reliability and for the possibility of regulating the delay time with any accuracy.
Another embodiment of the control circuit of the metering device 12 is shown in FIG. 4. In this embodiment, the actuating device 21 contains an electromagnetic relay 29, which has make and break contacts 30 and 31. These are located in the circuits 32 and 33 of capacitors 34 and 35 of a time delay line 36 of the time delay element 20. In order to shift the time at which the relay 29 is triggered compared to the time at which the supply voltage is applied, the actuating device 21 has an integrating RC circuit 40 on which is connected to the winding of the relay 29. The DC supply voltage is supplied to the actuating device 21 by the control unit 15 via the circuit 22.
The time delay element 20 connected to the control unit 15 via the control circuit 19 contains an electromagnetic relay 37, which has a make contact 38 in a supply circuit 39 of the metering device 12 connected to the output of the control unit 15. The relay 37 is connected to the time delay line 36.
The explosion plating system works as follows.
After pressing the on button on a control panel (not shown in the drawing), the control unit 15 (FIG. 1) supplies a direct voltage to the actuating device 21 and periodically generates control signals in accordance with the work schedule of the system shown in FIG. 5. The shaft of the electric motor 24 (FIG. 2) begins to rotate and the valves 5 and 6 (FIG. 1) are opened under the effect of control signals supplied via the control circuit 16 (FIG. 5a). The mixing device 4 (Fig. 1) is filled with acetylene and oxygen. The gas mixture produced in the mixing device 4 reaches the explosion chamber 1 via the pipe coil 11 and the valves 5 and 6 are closed. The control unit 15 supplies a signal to the valve 7 (see FIG. 5b) via the circuit 17.
The valve 7 (FIG. 1) is opened and the nitrogen flowing into the mixing device 4 and pipe coil 11 displaces the explosive mixture of ethylene and oxygen into the explosion chamber 1. This causes the mixing device 4 and pipe coil 11 to be blown through with an inert gas.
Before the blowing has ended, the powdery coating material is introduced into the explosion chamber 1 from the metering device 12 with the aid of an inert gas (in particular the same nitrogen). For this purpose, a control signal from the control unit 15 is fed to the time delay element 20 via the control circuit 19. This signal represents a brief electrical pulse (see FIG. 5c) which triggers the first multivibrator 26 (FIG. 3). The duration of the electrical pulse generated by this multivibrator is determined by the resistance value of the potentiometer 23. The resistance value of the potentiometer 23 in turn depends on the position of its shaft, which is connected to the shaft of the electric motor 24 (FIG. 2).
The trailing edge K of this pulse (FIG. 5c) separated by the differentiating circuit 27 (FIG. 3) triggers the second multivibrator 28, which acts directly on the electromagnetic valve 13 (FIG. 1) of the metering device 12 (see FIG. 5d ) generated. The pulse at the output of the time delay element 20 is thus reduced by time 1 (FIG.
5c, d) delayed with respect to the pulse at its input.
After filling the explosion chamber 1 (Fig. 1) with the explosive gas mixture, blowing the mixing device 4 and coil 11 with an inert gas and feeding the powdered coating material from the metering device 12 into the explosion chamber, an explosion is triggered by a spark, which after a the control circuit 18 from the control unit 15 supplied control signal is generated in the device 14 (Fig. 5e).
The powder particles accelerated and heated by explosion products flow out of the explosion chamber 1 (FIG. 1) and form a thin coating film on the surface of a part 41. After the explosion products have flowed out of the explosion chamber 1, they are blown through with an inert gas with the valve 7 open Mixing device 4. After the blowing has ended, the valve 7 (FIG. 5b) is closed and the cycle T is repeated.
On the first shot of the system, when the shaft of the electric motor 24 (FIG. 2) begins to rotate slowly, the angle of rotation of this shaft and thus the shaft of the potentiometer 23 is minimal, which means a minimal effective resistance of this potentiometer and a minimal delay time 1 ( 5) corresponds to a signal supplied by the control unit 15 to the metering device 12 via the circuit 19 (see FIG. 1). As a result, the time interval m between the time at which the powder is blown in and the time at which an explosion is initiated in the pipe is maximal in the first operating cycle of the system. During this time, the cloud of the powdered coating material can shift strongly in the direction of the open end of the tube under the action of the gas mixture filling the explosion chamber.
In the subsequent shots of the system, rotating the shaft of the electric motor 24 (FIG. 2) increases the angle of rotation of the shaft of the potentiometer 23, which results in an increase in the delay time 1 (FIG. 5) and a corresponding reduction in the time interval m . Before the explosion, the powder cloud cannot move far in the direction of the tube exit and is located further away from the surface to be processed at the time of the explosion than when the system was first fired. As a result, the powder particles have a longer path to overcome in the flow of the explosion products. This increases the temperature of the particles and reduces their speed.
As a result, optimal conditions for the adhesion of the particles to the surface to be processed are guaranteed for the first two or three shots of the system. By increasing the temperature and lowering the final speed of powder particles, the optimal conditions for the adhesion of the powder particles to the already applied lower layer of the coating are subsequently created, the physicochemical properties of which differ from the physico-chemical properties of the surface to be processed.
The thickness of the layer of the coating applied in one shot of the system can be increased compared to the spraying process in the known systems, because in this case a longer number of particles of the powder particles with the explosion products means that a larger number of the particles have those energetic parameters which are suitable for the adhesion of the particles to the surface to be processed is sufficient.
The delay time 1 (FIG. 5) of the control signal from the valve 13 of the metering device 12 (FIG. 1) and the above-mentioned parameters of the powder particles are stabilized when the potentiometer 23 is brought to the extreme position by the electric motor 24 (FIG. 2). A further rotation of the shaft of the electric motor 24 does not further change the position of the shaft of the potentiometer 23, but merely causes the elements of the clutch 25 to slide against one another.
The speed of rotation of the shaft of the electric motor 24 and the maximum angle of rotation of the shaft of the potentiometer 23 are determined beforehand on a trial basis as a function of the optimum speed and temperature of the powder particles for the respective layer of the coating.
After the coating with the required thickness has been produced, the system is switched off and the shaft of the potentiometer 23 is brought into the starting position by reversing the electric motor 24.
In the embodiment of the control circuit for the metering device 12 shown in FIG. 4, the control signal is delayed as follows.
The control signal of the control unit 15 is supplied to the time delay line 36 via the control circuit 19.
During the first operating cycles of the system, the magnitude of a signal fed to the winding of the relay 29 via the circuit 22 is not sufficient, due to the inertia of the RC chain 40, to excite this relay. As a result, its contact 30 remains open and contact 31 is closed. The delay time 1 of the trigger pulse from the valve 13 (FIG. 1) of the metering device 12 is in this case determined by the capacitance of the capacitor 35 connected to the relay 37 via the contact 31 (FIG. 4).
When the relay 37 is energized, its contact 38 is closed and the control signal reaches the valve 13 of the metering device 12 via the control circuit 39 (FIG. 1). After the disappearance of the pulse at the input of the time delay line 36 (FIGS. 4, 5c), the relay 37 (FIG. 4) becomes currentless with a delay corresponding to the discharge time of the capacitor 35.
During the next working cycles of the system (after 2-3 cycles, when the workpiece to be machined is immovable), the voltage on the winding of the relay 29 of the program device 21, due to the charging of the capacitor in the RC circuit 40, reaches a voltage sufficient to excite this relay Value. As a result, the contact 31 is opened and the contact 30 is closed, whereby the capacitor 34 of the time delay line 36 is connected to the winding of the relay 37. The capacitor 35 is switched off. Now, when a control signal arrives from the control unit 15 in the time delay line 36, the delay time 1 (FIG. 5) is reduced because its size is determined by the capacitance of the capacitor 34 (FIG. 4), which is chosen to be larger than the capacitance of the capacitor 35 is.
By reducing the delay time of the control signal from the valve 13 of the metering device 12 (FIG. 1), the temperature and final speed of the powder particles are increased, as in the described embodiment of the system.
When using the explosion plating system described, the adhesive strength of the coating with the surface to be processed can be increased with a simultaneous increase in the operating values of coatings and the effectiveness of the work of the system.