CH661289A5

CH661289A5 - Anlage zum detonationsauftragen von ueberzuegen auf werkstuecke.

Info

Publication number: CH661289A5
Application number: CH6208/84A
Authority: CH
Inventors: Valery Stepanovich Klimenko; Vasily Georgievich Skadin; Jury Leontievich Anosov; Mary Alexeevich Voronkin
Original assignee: Inst Sverkhtverdykh Mat
Priority date: 1984-12-31
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1987-07-15
Also published as: SE8600048L; DE3447866C2; DE3447866A1; SE8600048D0; SE451732B

Description

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PATENTANSPRUCH Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke, enthaltend einen Steuerungsblock (1), dessen Ausgänge (2,3,4,5) jeweils mit einer Quelle (6) der Hochtem-peratur-Initiierung von Explosionen, mit Ventilen (7, 8,9) für die Zuführung von Arbeitsgasen eines Mischers (10) und zwei Pulverdosierern (11,12) elektrisch gekoppelt sind, die ebenso wie die Quelle (6) der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen und der Mischer (10) mit einem Mittel (13) zum Ausbilden eines das Material des Überzuges (14) eines Werkstücks (15) enthaltenden Stromes in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr ein Zeitverzögerungselement (16) vorgesehen ist, das mit einem der Pulverdosierer (12) und mit demjenigen Ausgang (5) des Steuerungsblocks

(I) verbunden ist, mit welchem der verbliebene Pulverdosierer

(II) in Verbindung steht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mittel zum Auftragen von Überzügen auf Werkstücke nach gasthermischen Verfahren, insbesondere betrifft sie Anlagen zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke.

Diese Erfindung kann im Maschinenbau, Werkzeugmaschinenbau und Gerätebau zum Auftragen von Ein- und Mehrkomponenten-Überzügen auf die Oberflächen von metallischen und keramischen Erzeugnissen (Elemente von Maschinen und Mechanismen, Werkzeuge), die während des Betriebs zerstörenden Einwirkungen (dem Verschleiss, der Korrosion) ausgesetzt sind, sowie zur Schleifbearbeitung der Oberflächen von Werkstücken zwecks Reinigung derselben vor dem Auftragen von Überzügen angewendet werden.

Es ist eine Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke bekannt, die ein Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden Stromes, welches Mittel mit einer Zündkerze, einem Gasmischer, der Ventile besitzt, und einem Pulverdosierer in Verbindung steht, sowie einen Steuerungsblock umfasst, der mit den Ventilen des Mischers, dem Dosierer und der Zündkerze elektrisch gekoppelt ist (siehe z.B. die US-Patentschrift Nr. 3884415, Kl. 239-279, veröff. am 20. Mai 1975).

Bei der genannten Anlage ist das Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden Stromes als Strahlrohr gestaltet.

Diese Anlage erlaubt es nicht, Mehrkomponenten-Überzüge ohne vorläufige Herstellung von Pulvergemischen oder Massen aus aufzubringenden Materialien aufzutragen.

Es ist ferner eine Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke bekannt, die einen Steuerungsblock enthält, dessen Ausgänge jeweils mit einer Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen, mit Ventilen für die Zuführung von Arbeitsgasen eines Mischers und zwei Pulverdosierern elektrisch gekoppelt sind, die ebenso wie die Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen und der Mischer mit einem Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstückes enthaltenden Stromes in Verbindung stehen (siehe z.B. die DE-Anmeldung Nr. P.34.14372.6 vom 16. April 1984).

Bei dieser Anlage ist das Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstückes enthaltenden Stromes als zwei konzentrisch angeordnete und miteinander in Verbindung stehende Strahlrohre (ein äusseres und ein inneres Strahlrohr) gestaltet, während die Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen als Zündkerze ausgebildet ist.

Beim Betrieb der beschriebenen Anlage werden von dem Steuerungsblock elektrische Impulse erzeugt, die in einer vorgegebenen Reihenfolge auf die Ventile für die Zuführung von Arbeitsgasen (Brenngas, Oxydationsgas und Neutralgas) des Mischers, auf die Pulverdosierer und die Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen einwirken. Infolgedessen werden zuerst die Ventile für die Zufuhr des Brenn-und des Oxydationsgases des Mischers geöffnet. Ein sich bildendes explosives Gasgemisch gelangt in das Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden Stromes (das heisst in das äussere und das innere Strahlrohr).

Dann werden die Pulverdosierer ausgelöst, und in das äussere Strahlrohr wird das Schleifstoffpulver eingeführt, während in das innere Strahlrohr das Pulver des Überzugsmaterials des Werkstücks eingetragen wird. Hiernach werden die Pulverdosierer ausgeschaltet, die Ventile für die Zuführung des Brenn- und des Oxydationsgases des Mischers werden geschlossen, während das Ventil für die Zuführung des Neutralgases des Mischers geöffnet wird. Mit dem durch dieses Ventil strömenden Gas werden der Mischer und die diesen mit dem Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden Stromes verbindende Leitung durchgeblasen.

Alsdann wird vom Steuerungsblock aus ein elektrischer Impuls zur Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen zugeleitet, welcher die Erregung einer elektrischen Entladung in ihr hervorruft. Dabei findet in dem äusseren und dem inneren Strahlrohr des Mittels zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden Stromes eine Detonation des explosiven Gasgemisches statt. Durch die Detonationsprodukte wird das Schleifstoffpulver aus dem äusseren Strahlrohr ausgetragen, und aus dem inneren Strahlrohr tritt ein das Pulver des Überzugsmaterials des Werkstücks enthaltender Strom aus. Infolgedessen bildet sich auf dem Werkstück eine Überzugsschicht, während die Werkstückoberfläche um den Überzug herum mit dem Schleifstoff gereinigt wird. Daraufhin wird das Ventil für die Zuführung des Neutralgases des Mischers geschlossen, und der geschilderte Arbeitszyklus der Anlage wiederholt sich. Bei der Verschiebung des Werkstücks wird eine nächstfolgende Überzugsschicht auf die gereinigte Oberfläche aufgetragen, während die Oberfläche um die nächstfolgende Überzugsschicht herum erneut mit dem Schleifstoff gereinigt wird.

Mit Hilfe der beschriebenen Anlage ist das Auftragen von Mehrkomponenten-Überzügen entweder durch aufeinanderfolgendes Auftragen von Schichten aus verschiedenen Materialien eine auf die andere, oder unter Verwendung von Pulvergemischen oder Massen aus verschiedenen Materialien möglich. Beim Einsatz dieser Anlage ist es unmöglich, gleichartige Mehrkomponenten-Überzüge in anderen Verfahrensweisen herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke zu schaffen, in der ein Mittel vorgesehen wäre, welches es gestatten würde, das Plattieren eines aufzustäubenden Überzugsmaterials des Werkstücks mit einem anderen Material durchzuführen und auf diese Weise der Struktur und Zusammensetzung nach gleichartige Mehrkomponenten-Überzüge ohne Verwendung von Pulvergemischen oder Massen aus aufzustäubenden Materialien aufzutragen.

Dies wird dadurch erreicht, dass in der Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke, die einen Steuerungsblock enthält, dessen Ausgänge jeweils mit einer Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen, mit Ventilen für die Zuführung von Arbeitsgasen eines Mischers und zwei Pulverdosierern elektrisch gekoppelt sind, die ebenso wie die Quelle der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen und der Mischer mit einem Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial des Werkstücks enthaltenden

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Stromes in Verbindung stehen, erfindungsgemäss ein Zeitverzögerungselement vorgesehen ist, das mit einem der Pulverdosierer und mit demjenigen Ausgang des Steuerungsblocks verbunden ist, mit welchem der verbliebene Pulverdosierer in Verbindung steht.

Eine solche konstruktive Ausführung der zu patentierenden Anlage bietet die Möglichkeit, die Ortslage der Pulverteilchen des einen (beispielsweise des plattierenden) Überzugsmaterials des Werkstücks in bezug auf die Pulverteilchen des zweiten (beispielsweise des zu plattierenden) Überzugsmaterials des Werkstücks im Strahlrohr unmittelbar vor der Initiierung eine Explosion zu regeln und vorzugeben. Dies gestattet, optimale Bedingungen für das Plattieren des einen aufzutragenden Materials mit dem anderen während ihrer gemeinsamen Bewegung im Strom von Detonationsprodukten des explosiven Gasgemisches zu schaffen. Somit erlaubt es die zu patentierende Anlage, Aufwendungen für die vorläufige Herstellung von Pulvergemischen oder Massen aus verschiedenen Materialien beim Auftragen von Mehrkomponenten-Überzügen auszuschliessen.

Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen derselben und anhand von Zeichnungen erläutert, in denen es zeigen

Fig. 1 das Gesamtschema einer ersten Ausführungsvariante der Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke, gemäss der Erfindung;

Fig. 2 das Gesamtschema einer zweiten Ausführungsvariante der Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke gemäss der Erfindung.

Die erfîndungsgemâsse Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke nach einer ersten Ausführungsvariante enthält einen Steuerungsblock 1 (Fig. 1), dessen Ausgänge 2,3, 4, 5 jeweils mit einer Quelle 6 der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen, mit zwei Ventilen 7, 8 für die Zuführung eines Oxydationsgases (O2) und eines Brenngases (C2H2), einem Ventil 9 für die Zuführung eines Neutralgases (N2) eines Mischers 10 und mit zwei Pulverdosierern 11, 12 elektrisch gekoppelt sind. Die Quelle 6 der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen, der Mischer 10 und die beiden Pulverdosierer 11,12 stehen mit einem Mittel 13 zum Ausbilden eines das Material des Überzuges 14 eines Werkstücks 15 enthaltenden Stromes in Verbindung.

Ausserdem enthält die Anlage ein Zeitverzögerungselement 16, das mit dem Pulverdosierer 12 und mit dem Ausgang 5 des Steuerungsblocks 1 verbunden ist, mit welchem der Pulverdosierer 11 in Verbindung steht. Somit ist das Element 16 in den Steuerkreis zur Steuerung des Dosierers 12 eingeführt.

In einer zweiten Ausführungsvariante der Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen nach der Erfindung ist einer der Pulverdosierer - in der konkreten Variante der Dosierer 11 (Fig. 2) - in einer Thermokammer 17 untergebracht.

Sowohl in der ersten wie auch in der zweiten Ausführungsvariante der Anlage ist das Zeitverzögerungselement 16 (Fig. 1 und 2) in Form von zwei hintereinander geschalteten monostabilen Multivibratoren ausgebildet (es ist auch eine andere Ausbildung desselben möglich); als Quelle 6 der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen ist eine Zündkerze verwendet, während das Mittel 13 zum Ausbilden eines das Material des Überzugs 14 des Werkstücks 15 enthaltenden Stromes ein Strahlrohr mit zylindrischem Querschnitt darstellt. Das Werkstück 15 ist das Element der Gleitringdichtung einer Pumpe. Als Werkstück können auch Gleitlager, Schneidelemente von Fräsern zur Bearbeitung von nichtmetallischen Werkstoffen, Blockmatrizen zur Synthese von Diamanten zur Verwendung kommen.

Die Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke arbeitet folgenderweise:

Vom Steuerungsblock 1 (Fig. 1) werden elektrische Impulse erzeugt, die von seinen Ausgängen 2, 3, 4, 5 zur Quelle 6 der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen, zu den Ventilen 7, 8, 9 des Mischers 10 und den Pulverdosierern 11,12 gelangen. Hierbei werden zuerst die Ventile 7, 8 geöffnet. Die durch diese strömenden Oxydations- und Brenngas werden in dem Mischer 10 vermischt und dann dem Mittel 13 zum Ausbilden eines das Material des Übergzuges 14 des Werkstücks 15 enthaltenden Stromes zugeführt.

Hiernach wird der Dosierer 11 ausgelöst und dann ausgeschaltet, und das in ihm befindliche Pulver des zu plattierenden Materials wird ebenfalls in das Mittel 13 zum Ausbilden eines Stroms eingeführt. Unter der Wirkung des ankommenden explosiven Gasgemisches wird das Pulver entlang dem Strahlrohr in Richtung seiner Mündungsfläche bewegt. Daraufhin wird mit einer gewissen Verzögerung in bezug auf den Dosierer 11 der Dosierer 12 für kurze Zeit ausgelöst und dann ausgeschaltet. Die Grösse der Verzögerung wird ausgehend von den Eigenschaften und Abmessungen der Pulverteilchen von aufzutragenden Materialien durch Regelung des Zeitverzögerungselementes 16 im voraus vorgegeben, das im elektrischen Stromkreis zwischen dem Ausgang 5 des Steuerungsblocks 1 und dem Dosierer 12 angeordnet ist. Das im Dosierer 12 befindliche Pulver des plattierenden Materials wird in das Mittel 13 zum Ausbilden eines Stroms eingeführt. Dabei kommt das aus dem Dosierer 12 zugeführte Pulver weiter von der Mündungsfläche des Strahlrohres zu liegen als das aus dem Dosierer 11 zugeführte Pulver. Vor der Beendigung des Arbeitszyklus der Anlage werden die Ventile 7, 8 geschlossen, während das Ventil 9 geöffnet wird, und mit dem durch dieses strömende Neutralgas werden der Innenraum des Mischers 10 und die diesen mit dem Mittel 13 zum Ausbilden eines Stroms verbindende Leitung durchblasen.

Danach wird vom Ausgang 2 des Steuerungsblocks 1 aus ein elektrischer Impuls zur Quelle 6 der Hochtemperatur-Initiierung von Explosionen zugeleitet. Durch eine in dieser entstehende elektrische Entladung wird das explosive Gasgemisch entzündet. Eine hierbei sich bildende Detonationswelle pflanzt sich im Strahlrohr in Richtung seiner Mündungsfläche fort. Nach der im Strahlrohr erfolgten Detonation beginnen die Detonationsprodukte des explosiven Gasgemisches aus dem Strahlrohr auszuströmen, indem sie die Pulvertei!-chen der aufzutragenden Materialien des Überzuges 14 des Werkstücks mitreissen.

Hierbei werden die Pulverteilchen des zu plattierenden Materials, die (gemäss den Betriebsverhältnissen der Anlage) grösser und schwerer als die Pulverteilchen des plattierenden Materials sein sollen, infolge ihrer grösseren Trägheit verhältnismässig langsam erwärmt und durch den Strom von Detonationsprodukten des explosiven Gasgemisches beschleunigt. Zu gleicher Zeit werden feindisperse und leichte Pulverteilchen des plattierenden Materials rasch beschleunigt und erwärmt, indem sie in den flüssigen und teilweise in den gasförmigen Zustand übergehen. Diese Teilchen holen ein und überholen dank ihrer geringen Trägheit die relativ kalten und sich langsamer bewegenden Pulverteilchen des zu plattierenden Materials, wirken mit ihnen zusammen (benetzen und umhüllen sie) und bewegen sich im weiteren zusammen im Strom von Detonationsprodukten. In geschilderter Weise wird ein das Material des Überzuges 14 des Werkstücks 15 enthaltender Strom ausgebildet. Die eigentliche Bildung des Überzugs 14 auf der Oberfläche des Werkstücks 15 findet nach der Zusammenwirkung des ausgebildeten Stroms mit dem in seinem Weg angeordneten Werkstück 15 statt.

Hiernach wird das Ventil 9 des Mischers 10 geschlossen, und der beschriebene Arbeitszyklus der Anlage wiederholt sich.

Beim Betrieb der nach der zweiten Variante ausgeführten

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Anlage wird das im Dosierer 11 (Fig. 2) enthaltene Pulver mit Hilfe der den Dosierer 11 umfassenden Thermokammer 17 vorgekühlt (oder vorgewärmt). Dadurch gelingt es, die Temperatur der Pulverteilchen des zu plattierenden Materials während der Zusammen Wirkung desselben mit dem plattierenden Material genauer zu korrigieren und beispielsweise eine Graphitisierung von Diamanten beim Auftragen eines aus ihnen bestehenden Überzuges zusammen mit einem metallischen Bindemittel zu verhindern.

Möglich ist auch die Arbeit der zu patentierenden Anlage im Betriebszustand der Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 15 (Fig. 1 und 2) unmittelbar vor dem Auftragen des Überzuges 14, das heisst in einem Arbeitszyklus der Anlage. In diesem Fall wird in den Dosierer 11 das feindisperse Pulver eines Schleifstoffs (beispielsweise Siliziumkarbid) eingebracht und eine verhältnismässig grosse Zeitverzögerung durch das Verzögerungselement 16 vorgegeben. Unter diesen Bedingungen geschieht kein Plattieren des einen Materials mit einem anderen, und die durch die Detonationsprodukte s beschleunigten Schleifstoffteilchen führen eine Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 15 vor dem Auftragen des Überzugs 14 aus.

Somit gestattet die zu patentierende Anlage es, Mehrkomponenten-Überzüge und gleichartige Überzüge aus Einkom-io ponenten-Pulvermaterialien aufzutragen, wobei die Notwendigkeit der Herstellung von Pulvergemischen oder Massen ausgeschlossen wird. Mit Hilfe dieser Anlage kann man auch eine Reinigung von Werkstücken unmittelbar vor dem Auf- . tragen von Überzügen vornehmen, wobei die Adhäsionsfe-15 stigkeit derselben erhöht wird.

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1 Blatt Zeichnungen