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Die
Erfindung betrifft einen Pulverförderer zum
thermischen Spritzen umfassend einen Pulvervorratsbehälter, ein
Gehäuse
mit einem Pulverausgangskanal, eine Förderscheibe am Boden des Pulvervorratsbehälters mit
Transportkammern zu dem im Gehäuse
liegenden Pulverausgangskanal.
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Beim
thermischen Spritzen werden Beschichtungen unterschiedlichster Art
auf Werkstoffe aufgebracht. Das Beschichtungsmaterial liegt in der Regel
als Draht oder als Pulver vor. Pulverförmige Beschichtungsmaterialien
werden v.a. beim Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen,
beim Plasmaspritzen und beim Kaltgasspritzen eingesetzt. In der
Regel wird das Beschichtungsmaterial in der Spritzpistole mit einem
Gasstrom beschleunigt. Der Gasstrom verlässt dazu die Spritzpistole über einen düsenförmigen Ausgang.
Während
bei den meisten Methoden des thermischen Spritzens die Beschichtungspartikel
an- oder aufgeschmolzen werden, liegen beim Kaltgasspritzen die
Temperaturen immer unter der Schmelztemperatur des Beschichtungswerkstoffs.
Beim Auftreffen des Beschichtungsmaterials auf das Werkstück bildet
sich die Beschichtung aus.
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Für eine qualitativ
hochwertige Schicht ist eine konstante Auftragsrate beziehungsweise
ein konstanter Massefluss an Beschichtungsmaterial Grundvorrausetzung.
Dies bedeutet, dass die auf das Werkstück auftreffende Beschichtungsmaterialmenge
zeitlich nicht schwanken darf. Nur unter dieser Voraussetzung werden
gleichmäßige Schichtdicken
und Schichtdichten erreicht. Damit nun ein konstanter Pulverfluss
aus der Spritzpistole stattfinden kann, ist es notwendig, dass das
Pulver gleichmäßig der
Spritzpistole zugeführt
wird. Bei drucklosen Spritzpistolen und rieselförmigen Pulvern kann dies unter
Ausnutzung der Schwerkraft geschehen. Steht die Spritzpistole unter
Druck, muss das Pulver aktiv in die Pistole gefördert werden. Dies geschieht
mit einem Pulverförderer.
Auch bei nichtrieselförmigen Pulvern
und Pulver aus Mikropartikeln oder noch kleineren Partikeln werden
Pulverförderer
eingesetzt.
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Bekannte
Pulverförderer
arbeiten mit Förderschnecken,
Trommeln oder Förderscheiben
oder im Injektionsbetrieb.
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Normalerweise
wird das Pulver in der Spritzpistole mit dem Gasstrom vermischt
bevor das Pulver-Gas-Gemisch in der Düse der Spritzpistole auf die
Endgeschwindigkeit beschleunigt wird. Das Pulver muss folglich bei
dem Druck in den Gas injiziert werden, der vor der Düse vorliegt.
Insbesonders beim Kaltgasspritzen ist dies problematisch, da Kaltgasspritzpistolen
normalerweise mit hohen Drücken im
Bereich von 5 bis 35 bar betrieben werden. Diese Drücke sind
notwendig, damit die erforderlichen Gas- und Beschichtungspartikelgeschwindigkeiten
erreicht werden. Die Praxis hat gezeigt, dass verfügbare Pulverförderer nicht
in der Lage sind, bei diesen hohen Betriebsdrücken Pulver mit einer gleichmäßigen Förderrate
zur Verfügung
zu stellen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pulverförderer anzugeben,
der hohe Betriebsdrücke
zulässt
und eine gleichmäßige Pulverabgabe auch
von nichtrieselfähigen
Pulvern und Pulvern aus Mikropartikeln in ein Trägergas ermöglicht. Insbesondere muss der
Pulverförderer
in der Lage sein, eine Kaltgasspritzpistole mit einem gleichmäßigen Strom an
Pulver zu versorgen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass im Inneren des Pulvervorratsbehälters ein Pulverführungselement
und/oder ein Vibrator zum Befüllen
der Transportkammern angebracht ist. Durch Anbringen des Pulverführungselements
und/oder des Vibrators im Pulverbehälter wird ein konstanter Massefluss
an Pulver möglich,
da für
diesen die Befüllung
der Transportkammern von entscheidender Bedeutung ist. Im Gehäuse des
Pulverförderers
entnimmt ein Gasstrom das Pulver den Transportkammern und leitet es
im Pulverausgangskanal aus dem Pulverförderer hinaus und weiter zur
Spitzpistole. Der Gasstrom nimmt die Pulverpartikel mit. Eine gleichmäßige Pulverförderrate
ist jedoch nur möglich,
wenn das Pulver an der Entnahmestelle in gleichmäßiger Menge zur Verfügung steht.
Dies setzt wiederum eine gleichmäßige Befüllung der
Transportkammern voraus. Für eine
optimale Befüllung
sorgen erfindungsgemäß Pulverführungselement
beziehungsweise Vibrator. Durch diese beiden Einrichtungen wird
es ferner möglich,
die Transportkammern derartig anzuordnen, dass eine nahezu kontinuierliche
Pulverentnahme möglich
ist, da die Diskontinuität,
die normalerweise auf die separate Anordnung der einzelnen Transportkammern
zurückzuführen ist,
minimiert wird. Hauptaufgabe des Pulverführungselements ist es dabei, fortwährend ausreichend
Pulver an den Transportkammern zur Verfügung zu stellen und für eine vollständige Befüllung der
Transportkammer zu sorgen. Der Vibrator wirkt v.a. der Brückenbildung
entgegen. Die Pulverpartikel neigen dazu, sich über Hohlräume hinweg miteinander zu verbinden;
sie bilden eine Brücke.
Entstehen Verbindungen über
die Transportkammer hinweg, verzögert
sich die Befüllung
bis die Verbindungen brechen. Dies hat eine unzureichende Befüllung der
Transportkammern zur Folge. Ferner entstehen aufgrund der Brückenbildung
in den befüllten
Transportkammern kleine Hohlräume.
Der Vibrator unterbindet nun die Brückenbildung, indem er die zwischen
den Pulverpartikeln entstehenden Verbindungen durch seine Vibrationsbewegung
zerstört.
Da dies an der Stelle der Befüllung
geschieht, wird eine Entmischung des Pulvers wirkungsvoll unterbunden – im Gegensatz
zu Vibratoren, die außerhalb
des Pulvervorratsbehälters
angebracht sind und die, da sie zumindest einen Teil des Pulvervorratsbehälters bewegen,
zu einer Pulverentmischung führen.
Ferner unterbindet der Vibrator ein Anbacken von Partikeln an den
Rändern
der Transportkammern sowie ein Verklumpen durch Anbacken von Partikeln
untereinander. Brückenbildung,
Entmischung und Anbacken sind Phänomene,
die sehr stark von der Pulverbeschaffenheit abhängen. Mit dem erfindungsgemäßen Pulverförderer wird
es somit möglich,
auch nicht nichtrieselfähige
Pulver, Pulver mit kantigen Partikeln und Pulver aus Mikropartikel
und kleiner zu fördern.
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Vorteilhafterweise
arbeitet der Pulverförderer bei
einem Betriebsdruck von 3 bis 45 bar, vorzugsweise von 10 bis 35
bar. Ein Betrieb des Pulverförderer
bei diesen Drücken
ist notwendig, damit der erfindungsgemäße Pulverförderer zum Kaltgasspritzen eingesetzt
werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Pulverführungselement
als Feder ausgestaltet. Eine Feder gewährleistet die Führung des
Pulvers hin zu den Transportkammern in hervorragender Weise.
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Vorteilhafterweise
leitet das Pulverführungselement
das Pulver zu den Transportkammern, die – in Transportrichtung des
Pulvers gesehen – nahe
am Eingang der Förderscheibe
in das Gehäuse
liegen. Dadurch steht am Ende des Befüllungsbereichs genügend Pulver
zu Verfügung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Vibrator mit einem Stift
ausgestattet. Der Durchmesser des Stiftes entspricht dabei in etwa
der Größe einer
Transportkammer. Der Stift führt
eine lokal begrenzte Vibration aus, die die Befüllung optimiert und eine Entmischung
des Pulvers nahezu ausschließt.
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Vorteilhafterweise
ist der Vibrator den Transportkammern zugeordnet, die – in Transportrichtung des
Pulvers gesehen – nahe
am Eingang der Förderscheibe
in das Gehäuse
liegen. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung werden die Transportkammern
zuerst durch ein Fließen
des Pulvers in die Transportkammern befällt. Diese unzureichende Befüllung wird
nun am Ende des Befüllungsbereichs
vervollständigt.
Dabei sorgt die Vibration für
eine vollständige
Befüllung
der Transportkammern.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Transportkammern
ringförmig
im Außenbereich
der Förderscheibe
angeordnet. Bei dieser Anordnung der Transportkammern arbeiten Pulverführungselement
und Vibrator besonders ausgezeichnet.
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Vorteilhafterweise
sind die Transportkammern miteinander verbunden. Dies unterstützt die Befüllung. Ferner
wird die Gleichmäßigkeit
des Pulverstroms im Pulverausgangskanal verbessert.
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Die
Transportkammern sind mit Vorteil meanderförmig ausgestaltet. Das Meandern
der Transportkammern optimiert die Gleichmäßigkeit des Pulverstroms im
Pulverausgangskanal.
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Weiterhin
ist die Förderscheibe
vorteilhafterweise schwimmend gelagert. Wird über die Förderscheibe hinweg im Pulvervorratsbehälter kein
Druckgradient aufgebaut, werden Verstopfungen mit Pulver am Förderscheibenrand
und auch in den Transportkammern unterbunden.
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Dazu
sind vorteilhafterweise unter der Förderscheibe Druckausgleichsöffnungen
angebracht. Mit Druckausgleichsöffnungen
werden Druckgradienten wirkungsvoll vermieden. Bohrungen im Gehäuse unter
der Förderscheibe
sind eine einfache und bevorzugte Ausgestaltung der Druckausgleichsöffnung.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist der Pulverausgangskanal von Abdeckungen
geschützt.
Die Abdeckungen unterbinden ein Eindringen von Teilen des Gasstroms
aus dem Pulverausgangskanal in den Pulvervorratsbehälter und
damit ein Verwirbeln des Pulvers.
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Die
Verwendung eines Pulverförderers
nach einem der Ansprüche
1 bis 12 zum thermischen Spritzen, insbesondere zum Kaltgasspritzen
löst die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Beim Kaltgasspritzen werden
sehr hohe Drücke
verwendet. Der erfindungsgemäße Pulverförderer arbeitet auch
bei diesen hohen Drücken
zuverlässig.
Es wird ein konstanter Massefluss erreicht und Pulververstopfungen
werden nahezu ausgeschlossen. Ferner zeigen sich diese Vorteile
des erfindungsgemäßen Pulverförderes auch
beim Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und beim Plasmaspritzen.
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Im
Folgenden soll die Erfindung mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Teilansicht eines beispielhaften Pulverförderers;
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2 eine
beispielhafte Ausgestaltung einer Förderscheibe, eines Pulverführungselements
und eines Vibrators.
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1 zeigt
dazu einen Pulverförderer 1 umfassend
einen Pulvervorratsbehälter 2,
ein Gehäuse 3 mit
einem Kanal für
den Pulverausgang 4, eine Förderscheibe 5 mit
Transportkammern 6 und Druckausgleichsbohrungen 9,
ein Pulverführungselement 7 und
einen Vibrator 8.
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In
den Pulvervorratsbehälter 2 wird
das Pulver eingefüllt
und der Pulverförderer
wird druckdicht verschlossen. Der Druck im Pulverförderer 1 wird
auf bis zu 35 bar angehoben. Die Pulverförderung geschieht mit der kreisförmigen Förderscheibe 5,
die exzentrisch am Grund des Pulvervorratsbehälters 2 rotiert. Aufgrund
dieses Versatzes ist die Achse A nicht die Mittelachse. Unter der
Förderscheibe 5 sind Druckausgleichsöffnungen 9 (zur
Lage der Druckausgleichsöffnungen
siehe 2) angebracht, die dafür sorgen, dass im Pulvervorratsbehälter und
unterhalb der Scheibe der gleiche Druck herrscht. In die Förderscheibe 5 sind
im Außenbereich
gleichmäßig meanderförmige Transportkammern 6 (siehe 2) eingebracht,
welche teilweise zum Pulvervorratsbehälter 2 hin offen sind
und teilweise von dem Gehäuse 3 verdeckt
werden. Das Pulver muss zur Förderung
zuerst die Transportkammern 6 befüllen, bevor es im Gehäuse 3 in
den Pulverausgangskanal 4 gelangt. Im Pulverausgangskanal 4 nimmt
ein Gasstrom das Pulver auf und trägt es weiter. Für die notwendige
gleichmäßige Befüllung der
Transportkammern 6 sorgen Pulverführungs element 7 und
Vibrator 8. Durch die Schwerkraft fällt Pulver vom Pulvervorratsbehälter in
die Transportkammern 6 hinein. Das Pulverführungselement 7 leitet
zusätzlich
Pulver in die Transportkammern 6 und verbessert die Befüllung. Der
Vibrator 8 ist mit einem Stift ausgestattet und zeigt am
Ende des Pulverführungselements 7 auf
die Transportkammern 6. Die Vibration lockert das Pulver
und sorgt für
eine gleichmäßige Befüllung. Durch
Drehung wird das Pulver zu dem sich in dem Gehäuse 3 befindlichen
Pulverausgangskanal 4 befördert. Der Pulverausgangskanal 4 trifft
im Gehäuse auf
die Transportkammern 6. In der Umgebung des Pulverausgangskanals 4 sind
zusätzlich
Abdeckungen angebracht. Ein Fördergasstrom,
der durch den Kanal geleitet wird, nimmt das Pulver aus den Transportkammern 6 auf
und leitet es in Richtung Spritzpistole weiter.
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2 zeigt
eine Förderscheibe 5 mit
Transportkammern 6 sowie Pulverführungselement 7 und Vibrator 8 in
Aufsicht.
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In
die Förderscheibe 5 sind
ringsherum am Rand meanderförmigen
Transportkammern 6 eingearbeitet. Unter der Förderscheibe
sind im Gehäuse Druckausgleichsbohrungen 9 gesetzt,
deren Lage in 2 skizziert ist. Das Pulverführungselement 7 ist als
Feder ausgestaltet, auf der Förderscheibe
plaziert und reicht von in etwa der Mitte der Förderscheibe bis zu den Transportkammern.
Der dem Vibrator 8 zugehörige Stift seht nahezu senkecht
zur Förderscheibe 5 und
zeigt auf die Stelle, an der auch das Pulverführungselement 7 an
den Transportkammern endet.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Pulverförderer werden
bevorzugt Pulver mit einer Partikelgröße von 2 bis 100 μm, vorzugsweise
von 5 bis 45 μm
zu einer thermischen Spritzpistole, insbesondere zu einer Kaltgasspritzpistole
gefördert.
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- 1
- Pulverförderer
- 2
- Pulvervorratsbehälter
- 3
- Gehäuse des
Pulverförderers
- 4
- Pulverausgangkanal
- 5
- Förderscheibe
- 6
- Transportkammern
- 7
- Pulverführungselement
- 8
- Vibrator
- 9
- Druckausgleichsöffnungen
- A
- Achse