CH685477A5

CH685477A5 - Vorrichtung zum Flammspritzen von pulverförmigen Werkstoffen mittels Stichflamme.

Info

Publication number: CH685477A5
Application number: CH324/90A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Dr Simm; Hans-Theo Steine; Karl Peter Streeb
Original assignee: Castolin Sa
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1995-07-31
Also published as: US5014915A; GB2228691A; FR2642991A1; GB9002865D0; GB2228691B; DE3903887A1; DE3903887C2

Description

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CH 685 477 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flammspritzen von pulverförmigen Werkstoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei allen bekannten Verfahren zum Hochenergie-Flammspritzen mit einer autogenen Flamme, die mit einer Einschnürung der Flamme in einem wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz arbeiten, treten bei längeren Beschleunigungsrohren Probleme durch auftretende Partikel an der Rohrwand auf, die bei längerem Arbeiten zum Zusetzen oder zur Zerstörung des Beschleunigungsvorsatzes führen. Diese Probleme sind auf die ungünstige Verwirbelung der Feinpartikel in der Aussenzone der Flamme zurückzuführen und haben eine starke Abhängigkeit von dem pulverförmigen Werkstoff bzw. der Zusammensetzung, der Korngrösse, der Herstellungsart und der Morphologie der Teilchen.

Will man mit einem Verfahren beschichten, das ein wassergekühltes Beschleunigungsrohr verwendet, ist letzteres für jeden pulverförmigen Werkstoff spezifisch zu konstruieren. Bislang ist es nicht möglich, Flammspritzgeräte mit Beschleunigungsvorsatz längere Zeit ohne Störungen und Schwierigkeiten zu betreiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Probleme zu beseitigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruchs.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung enthält die Einschnüreinrichtung wenigstens eine Stabilisierungskammer für das zuführbare Einschnürgas. Diese im Rahmen der Erfindung mit einem konstanten oder einem variablen Volumen ausgestattete Stabilisierungskammer umgibt ringförmig die Vorrichtungslängsachse und schliesst an die Austritts-öffnung/en an.

Jene Austrittsöffnungen sind bevorzugt entweder parallel zur Vorrichtungsachse verlaufende Bohrungen oder es ist ein Ringspalt vorgesehen.

Erfindungsgemäss ist eine Ausgestaltung der Einschnüreinrichtung mit konstanter Stabilisierungskammer und deren Gaszuführung lösbar an dem an sich bekannten Beschleunigungsvorsatz angeordnet und überragt diesen mit einem Mündungsrohr.

Bei einer anderen erfindungsgemässen Ausführung der Düseneinrichtung besteht diese aus einem endwärts das Beschleunigungsrohr überragenden Mündungsrohr sowie einem Düsenrohr, welches mit dem Ansatzkörper verbunden ist und mit diesem die variable Stabilisierungskammer begrenzt. Hierbei soll die Gaszuführung der Stabilisierungskammer im Ansatzkörper vorgesehen sein.

Die Stabilisierungskammer kann einends von einem Innenkragen der Düseneinrichtung begrenzt sein, der mit dem Beschleunigungsrohr einen Spalt bildet, wobei der Innenkragen bevorzugt als Schneide endet.

Es ist neben dem Einsatz von Düsenrohren, die vom Ansatzkörper trennbar sind, auch möglich, dass der Ansatzkörper mit dem Düsenrohr einstük-kig ausgebildet und sowohl mit den Kühlmittelführungen als auch mit der Stabilisierungskammer versehen ist.

Erfindungsgemäss wird der Einschnürgasdruck in der Stabilisierungskammer hinter der Austrittsöffnung aufgebaut und stabilisiert. Beim Verschieben, der Einschnüreinrichtung auf dem wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz entsteht eine weitere Einschnürzone der Flamme durch den Gasstrom im Bereich von 20 bis 100 mm, vorzugsweise 30 bis 80 mm.

Wenn man den wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz relativ kurz hält und auf ihm eine derartige Einschnüreinrichtung aufsetzt sowie die Flamme durch einen Gasstrom - mit derselben Geschwindigkeit wie die der Flamme - weiter einschnürt und beschleunigt, treten die erkannten Schwierigkeiten ebenfalls nicht mehr auf.

Als ideale Länge für das Beschleunigungsrohr hat sich der Bereich von 30 bis 150 mm, vorzugsweise 30 bis 80 mm, erwiesen.

Die Zone der Ablagerungen in dem wassergekühlten Beschleunigungsrohr wird dadurch in den Bereich der Gaseinschnürung verschoben, die vom Flammenaustritt aus dem wassergekühlten Beschleunigungsrohr ab zwischen 20 bis 100 mm, vorzugsweise 20 bis 80 mm, liegt.

Durch den aus der Einschnüreinrichtung austretenden Gasstrom wird auch das Problem des Anhaftens der Feinpartikel an der Rohrwandung vermieden.

Der Gesamtquerschnitt für die Gasaustrittsöffnungen sollte erfindungsgemäss zwischen 0.1 bis 30 mm2 bzw. 1 bis 10 mm2, vorzugsweise 2 bis 8 mm2, liegen.

Bei ringförmig ausgebildeten Austrittsöffnungen haben sich Spaltweiten zwischen 0.01 bis 1.0 mm, vorzugsweise 0.05 bis 0.7 mm, als günstig erwiesen.

Wenn die Flamme abhängig von dem pulverförmigen Werkstoff nur auf eine Geschwindigkeit im Bereich von 150 bis 250 m/s beschleunigt werden soll, kann die Einschnüreinrichtung auch ohne den wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz auf den Düsenträger eines Flammspritzgerätes aufgesetzt werden.

Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils im Längsschnitt in

Fig. 1: einen Teil einer Vorrichtung zum Flammspritzen mit einem Düsenträger in einer Führungs-ausnehmung, einem wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz und einem Gaseinschnürrohr als Einschnüreinrichtung;

Fig. 2: eine gegenüber Fig. 1 veränderte Ausführungsform;

Fig. 3: den Düsenträger einer anderen Ausführung mit unmittelbar auf diesem sitzenden Gaseinschnürrohr als Einschnüreinrichtung.

Ein Düsenträger 10 eines aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellten Brenners ragt mit einer Brennerdüse 11 in eine als

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Brennkammer dienende Führungsausnehmung 12 eines Durchmessers d so ein, dass der Düsenträger 10 axial im Bereich eines Schubmass a lageverändert zu werden vermag.

Die Brennkammer oder Führungsausnehmung 12 ist in einem rohrartigen Ansatzkörper als Beschleunigungsvorsatz 14 untergebracht und verjüngt sich in einem Bereich 16 einer Länge b zu einem Axialkanal 18 des Durchmessers e eines wassergekühlten Beschleunigungsrohres 19. Die Länge n des Beschleunigungsrohres 19 misst hier 60 mm. Den Axialkanal 18 - sowie jenen konischen Bereich 16 und die Führungsausnehmung 12 - umgibt in einem Abstand f ein Ringraum 20 als Kühlkanal der Weite i.

Im Bereich des die Führungsausnehmung 12 umgebenden Stirnendes 13 des Beschleunigungsvorsatzes 14 gehen vom Kühlkanal 20 radial ein Eintrittsstutzen 21 sowie ein Austrittsstutzen 22 für Kühlwasser ab. Neben dem Eintrittsstutzen 21 ist ein weiterer Rohrstutzen für Einschnürgas als Gaszuführung 24 zu erkennen, der sich im Beschleunigungsvorsatz 14 als enger Gaskanal bis zu einem Ringkanal für Einschnürgas als weitere Gaszuführung 25, 26 fortsetzt.

Die als Ringkanal ausgebildete Gaszuführung 26 ist über Bohrungen 26a mit einer Stabilisierungskammer 28 für variablen Gasdruck verbunden, die zum einen radial von der Umfangsfläche 17 des Beschleunigungsrohres 19 und einer Innenfläche 29 eines Gaseinschnürrohres als Einschnüreinrichtung 30 - mit Innengewinde 31 - sowie zum anderen in axialer Richtung von einer Schulterfläche 27 des Rohrkörpers 14 und einen gegenüberliegenden Innenkragen 32 der Einschnüreinrichtung 30 begrenzt ist. Diese wird an einem Gewinde 31 auf den Umfang des Beschleunigungsvorsatzes 14 aufgeschraubt und übergreift die durch das Beschleunigungsrohr 19 bedingte Schulterfläche 27. Der Innenkragen 32 ist zum Beschleunigungsrohr 19 hin als radiale Schneide 33 ausgebildet und bestimmt einen Ringspalt als Austrittsöffnung 34 für Einschnürgas.

Die Einschnüreinrichtung 30 besteht aus einem jenes Gewinde 31 aufweisenden Düsenrohr 36 als Einschnürgasdüse und einem Mündungsrohr 38 kürzeren Durchmessers; im Bereich jenes Innenkragens 32 weist die Einschnüreinrichtung 30 seinerseits einen Schulterabsatz 37 auf.

Das Einschnürgas - Luft, Stickstoff oder ein Edelgas wie Argon oder Helium - wird über den Rohrstutzen als Gaszuführung 24 und den Gaskanal als weitere Gaszuführung 25 dem Ringkanal zugeleitet. Aus diesem strömt das Einschnürgas über mehrere Bohrungen 26a in die volumenveränderliche Gasdruckstabilisierungskammer 28, wo sich der Druck ausgleicht. Über die messerförmig ausgebildete Kante 33 und den Ringspalt als Austrittsöffnung 34 tritt das Einschnürgas mit hoher Geschwindigkeit in das Gaseinschnürrohr bzw. die Einschnüreinrichtung 30 über und schnürt so die Flamme weiter ein, so dass ein Ankleben von Feinpartikeln an der Rohrwandung verhindert ist. Die Austrittsgeschwindigkeit des Einschnürgases soll der der Flamme entsprechen.

Die gezündete Flamme brennt in der von der Führungsausnehmung 12 gebildeten Brennkammer und wird anschliessend in dem wassergekühlten Beschleunigungsrohr 19 eingeschnürt und beschleunigt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind Beschleunigungsvorsatz und die Einschnüreinrichtung 30a an einander gegenüberliegenden Stirnflächen 27 und 40 getrennt; die Einschnüreinrichtung 30 lagert mittels eines von der Stirnfläche 40 ausgehenden Innenringes 42 verschieblich am Beschleunigungsrohr 19. Hier wird die in ihrem Volumen konstante Stabilisierungskammer 28a an ihrer zur Brennerdüsenachse M gerichteten Seite von jenem Innenring 42 begrenzt. Der Rohrstutzen 24 für das Einschnürgas ragt vom Gaseinschnürrohr 30a ab.

In Fig. 3 umgibt den Düsenträger 10 als Ansatzkörper und Einschnüreinrichtung 30b eine wassergekühlte Einschnürgasdüse - ohne Beschleunigungsvorsatz - an einem Rohrkörper 44 mit einer axialen Führungsausnehmung 12b der Länge h für den Düsenträger 10 und einen anschliessenden Rohrraum 46 grösseren Durchmessers q.

Um diesen ist ein - bei einer Radialfläche 45 gestufter - Ringraum als Kühlkanal 20b mit Ein- und Austrittsstutzen 21 und 22 gelegt. Die beschriebene Stabilisierungskammer 28a umfasst die Führungsausnehmung 12b und mündet mit Austrittsbohrungen als Austrittsöffnungen 48 in der Radialfläche 45. Für diese Austrittsöffnungen 48 wird ein Querschnitt von etwa 0.1 bis 30 mm2 gewählt.

Das Einschnürgas tritt in die Einschnüreinrichtung 30 durch die ringförmig um die Flamme angeordneten Austrittsbohrungen oder Austrittsöffnungen 48 ein, die Einschnürung der Flamme erfolgt durch das Expandieren des Einschnürgases nach dem Austritt aus jenen Austrittsöffnungen 48. Als Einschnürgase können Edelgase wie Argon, Helium oder Druckluft oder Stickstoff eingesetzt werden.

Bei einer nicht dargestellten Ausführung sind die bohrungsartigen Austrittsöffnungen 48 radial - beispielsweise in die Führungsausnehmung 12b - gerichtet.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Flammspritzen von pulverförmigen Werkstoffen mittels Stichflamme, mit einem eine Brennerdüse (11) aufweisenden Düsenträger

(10), der in eine Führungsausnehmung (12, 12b) eines die Brennerdüse (11) umgebenden und mit Kühlmittelführungen (20, 20b) versehenen Ansatzkörpers einragt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatzkörper entweder als Beschleunigungsvorsatz (14) ausgebildet ist und eine Einrichtung (30, 30a) zum Einschnüren der Flamme mittels Einschnürgas aufweist, wobei diese Einschnüreinrichtung zumindest eine Austrittsöffnung (34; 48) für das Einschnürgas aufweist, die dieses zur Brennerdüse

(11) im wesentlichen axial oder im wesentlichen radial austreten lässt, oder die Einschnüreinrichtung (30b) selbst den Ansatzkörper bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnüreinrichtung (30, 30a, 30b) wenigstens eine Stabilisierungskammer

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(28, 28a) für das Einschnürgas enthält, welche stromaufwärts an die Austrittsöffnung/en (34; 48) anschliesst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnüreinrichtung (30, 30a, 30b) axial zur Brennerdüse (11 ) verstellbar angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (34; 48) zur Brennerdüsenachse (M) ringartig angeordnet sind, wobei die Stabilisierungskammer (28, 28a) ringförmig die Brennerdüsenachse (M) umgibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch etwa achsparallele Bohrungen als Austrittsöffnungen (48).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (48) in einer Radialfläche (45) des Beschleunigungsvorsatzes (14) oder der Einschnüreinrichtung (30b) münden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Querschnitt der an der Radialfläche (45) angeordneten Austrittsöffnung (48) von 0,1 bis 30 mm2.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungskammer (28a oder 28) ein konstantes Volumen oder ein einstellbares Volumen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnüreinrichtung (30, 30a) mit dem Beschleunigungsvorsatz (14) lösbar verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnüreinrichtung (30a) mit der Stabilisierungskammer (28a) lösbar am Beschleunigungsvorsatz (14) angeordnet ist und ein dessen freies Ende bildendes Beschleunigungsrohr (19) mit einem Mündungsrohr (38) überragt, wobei gegebenenfalls die Einschnüreinrichtung (30a) die Gaszuführung (24) für die Stabilisierungskammer (28a) trägt (Fig. 2).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnüreinrichtung (30) aus einem den Beschleunigungsvorsatz (14) sowie ein dessen freies Ende bildendes Beschleunigungsrohr (19) überragendes Mündungsrohr (38) und einem Düsenrohr (36) besteht, welches mit dem Beschleunigungsvorsatz (14) lösbar verbunden ist und mit einer Umfangsfläche (17) des Beschleunigungsrohres (19) die Stabilisierungskammer (28) begrenzt, wobei gegebenenfalls eine Gaszuführung (24 bis 26) der Stabilisierungskammer (28) im Beschleunigungsvorsatz (14) verläuft (Fig. 1).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Überwurfschraubrohr als Düsenrohr (36) zur axialen Verschiebung der Einschnüreinrichtung (30).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungskammer (28, 28a) einends von einem Innenkragen (32) der Einschnüreinrichtung (30, 30a) begrenzt ist, der mit dem Beschleunigungsrohr (19) einen Ringspalt als Austrittsöffnung (34) bildet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt eine Spaltweite von 0.01 bis 1.0 mm, vorzugsweise 0.05 bis 0.7 mm, aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Querschnitt der Austrittsöffnung (34) für das Einschnürgas von 1 bis 10 mm2, vorzugsweise 2 bis 8 mm2.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkragen (32) als Schneide (33) endet, der gegebenenfalls ein das Beschleunigungsrohr (19) umfangender Innenring (42) in Flammrichtung axial vorgelagert ist (Fig. 1, 2).

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch einen Bereich der Längenverschiebbarkeit der Einschnüreinrichtung (30, 30a) auf dem Beschleunigungsrohr (19) zwischen 20 bis 80 mm, vorzugsweise 20 bis 50 mm.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungsvorsatz (14) mit der Einschnüreinrichtung (30b) einstückig ausgebildet und sowohl mit Eintrittsstutzen (21) und Austrittsstutzen (22) zur Kühlmittelführung als auch mit der Stabilisierungskammer (28a) versehen ist (Fig. 3).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einschnürzone der Flamme durch den Gasstrom im Bereich von 20 bis 100 mm, vorzugsweise 30 bis 80 mm, bei auf dem wassergekühlten Beschleunigungsvorsatz (14) verschobener Einschnüreinrichtung (30, 30a).

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