DE102005063145A1

DE102005063145A1 - Burner head for air-cooled high velocity flame-spraying equipment, comprises spray nozzle adapter, mounting sleeve, gas-mixing spray nozzle and combustion chamber

Info

Publication number: DE102005063145A1
Application number: DE200510063145
Authority: DE
Inventors: Erwin Hühne
Original assignee: IBEDA SICHERHEITSGERAETE und G; Ibeda Sicherheitsgerate und Gastechnik & Co KG GmbH
Current assignee: IBEDA SICHERHEITSGERAETE und G; Ibeda Sicherheitsgerate und Gastechnik & Co KG GmbH
Priority date: 2005-12-31
Filing date: 2005-12-31
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Four separate functional components (4, 19, 14, 10) work together. The first is a spray nozzle adapter (4). Working-, oxygen- and fuel gases flow separately through radially-distributed, axial bores (15, 16), into separate annular grooves (17, 18) situated in its downstream end face. The second component is a mounting sleeve (19) making gas-tight connection between first and third components. The third component is a gas-mixing spraying nozzle (14), fed with powder and/or wire. It discharges into the fourth component, the combustion chamber (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte zum thermischen Spritzen von stab-, kordel, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The The invention relates to a burner head for air-cooled high-speed flame spraying apparatus for thermal Spraying of rod, cord, wire and powder materials with the Features of the preamble of claim 1.

Eine Vielzahl von Serienteilen werden mit Flammspritzgeräten durch Aufspritzen hochwertiger Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten gegen vorzeitigen Verschleiß, chemische Abnutzung, Hitzekorrosion und andere Verschleißarten geschützt. Die Anforderungen an die Qualität der auf Bauteiloberflächen aufzubringenden Schutzschichten und an deren Reproduzierbarkeit durch die Anwender im Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt, der Chemischen Industrie u. v. m. ist groß.A Variety of series parts are going through with flame spraying equipment Spraying high quality wear and corrosion protection layers against premature wear, chemical wear, heat corrosion and other types of wear protected. The requirements to the quality the on component surfaces applied protective layers and their reproducibility by users in mechanical engineering, aerospace, the Chemical industry u. v. m. is big.

Um die erforderlichen Schichtqualitäten erzeugen zu können werden spezielle Qualitätsnormen für die Spritzzusatzwerkstoffe festgelegt und sind bei der Konstruktion von Geräten zum thermischen Spritzen entsprechende technische Regeln, Bauartvorschriften, sowie gesetzliche Bestimmungen zu beachten.Around the required layer qualities to be able to produce become special quality standards for the spray additives and are used in the construction of thermal spraying equipment corresponding technical rules, design regulations, as well as legal Observe regulations.

Bekannte Brennerköpfe für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Pulver- und Drahtspritz-Pistolen sind mit einem so genannten "Syphonblock" als Brenngas Sauerstoff Mischsystem ausgestattet und mit einer nachgeschalteten Spritzdüse bestückt. Die Brenngas Sauerstoffmischung erfolgt in dem "Syphonblock" nach dem so genannten "Druckgas Mischsystem", so dass innerhalb des "Druckgas-Mischsystems" ein zündfähiges Brenngas-Sauerstoffgemisch entsteht. Durch den Einbau entsprechender Spritzdüsentypen können bisher luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit den meisten Brenngas Sauerstoffgemischen betrieben werden. Es besteht jedoch bereits beim Betrieb mit Brenngasen, wie z. B. Propangas oder Ethen mit relativ niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit Sauerstoff eine ständige latente Flammenrückzünd- bzw. -rückschlaggefahr, da es bei Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräten in Folge von Ablagerungen von geschmolzenen Spritzpartikel an der Innenwandung der luftgekühlten Brennkammer, und/oder an der Spritzdüsenstirnseite u. a. zu einer Erhöhung des Brennkammerdruckes sowie zu Verwirblungen des Brenngas-Sauerstoffgemisches und somit zur Störung der Strömungsgeometrie der Hypersonic Hochgeschwindigkeitsflamme beim Ausströmen aus der Brennkammeraustrittsbohrung kommen kann. Der unstabile Zustand zwischen Ausströmgeschwindigkeit und Zündgeschwindigkeit führt dazu, dass die Zündgeschwindigkeit der Brenngas Sauerstoffgemische höher wird als die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas Sauerstoffgemisches, so dass es zwangläufig zu einer Rückzündung, bzw. zu einem "Flammen-Rückschlag in den "Syhonblock" kommt, wo Brenngas in die 4 Sauerstoffströme nach dem Drückgasprinzip zugeführt wird. Ein "Flammen-Rückschlag in einen solchen Syhonblock des Standes der Technik führt zur völligen Zerstörung des gesamten Brennerkopfes. Der Betrieb mit hochenergetischen Brenngasen mit extrem hohen Zünd- und Verbrennungsgeschwindigkeiten, wie Wasserstoff oder Azetylen in Verbindung mit Sauerstoff, ist mit luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennersystemen, die mit einem Druckgas-Mischsystem gemäß dem Stand der Technik ausgestattet sind, nicht möglich, da die Zündgeschwindigkeiten der genannten hochenergetischen Brenngas-Sauerstoffgemische beim Einströmen in die Brennkammer nach dem Zünden durch den in der Brennkammer entstehenden Brennkammerdruck höher ist als die Strömungsgeschwindigkeiten der Brenngas-Sauerstoffgemische.Known burner heads for air-cooled high-speed powder and wire spray guns are with a so-called "Siphonblock" as fuel gas oxygen Equipped mixing system and equipped with a downstream spray nozzle. The fuel gas Oxygen mixture takes place in the "siphon block" after the so-called "compressed gas mixing system", so that within the "compressed gas mixing system" an ignitable fuel gas-oxygen mixture arises. By installing appropriate spray nozzle types can previously air-cooled High-speed flame spraying equipment with the most fuel gas Oxygen mixtures are operated. It already exists when operating with fuel gases, such. As propane gas or ethene with relatively low combustion speeds in conjunction with Oxygen a permanent one latent flame reignition or -rückschlaggefahr, as it is at high-speed flame spraying equipment as a result of deposits molten spray particles on the inner wall of the air-cooled combustion chamber, and / or at the spray nozzle end u. a. to an increase the combustion chamber pressure and Verwirblungen the fuel gas-oxygen mixture and thus to the disorder the flow geometry the Hypersonic high-speed flame while flowing out the combustion chamber outlet hole can come. The unstable state between outflow velocity and ignition speed causes that the ignition speed the fuel gas oxygen mixtures is higher than the outflow velocity of the fuel gas oxygen mixture, making it inevitable too a flashback, or to a "flame setback in the "Syhonblock" comes, where fuel gas into the 4 oxygen streams according to the pressurized gas principle supplied becomes. A "flame setback in such Syhonblock of the prior art leads to complete destruction of the entire burner head. Operation with high-energy fuel gases with extremely high ignition and combustion rates, such as hydrogen or acetylene in connection with oxygen, is with air-cooled high-speed burner systems, equipped with a compressed gas mixing system according to the prior art are not possible because the ignition speeds the said high-energy fuel gas-oxygen mixtures pour in into the combustion chamber after ignition is higher due to the combustion chamber pressure arising in the combustion chamber as the flow rates the fuel gas-oxygen mixtures.

Modifizierte luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte können nur mit Propangas-Sauerstoff- oder mit Ethengas-Sauerstoffgemischen betrieben werden, wobei für die jeweilige Anwendung der entsprechenden Brenngas-Sauerstoffkombination eine spezielle Spritzdüse erforderlich ist. Ein Betrieb dieser Geräte mit hochenergetischen Brenngasen, wie z. B. Azetylen oder Wasserstoff zum Erzeugen bestmöglicher Spritzschichtqualitäten, bei hohen Abschmelz-Leistungen, z. B. bei Spritzzusatzwerkstoffen mit hohen Schmelztemperaturen von > 2.800 Grad Celsius, z. B. Molybdän, ist aus den bereits geschilderten Gründen nicht möglich. In Folge der häufig auftretenden Funktionsstörungen durch den voran geschilderten Sachverhalt sind Brennerköpfe zum thermischen Spritzen, die mit einem "Druckgas Mischsystem" ausgestattet sind eine ständige Unfall- und Gefahrenquelle für das Bedienungspersonal. Brennerköpfe von Pulver- und Flamm-Drahtspritz-Pistolen dieses Standes der Technik sind deshalb speziell für die Modifikation bzw. zum Nachrüsten zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ungeeignet und gefährlich.modified air-cooled High-speed flame spraying equipment can only be used with propane gas oxygen or operated with Ethengas-oxygen mixtures, wherein for each Application of the appropriate fuel gas-oxygen combination a special nozzle is required. Operation of these devices with high-energy fuel gases, such as As acetylene or hydrogen to produce the best possible Spray coating qualities, at high melting rates, z. B. in spray additives with high melting temperatures from> 2,800 degrees Celsius, z. Molybdenum, is not possible for the reasons already described. In Consequence of frequent due to malfunction The above described facts are burner heads for thermal spraying equipped with a "compressed gas mixing system" is a permanent accident and source of danger for the operating staff. burner heads of powder and flame wire spray guns of this prior art are therefore special for the modification or retrofitting for high-speed flame spraying unsuitable and dangerous.

Aufgabe der Erfindung ist es, Brennerköpfe für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte und einfache Umrüstmittel für luftgekühlte Hochleistungsbrennerköpfe für Pulver-, Draht-Flammspritz-Pistolen, zu schaffen, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und die insbesondere mit allen Gasen sicher betreibbar sind.task The invention is to provide burner heads for air-cooled high-velocity flame-spraying equipment and simple Umrüstmittel for air cooled high performance burner heads for powder, wire flame spray guns, to create, with which the disadvantages of the prior art are avoided can and which are safe to operate in particular with all gases.

Die Lösung erfolgt mit Brennerköpfen für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.The solution done with burner heads for air-cooled high-speed flame spraying equipment with the Features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims shown.

Gemäß der Erfindung ist ein Brennerkopf für ein luftgekühltes Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgerät zum thermischen Spritzen von stab-, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit einem Druckgas Mischsystem stromaufwärts einer luftgekühlten Brennkammer und einer nachgeschalteten Spritzdüse versehen. Vier getrennte Bauteile des erfindungsgemäßen luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsflammspritzgerät sind als zusammen wirkende Funktionselemente vorgesehen, von denen das Funktionselement I als Spritzdüsenadapter ausgebildet ist, in dem Betriebsgase, Sauerstoff und Brenngase getrennt in um 360° radial verteilten Axialbohrungen zu einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Spritzdüsenadapters führbar in getrennte Radialringnuten einmünden. Funktionselement II ist eine Montagehülse, mit der Funktionselement III gasdicht an Funktionselement I montierbar ist. Funktionselement III ist als gasmischende Pulver- und/oder Drahtspritzdüse mit austauschbaren oder eingepressten Verschleiss-Schutzinserts ausgebildet, in der die Betriebgase, Sauerstoff und Brenngas zusammenführ- und mischbar sind, um in die als Funktionselement IV ausgebildete Brennkammer einzumünden. Die einzelnen Funktionselemente gleichen zum Umrüsten von Geräten in Ihren äußeren Konturen und Abmessungen entsprechenden Einzelbauteilen, die in Brennerköpfe von Pulver-, Draht-Flammspritzgeräten und/oder luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennern des Standes der Technik eingebaut sind. Mit gleichen äußeren Konturen und Abmessungen ist die erfindungsgemäße, aus vier Baukomponenten bestehende Funktionseinheit eines "Allgas-Sicherheits-Hochleistungsbrennerkopfes" gegen dem Stand der Technik entsprechende Standardbrennerköpfe von Pulver- oder Drahtspritzgeräten und luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennern mit geringem Kostenaufwand leicht und unkompliziert austauschbar. Durch die Umrüstmöglichkeit können praktisch alle bei den verschiedenen Anwendern befindlichen Pulver- und Flamm-Drahtspritzsysteme, sowie luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit geringem Aufwand kostengünstig modifiziert oder durch den Einbau des erfindungsgemäßen Brennerkopfs umgerüstet werden, so dass den gesetzlichen Anforderungen an luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte hinsichtlich Betriebs- und Funktionssicherheit entsprochen ist. Ein zusätzlicher, wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Allgas-Sicherheits-Hochleistungsbrennerkopfes zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen besteht darin, dass dieser ohne Rückzünd- oder Rückschlaggefahr mit allen bekannten Brenngas-Sauerstoffkombinationen betrieben werden kann, wie z. B. mit Azetylen-Sauerstoff, Wasserstoff-Sauerstoff, Propangas-Sauerstoff, Ehtengas-Sauerstoff, Propylen-Sauerstoff, ohne dass es notwendig ist für die entsprechende Benngas-Sauerstoffkombination unterschiedliche Spritzdüsen-Konstruktionen vorzusehen.According to the invention is a burner head for a high-speed air-cooled flame Spraying device for thermal spraying of rod, wire and powder materials with a compressed gas mixing system upstream of an air-cooled combustion chamber and a downstream spray nozzle provided. Four separate components of the air-cooled high-velocity flame spraying device according to the invention are provided as cooperating functional elements, of which the functional element I is designed as a spray nozzle adapter in the operating gases, oxygen and fuel gases separated in 360 ° radially distributed axial bores to a downstream end face of the spray nozzle adapter feasible in separate Radialringnuten open out. Functional element II is a mounting sleeve, with the functional element III gas-tight to functional element I can be mounted. Functional element III is designed as a gas-mixing powder and / or wire spray nozzle with exchangeable or pressed wear protection inserts, in which the operating gases, oxygen and fuel gas are merge and miscible to einzumünden in the formed as a functional element IV combustion chamber. The individual functional elements are similar to individual components used to convert devices in their outer contours and dimensions, which are installed in burner heads of powder, wire flame spraying and / or air-cooled high-speed burners of the prior art. With the same outer contours and dimensions of the invention, consisting of four components functional unit of an "Allgas safety high-performance burner head" against the state of the art standard burner heads of powder or wire spraying equipment and air-cooled high-speed burners with low cost easily and easily interchangeable. As a result of the retrofitting option, virtually all powder and flame wire spraying systems available to the various users as well as air-cooled high-speed flame spraying equipment can be cost-effectively modified or converted by installing the burner head according to the invention, so that the legal requirements for air-cooled high-speed flame spraying equipment with regard to operation - and functional safety is met. An additional, significant advantage of the all-gas safety high-performance burner head according to the invention for high-speed flame spraying is that it can be operated without any risk of flashback or kickback with all known fuel gas-oxygen combinations, such. As with acetylene-oxygen, hydrogen-oxygen, propane-oxygen, Ehrhgas-oxygen, propylene-oxygen, without it being necessary to provide for the corresponding Benngas-oxygen combination different spray nozzle designs.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Funktionselement I mit auf getrennten Teilkreisen um auf 360° radial verteilten Axialbohrungen versehen für axial-radialen Druckausgleich der Betriebsgase in zwei stirnseitigen Ringnuten.According to one preferred embodiment of the invention is the functional element I with on separate pitch circles around 360 ° radially distributed axial bores provided for Axial-radial pressure equalization of the operating gases in two frontal Ring grooves.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für Sauerstoff eine äußere Ringnute und für Brenngas eine innere Ringnute von Funktionselement I vorgesehen.According to one Another preferred embodiment of the invention is for oxygen an outer ring groove and for Fuel gas provided an inner ring groove of functional element I.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist Funktionselement III mit einer Vielzahl von Sauerstoffbohrungen, einem Radialringraum zwischen Innen- und Außendüse in einem Ringraum, nachgeschalteten Druckdüsenbohrungen und einem Ring- oder Injektorspalt versehen.According to one Another preferred embodiment of the invention is a functional element III with a variety of oxygen wells, a radial annulus between inner and outer nozzle in an annulus, downstream pressure nozzle holes and provided a ring or Injektorspalt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist Funktionselement III für axial-axial druckausgeglichenes Brenngas mit einer inneren Ringnute, einer Vielzahl Axialbohrungen, einem Ringspalt, Mischdüsenbohrungen und stirnseitigen Auslassbohrungen zu einem Innenraum der Brennkammer versehen.According to one Another preferred embodiment of the invention is a functional element III for axial-axially pressure balanced fuel gas with an inner annular groove, a plurality of axial bores, an annular gap, mixing nozzle bores and end-side outlet holes to an interior of the combustion chamber Mistake.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Sauerstoff mittels einer mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von 5–12 bar zugeführt.According to one Another preferred embodiment of the invention is oxygen by means of a mechanical or electronic gas flow measuring and control units at an inflow pressure of 5-12 bar fed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Brenngase mittels einer mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten mit einem Zuströmdruck größer 1,5 bar zugeführt.According to one Another preferred embodiment of the invention is fuel gases by means of a mechanical or electronic gas flow measuring and control units supplied with an inflow greater than 1.5 bar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verjüngt die Brennkammer sich konisch zur Mündung hin für erhöhte Austrittsgeschwindigkeiten.According to one Another preferred embodiment of the invention tapers the Combustion chamber conical to the mouth out for increased Exit velocities.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung strömt über vorgeschaltete Mess- und Druckregeleinheiten zugeführtes Kühlgas in den Brennraum der Brennkammer ein und bewirkt im Einmündungsbereich der Druckluft eine Mantelströmung an der Innenwand der Brennkammer zur Kühlung der Brennkammer-Innenwand im Verbrennungsprozess.According to one Another preferred embodiment of the invention flows via upstream measurement and pressure control units supplied Cooling gas in the combustion chamber of the combustion chamber and causes in the junction area the compressed air a sheath flow on the inner wall of the combustion chamber for cooling the combustion chamber inner wall in the combustion process.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den Kühlrippen oder im Außenmantel der Brennkammer mit Druckluft beaufschlagte, radial fokussierende Axialbohrungen angebracht zur Verbesserung der Kühlung der Brennkammer sowie zur Steigerung der Abschmelzleistung bei HVOF Drahtspritzprozessen.According to one Another preferred embodiment of the invention are in the cooling fins or in the outer jacket the combustion chamber acted upon by compressed air, radially focusing Axial bores attached to improve the cooling of the combustion chamber as well for increasing the deposition rate in HVOF wire spraying processes.

Die erfindungsgemäßen Effekte der Verbesserung der Kühlung der Brennkammer und Erhöhung der Abschmelzleistung von bis zu 50% gegenüber HVOF Brennersystemen des Standes der Technik basieren auf dem aus der Brennkammer mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit austretenden, mit fokussierendem Kühl- und Zerstäubergas umhüllten "Hypersonik Flammenstrahl", der wie ein starker Injektor wirkt, in dem über die um 360° radial, axial angeordneten Bohrungen große Mengen von Luft aus der Umgebung angesaugt werden, die einerseits a) zur deutlichen Verbesserung der Brennkammer-Kühlung und b) zur Erhöhung der Abschmelzleistung bei HVOF Drahtspritzprozessen beitragen.The effects according to the invention the improvement of cooling the combustion chamber and increase the Melting rate of up to 50% compared to HVOF burner systems of the The prior art is based on that from the combustion chamber with multiple Sound velocity exiting, with focusing cooling and atomizing gas enveloped "hypersonic flame jet" that like a strong Injector acts in the over which is 360 ° radial, axially arranged holes large amounts of air from the environment be sucked on the one hand a) for significant improvement the combustion chamber cooling and b) to increase contribute to the deposition rate in HVOF wire spraying processes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Brennerkopf einen Winkel auf für Spritzgeräteverlängerungen zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen.According to one Another preferred embodiment of the invention, the burner head an angle on for Sprayers Renewals for internal coating of cylindrical components.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Brennerkopf einen 80°-Winkel auf mit Spritzgeräteverlängerungen zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen mit schwer erreichbaren Beschichtungszonen. Für spezifische Anwendungen, wie zum HVOF Pulverbeschichten von Innenbohrungen oder sonstigen, schwer erreichbaren Beschichtungszonen kann der Winkelkopf auch in Ausführungen mit von 0–90° Winkel gefertigt und zur Anwendung gebracht werden.According to one Another preferred embodiment of the invention, the burner head an 80 ° angle on with sprayer extensions for internal coating of cylindrical components with difficult to reach Coating zones. For specific applications, such as for HVOF powder coating of internal bores or other difficult to reach coating zones, the angle head also in versions made from 0-90 ° angle and be applied.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment shown. Show it:

1: einen Längs- und einen Querschnitt durch einen Brennerkopf des Standes der Technik, 1 a longitudinal and a cross section through a burner head of the prior art,

2, 3: einen Längs- und einen Querschnitt durch einen Brennerkopf mit den Funktionselementen I, II, III und IV gemäß der Erfindung, 2 . 3 : a longitudinal and a cross section through a burner head with the functional elements I, II, III and IV according to the invention,

4: einen Längsschnitt durch einen 80° Winkelbrennerkopf zum Verspritzen von pulverförmigen Zusatzwerkstoffen mit Spritzgeräte-Verlängerung gemäß der Erfindung. 4 : A longitudinal section through an 80 ° angle burner head for spraying powdered filler materials with sprayer extension according to the invention.

5: einen Längsschnitt durch eine 80 Grad-Winkelkopfverlängerung" gemäß der Erfindung. 5 a longitudinal section through an 80 degree angle head extension "according to the invention.

1: In einen Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder Drahtspritzen des Standes der Technik werden Brenngas an einem Anschluss 2 und Sauerstoff an einem Anschluss 3 in einen als Gasmischorgan ausgebildeten Syphonblock 4 bei vorgewählten Zuströmdrücken nach dem "Druckgas Mischprinzip" zusammen geführt an einer Radialnute 5, in der ein zündfähige Brenngas-Sauerstoffgemisch entsteht, das mittels vier radial, axial angeordneter Bohrungen 6 zur Stirnseite des Syphonblocks 4 geführt wird. In einem Ringraum 7 zwischen dem Syphonblock 4 und einer aufgeschraubten Spritzdüse 8 verteilt sich das zündfähige Brenngas-Sauerstoffgemisch radial und über eine Vielzahl von radial, axial fokussierend angeordneten Bohrungen 14 strömt es aus einer Stirnseite der Spritzdüse 8 aus. 1 : In a burner head 1 For high-speed powder or wire spraying of the prior art, fuel gas is supplied to a port 2 and oxygen at one port 3 in a siphon block designed as a gas mixing element 4 at preselected inflow pressures according to the "compressed gas mixing principle" brought together on a radial groove 5 in which an ignitable fuel gas-oxygen mixture is formed by means of four radial, axially arranged bores 6 to the front of the siphon block 4 to be led. In an annulus 7 between the siphon block 4 and a screwed spray nozzle 8th the ignitable fuel gas-oxygen mixture is distributed radially and via a plurality of radially, axially focusing arranged holes 14 it flows from one end of the spray nozzle 8th out.

Der Spritzdüse 8 ist eine luftgekühlte Brennkammer 10 nachgeschaltet. Aus der Stirnseite der Spritzdüse 8 strömt aus den konzentrisch fokussierend um die zentrale Pulver- und/oder Drahtaustrittsbohrung 11 mit Verschleißschutzinsert angeordneten Brenngasbohrungen 9 das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch in die von innen luftgekühlte Brennkammer 10.The spray nozzle 8th is an air-cooled combustion chamber 10 downstream. From the front of the spray nozzle 8th flows out of the concentric focusing around the central powder and / or wire outlet bore 11 equipped with wear protection insert fuel gas holes 9 the fuel gas-oxygen mixture in the air-cooled from the inside combustion chamber 10 ,

2, 3: Entsprechende Merkmale werden mit den Bezugszeichen aus 1 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder -Drahtspritzen weist einen als Spritzdüsenadapter ausgebildeten Syphonblock 4 als Funktionselement I auf, der unter Beibehaltung äußerer Form- und Baumaße die Betriebgase, nämlich Sauerstoff über Anschluss 6 und Brenngase über Anschluss 7, auf getrennten Teilkreisen in um auf 360° radial verteilten Axialbohrungen 15, 16 zur Stirnseite des Syphonblocks 4 in getrennte Radialringnuten 17, 18 führt. Die getrennte Brenngas-Sauerstoffführung führt während des Betriebs des Brennerkopfes 1 zu axial, 360° radialem Druckausgleich der Betriebgase in den beiden stirnseitigen Radialringnuten 17, 18, wobei Sauerstoff in die äußere Ringnute 17 und Brenngas in die innere Ringnute 18 eingespeist wird. 2 . 3 Corresponding features are indicated by the reference numerals 1 designated. A burner head 1 for high-speed powder or wire spraying has a siphon designed as a spray nozzle adapter 4 as a functional element I, which while maintaining outer shape and dimensions of the operating gases, namely oxygen via port 6 and fuel gases via connection 7 , on separate pitch circles in to 360 ° radially distributed axial bores 15 . 16 to the front of the siphon block 4 in separate Radialringnuten 17 . 18 leads. The separate fuel gas oxygen guide leads during operation of the burner head 1 to axial, 360 ° radial pressure equalization of the operating gases in the two end-side Radialringnuten 17 . 18 where oxygen is in the outer ring groove 17 and fuel gas in the inner ring groove 18 is fed.

In der als gasmischenden Pulver- und/oder Drahtspritzdüse 14 ausgebildeten Funktionselement III werden Sauerstoff und Brenngas, nachdem Funktionselement III mittels einem als Montagehülse 19 ausgebildeten Funktionselement II gasdicht mit Funktionselement I zusammen geschraubt wurde, zusammen geführt und gemischt. Durch eine Vielzahl Sauerstoffbohrungen 20 strömt Sauerstoff in einen Radialringraum 21 zwischen Innen- und Außendüse 22, 23 in einen Ringraum 24, in nach geschaltete Druckdüsenbohrungen 25, durchströmen einen Ringspalt 26 mit Überschallgeschwindigkeit und münden dann in die zentrisch gegenüber liegenden, fokussierend angeordneten Mischdüsenbohrungen 27, um schließlich aus den Auslassbohrungen 28 in die Brennkammer 10 einzumünden. Das axial-radial druckausgeglichene Brenngas gelangt von der inneren Ringnute 18 über Axialbohrungen 29 in den Ringspalt 26, wird durch den mit Überschallgeschwindigkeit den Ringspalt 26 durchströmenden Sauerstoff in die Mischdüsenbohrungen 27 mitgerissen und optimal gemischt und mündet als Brenngas-Sauerstoffgemisch aus den stirnseitigen Auslassbohrungen 28 in den Innenraum der Brennkammer 10, die das Funktionselement IV bildet.In the gas-mixing powder and / or wire spray nozzle 14 trained functional element III are oxygen and fuel gas, after functional element III by means of a mounting sleeve 19 trained functional element II gas-tight with functional element I was screwed together, led together and mixed. Through a variety of oxygen wells 20 oxygen flows into a radial annulus 21 between inner and outer nozzle 22 . 23 in an annulus 24 , in downstream Druckdüsenbohrungen 25 , flow through an annular gap 26 at supersonic speed and then open into the concentrically opposite, concentrically arranged mixing nozzle holes 27 Finally, from the outlet holes 28 into the combustion chamber 10 einzumünden. The axially-radially pressure balanced fuel gas passes from the inner ring groove 18 via axial bores 29 in the annular gap 26 , is made by the supersonic speed of the annular gap 26 flowing oxygen into the mixing nozzle holes 27 entrained and optimally mixed and flows as a fuel gas-oxygen mixture from the front-side outlet holes 28 in the interior of Brennkam mer 10 that forms the functional element IV.

In Kühlrippen oder einem Außenmantel 30 der Brennkammer 10 sind mit Druckluft beaufschlagbare, radial fokussierende Axialbohrungen 31 angebracht.In cooling fins or an outer jacket 30 the combustion chamber 10 are pressurizable, radial focusing axial bores 31 appropriate.

Ein Anschluss 35 am Brennerkopf 1 für Kühlgas ist über eine Ringnute 36 und Axialbohrung 37 mit einem 360° Ringraum 38 und über Radialverbindungsbohrungen 39 in der Montagehülse 19 mit der Brennkammer 10 verbunden.A connection 35 at the burner head 1 for cooling gas is via a ring groove 36 and axial bore 37 with a 360 ° annulus 38 and over radial connection holes 39 in the mounting sleeve 19 with the combustion chamber 10 connected.

4: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1–3 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder -Drahtspritzen ist mit einem Syphonblock 4 als Funktionselement I ausgestattet, der mittels dem als Montagehülse 19 ausgebildeten Funktionselement II über ein Zwischenstück gasdicht und winkelig zu einer Längsachse 42 des Funktionselements III zusammen geschraubt ist. An das als Brennkammer 10 ausgebildete Funktionselement IV ist ein Druckluftanschluss 32 montiert, die mit den Axialbohrungen 31 verbunden ist zur Kühlung der Brennkammer 10. 4 Corresponding features are indicated by the reference numerals 1 - 3 designated. A burner head 1 for high speed powder or wire spraying is with a siphon block 4 equipped as a functional element I, by means of which as a mounting sleeve 19 trained functional element II via an intermediate piece gas-tight and angular to a longitudinal axis 42 the functional element III is screwed together. At that as a combustion chamber 10 trained functional element IV is a compressed air connection 32 mounted, with the axial bores 31 connected to the cooling of the combustion chamber 10 ,

5: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1–4 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeitspulverspritzen weist einen 80°-Winkel auf mit Spritzgeräteverlängerungen 43 zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen mit schwer erreichbaren Beschichtungszonen. 5 Corresponding features are indicated by the reference numerals 1 - 4 designated. A burner head 1 for high speed powder spraying has an 80 ° angle with sprayer extensions 43 for internal coating of cylindrical components with difficult to reach coating zones.

Über ein Metallrohr 44 wird Sauerstoff in die äußere Ringnute 17 und über ein Metallrohr 45 Brenngas in die innere Ringnute 18 eingespeist.Over a metal pipe 44 oxygen gets into the outer ring groove 17 and over a metal pipe 45 Fuel gas into the inner ring groove 18 fed.

Verfahren zum Betreiben der Brennerköpfe von luftgekühlten Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräten gemäß der ErfindungMethod of operation the burner heads from air-cooled High-speed flame spraying devices according to the invention

Sauerstoff wird mittels einer Gassteuerung mit mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von 5–12 Bar über Anschluss 6 am Brennerkopf 1 eingespeist und gelangt über Radialringnute 33 von Funktionselement I im Spritzdüsenadapter über die Axialbohrungen 15 in die Ringnute 17 und in das Mischsystem von Funktionselement III.Oxygen is supplied via a gas control with mechanical or electronic gas flow measuring and control units at an inlet pressure of 5-12 bar via port 6 at the burner head 1 fed and passes through Radialringnute 33 of functional element I in the spray nozzle adapter via the axial bores 15 into the ring groove 17 and in the mixing system of functional element III.

Die für den HVOF Beschichtungsprozess verwendeten Brenngase werden an Anschluss 7 mittels einer Gassteuerung mit mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von größer 1,5 bar am Brennerkopf 1 eingespeist und gelangen über Radialringnute 34 und Axialbohrungen 16 in die stirnseitige innere Ringnute 18 und strömen dann in den Ringspalt 26 um gemeinsam mit Sauerstoff gemischt aus den Auslassbohrungen 28 in die Brennkammer 10 von Funktionselement IV einzumünden.The fuel gases used for the HVOF coating process are connected to connection 7 by means of a gas control with mechanical or electronic gas flow measuring and control units at an inflow pressure of greater than 1.5 bar at the burner head 1 fed and get over Radialringnute 34 and axial bores 16 in the frontal inner ring groove 18 and then flow into the annular gap 26 mixed together with oxygen from the outlet holes 28 into the combustion chamber 10 of function element IV.

Bevor das Brenngas-Sauerstoffgemisch aus der zentralen Austrittsbohrung 12 der luftgekühlten Brennkammer 10 ausströmt und gezündet wird, wird die Pulver- oder Spritzdrahtzuführung eingeschaltet, so dass Spritzpulver oder Spritzdraht mit dem Brenngas-Sauerstoffgemisch gemeinsam im Zentrum der stirnseitigen Drahtaustrittbohrung 11 austritt, wobei entweder pulverförmiger Spritzzusatzwerkstoff mittels eines Fördergasstromes aus nichtbrennbaren Gasen, z. B. Stickstoff, durch das Zentrum der luftgekühlten Brennkammer 10 gefördert wird oder drahtförmiger Spritzusatzwerkstoff aus dem Zentrum der stirnseitigen Drahtaustrittsbohrung 11 austritt und dabei von dem gleichzeitig ausströmenden Brenngasgemisch umhüllt wird. Dann wird das Brenngas Sauerstoffgemisch gezündet und der Beschichtungsprozess kann beginnen.Before the fuel gas-oxygen mixture from the central outlet bore 12 the air-cooled combustion chamber 10 flows out and ignited, the powder or spray wire feed is turned on, so that spray powder or spray wire with the fuel gas-oxygen mixture together in the center of the front wire outlet hole 11 outlet, either powdered spray additive by means of a conveying gas stream of non-combustible gases, eg. As nitrogen, through the center of the air-cooled combustion chamber 10 is promoted or wire-shaped spray additive material from the center of the front wire outlet hole 11 exits and is thereby enveloped by the simultaneously flowing fuel gas mixture. Then the fuel gas oxygen mixture is ignited and the coating process can begin.

Das Brenngas-Sauerstoffgemisch strömt aus dem konisch sich zur Ausmündung hin verjüngenden Brennraum der Brennkammer 10.The fuel gas-oxygen mixture flows from the conically tapered to the mouth toward the combustion chamber of the combustion chamber 10 ,

Über Anschluss 35 am Brennerkopf 1 wird Kühlgas, wie z. B. Druckluft über vor geschaltete Mess- und Druckregeleinheiten zugeführt, das über die Ringnute 36 und die Axialbohrung 37 in den 360° Ringraum 38 und die Radialverbindungsbohrungen 39 in der Montagehülse 19 in die Brennkammer 10 strömt und im Einmündungsbereich eine Mantelströmung an der Innenwand der Brennkammer 10 bewirkt und somit die Brennkammer-Innenwand beim Verbrennungsprozess kühlt und vor Überhitzung schützt.About connection 35 at the burner head 1 is cooling gas, such. B. supplied compressed air via upstream measuring and pressure control units, via the annular groove 36 and the axial bore 37 in the 360 ° annulus 38 and the radial connection holes 39 in the mounting sleeve 19 into the combustion chamber 10 flows and in the junction area a sheath flow on the inner wall of the combustion chamber 10 causes and thus the combustion chamber inner wall during the combustion process cools and protects against overheating.

Nachdem das aus der Brennkammer 10 ausströmende Brenngas-Sauerstoffgemisch gezündet ist, werden die Brenngas-Sauerstoffmengen, die für den HVOF Beschichtungsprozess erforderlich sind auf die vorgegebenen Sollwerte hochgefahren, das Gleiche gilt für die Kühlluft für die Kühlung der Brennkammer-Innenwand. Über einen Anschluss 40, in den eine Pulver- oder Drahtführungshülse eingeschraubt ist, werden nach Bedarf pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe mittels eines externen Pulverfördersystems, unter Verwendung von Trägergasen (Stickstoff oder Argon) oder drahtförmige Spritzzusatzwerkstoffe und integriert oder extern regelbare Drahtfördersysteme zugeführt, die über die Zentralbohrung 41 im Spritzdüsenadapter 4 und über die Zentralbohrung 11 im Verschleißschutzinsert durch die konische Auslassbohrung 12 der Brennkammer 10 gefördert werden.After that from the combustion chamber 10 escaping fuel gas-oxygen mixture is ignited, the fuel gas oxygen quantities required for the HVOF coating process are raised to the predetermined setpoints, the same applies to the cooling air for the cooling of the combustion chamber inner wall. About a connection 40 in which a powder or wire guide sleeve is screwed, powdered spray additives are supplied as required by means of an external powder delivery system, using carrier gases (nitrogen or argon) or wire-shaped spray additives and integrated or externally controllable wire feed systems, via the central bore 41 in the spray nozzle adapter 4 and about the central hole 11 in the wear protection insert through the conical outlet bore 12 the combustion chamber 10 be encouraged.

Nach dem die Brenngas-Sauerstoff- und Druckluftmengen nach dem Zünden des Brenngas-Sauerstoffgemisches auf die Sollwerte hochgefahren wurden, strömt aus der Auslassbohrung der Brennkammer 10 eine Hochgeschwindigkeitsflamme mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit, die auf Grund der spezifischen, sich in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Ausbildung der Brennkammerkontur und durch die Mantelströmung der Druckluft an der Innenwand der Brennkammer beim Austreten auf einen Brennpunkt konzentriert ist. Der Spritzdrahtvorschub wird deshalb beim HVOF Drahtspritzprozess so geregelt, dass die Drahtspitze im Brennpunkt von der Hochgeschwindigkeitsflamme geschmolzen und von dem schlauchförmig fokussierend aus der Brennkammeraustrittsbohrung 12 ausströmenden Druckluftstrom fein zerstäubt mit der kinetischen Energie des HVOF Flammenstrahles und des Zerstäubergases auf die Substratoberfläche aufspritzt, wo sich eine dichte, optimal haftende Spritzschicht bildet. Beim Verspritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen läuft der Beschichtungsprozess analog ab.After the fuel gas oxygen and compressed air quantities hochge after ignition of the fuel gas-oxygen mixture on the setpoints were driving, flows out of the outlet hole of the combustion chamber 10 a high speed multi-speed flame which, due to the specific conical tapering of the combustion chamber contour in the direction of flow, and due to the sheath flow of compressed air, is concentrated on the inner wall of the combustion chamber as it exits to a focal point. The spray wire feed is therefore controlled in the HVOF wire spraying process so that the wire tip at the focal point is melted by the high velocity flame and focally focussed from the combustor exit bore 12 exuding compressed air stream sprayed with the kinetic energy of the HVOF flame jet and the atomizing gas to the substrate surface, where forms a dense, optimally adhering sprayed layer. When spraying powdered spray additives, the coating process is analogous.

Claims

Burner head ( 1 ) for air-cooled high-speed flame spraying device for thermal spraying of rod, wire and powder materials with a compressed gas mixing system upstream of an air-cooled combustion chamber ( 10 ) and a downstream spray nozzle ( 12 ), characterized in that four separate components ( 4 . 19 . 14 . 10 ) are provided as cooperating functional elements I-IV, of which the functional element I as a spray nozzle adapter ( 4 ), in the operating gases, oxygen and fuel gases separated in radially distributed axial bores ( 15 . 16 ) to a downstream end face of the spray nozzle adapter ( 4 ) feasible in separate annular grooves ( 17 . 18 ), functional element II a mounting sleeve ( 19 ) is mounted with the functional element III gastight to functional element I, functional element III as a gas-mixing powder and / or wire spray nozzle ( 14 ) is formed, in which the operating gases, oxygen and fuel gas are merge and miscible, in the combustion chamber formed as a functional element IV ( 10 ).

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that functional element I with on separate pitch circles to 360 ° radially distributed axial bores ( 15 . 16 ) is provided.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that for oxygen an outer annular groove ( 17 ) and for fuel gas an inner annular groove ( 18 ) of functional element I is provided.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that functional element III with a plurality of oxygen wells ( 20 ), a radial annulus ( 21 ) between inner and outer nozzle, an annular space ( 24 ), after connected pressure nozzle bores ( 25 ) and a ring or injector gap ( 26 ) is provided.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that functional element III for axially 360 ° radially pressure-compensated fuel gas with an inner annular groove ( 18 ), a plurality of axial bores ( 29 ), an annular gap ( 26 ), Mixing nozzle bores ( 27 ) and front outlet bores ( 28 ) to an interior of the combustion chamber ( 10 ) is provided.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that oxygen is supplied by means of a mechanical or electronic gas flow measuring and control units at an inflow pressure of 5-12 bar.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that fuel gases by means of a mechanical or electronic gas flow measuring and control units with an inlet pressure greater than 1.5 bar is supplied.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the combustion chamber ( 10 ) tapers conically towards the mouth in two stages.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that via upstream, mechanical or electronic measuring and pressure control units supplied cooling gas into the combustion chamber of the combustion chamber ( 10 flows) and in the area of the compressed air, a jacket flow on the inner wall of the combustion chamber ( 10 ) causes.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the cooling fins or in the outer jacket ( 30 ) of the combustion chamber ( 10 ) radially focusing axial bores ( 31 ) are mounted.

Burner head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that supply lines ( 15 . 16 ) for operating means of functional element I at an angle to a longitudinal axis ( 42 ) of functional element III.

Burner head ( 1 ) according to claim 11, characterized in that angle between 0-90 °, in particular an 80 ° angle, between functional element I and functional element III with spray device extension ( 43 ) are provided.