DE102007017759A1 - Processing machine for an abrading and an anabolic processing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen und abtragende Bearbeitung, umfassend eine Spritzkammer (1), wobei sowohl der Aufbau als auch die abtragende Bearbeitung des Werkstücks innerhalb der Bearbeitungsmaschine (1) erfolgen.The invention relates to a processing machine for the combined construction of a workpiece by thermal spraying and abrasive machining, comprising a spray chamber (1), wherein both the structure and the abrasive machining of the workpiece within the processing machine (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen und abtragende Bearbeitung.The The invention relates to a processing machine for combined construction a workpiece through thermal spraying and abrasive machining.
Derartige Bearbeitungsmaschinen mit 3 Bewegungsachsen zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen eines Baumaterials und abtragende, insbesondere mechanische Bearbeitung sind bekannt. Sie weisen eine Spritzkammer auf in der sich eine Spritzpistole und eine Abtrageinrichtung, insbesondere ein rotierendes Fräswerkzeug befindet. In der Spritzkammer wird das Werkstück mit einem thermischen Spritzverfahren aufgebaut und abwechselnd mit einer Abtrageinrichtung mechanisch abtragend bearbeitet. Alle Versorgungseinrichtungen, wie z. B. ein Pulverförderer oder ein Gaserhitzer befinden sind außerhalb der Verkleidung der Bearbeitungsmaschine. Zudem sind ähnliche kombinierte Anlagen bekannt, z. B. sogenannte CMB-Verfahren (controlled metal build-up technology), bei denen mittels einer Laserauftragsschweißung aufgebaut und anschließend durch Hochgeschwindigkeitsfräsen bearbeitet wird.such Machine tools with 3 axes of motion for combined construction a workpiece by thermal spraying of a building material and erosive, in particular Mechanical processing are known. They have a spray chamber in which a spray gun and a removal device, in particular a rotating milling tool located. In the injection chamber, the workpiece is subjected to a thermal spraying process constructed and alternately mechanically with a removal device worked eroding. All utilities, such. B. a Powder conveyor or a gas heater are located outside the panel of the Processing machine. In addition, similar combined facilities known, for. B. so-called CMB process (controlled metal build-up technology), where constructed by means of a laser cladding and then processed by high-speed milling becomes.
Mit der vorliegenden Erfindung soll eine derartige Bearbeitungsmaschine weiter verbessert werden.With The present invention is intended to such a processing machine be further improved.
Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine Bearbeitungsmaschine mit mindestens 5 Bewegungsachsen zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen und abtragende Bearbeitung umfassend eine Spritzkammer zum thermischen Spritzen, wobei sowohl der Aufbau als auch die abtragende Bearbeitung des Werkstücks innerhalb der Bearbeitungsmaschine erfolgt. Alle wesentlichen Versorgungseinrichtungen wie z. B. ein Gaserzeuger, ein Gaserhitzer oder eine Absaugung befinden sind bevorzugt innerhalb der Verkleidung der Bearbeitungsmaschine.This takes place according to the invention a processing machine with at least 5 axes of motion to the combined Structure of a workpiece through thermal spraying and abrasive machining comprising a spray chamber for thermal spraying, both the construction and the abrasive Machining the workpiece takes place within the processing machine. All major utilities such as As a gas generator, a gas heater or a suction are located are preferred within the casing of the processing machine.
Aufgrund dieser Ausgestaltung kann der Aufbau und die Bearbeitung des Werkstücks optimiert werden. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung eine raumsparende Ausgestaltung der gesamten Bearbeitungsmaschine.by virtue of This configuration, the structure and the machining of the workpiece can be optimized. Furthermore allows this embodiment is a space-saving design of the entire Processing machine.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments are specified in the subclaims.
Eine maßgebliche Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Bewegungsachsen der Bearbeitungsmaschine aus mindestens 3 linearen Bewegungsachsen und aus mindestens 2 rotativen Bewegungsachsen bestehen. Damit wird erreicht, dass sehr komplexe Konturen in einer Aufspannung unter beliebigen Raumwinkeln auftragend und abtragend bearbeitet werden können.A authoritative Further development of the present invention is that the axes of movement of the machine from at least 3 linear Motion axes and consist of at least 2 rotary axes of motion. In order to It is achieved that very complex contours in one clamping applied and eroded at any solid angles can be.
Weiterhin sind bevorzugt die linearen Bewegungsachsen der Spritzpistole und/oder der Abtrageinrichtung und die rotativen Bewegungsachsen dem Werkstück zugeordnet. Damit wird erreicht, dass das Werkstück nur zum Zwecke der Positionszustellung und nicht zum Zwecke der Bearbeitung bewegt werden kann. Die dreidimensionale Bewegung beim Auftragen und beim Abtragen erfolgt nur durch das Auftrag- oder Abtragwerkzeug, dass Werkstück wird somit im Stillstand bearbeitet (beschichtet und abgetragen).Farther are preferably the linear axes of movement of the spray gun and / or the removal device and the rotational movement axes associated with the workpiece. This ensures that the workpiece only for the purpose of positional delivery and can not be moved for the purpose of editing. The three-dimensional Movement during application and removal takes place only through the Ordering or Abtragwerkzeug that workpiece is thus at a standstill machined (coated and worn).
Die Abtrageinrichtung ist bevorzugt in der Spritzkammer mit integriert, so dass eine sehr kompakte Bauform der Bearbeitungsmaschine realisiert werden kann.The Removal device is preferably integrated in the injection chamber, so that a very compact design of the processing machine can be realized can.
Es sind aber auch Anwendungen denkbar, wo es vorteilhaft ist, wenn die Abtrageinrichtung von der Spritzpistole räumlich getrennt, aber noch innerhalb der Bearbeitungsmaschine, angeordnet ist. In so einem Fall besitzt die Bearbeitungsmaschine mindestens eine separate Spritzkammer für das Auftrageerfahren und mindestens eine separate Bearbeitungskammer für das Ab tragverfahren, sodass die Bearbeitungsprozesse Auftragen und Abtragen sich nicht gegenseitig, z. B. thermisch negativ beeinflussen können.It But applications are also conceivable, where it is advantageous if the removal device spatially separated from the spray gun, but still within the processing machine, is arranged. In such a Case, the processing machine has at least one separate injection chamber for the Applying procedure and at least one separate processing chamber for the Removal process, so that the machining processes apply and ablate not mutually, z. B. can affect thermally negative.
Weiterhin werden die Spritzpistole und die Abtrageinrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung mit ein und derselben Bewegungsvorrichtung verfahren, so dass nur relativ wenig Aufwand für die Antriebe aufgewendet werden muss.Farther the spray gun and the removal device are in a preferred Embodiment with one and the same movement device method, so that spent only relatively little effort on the drives must become.
Es sind aber auch Anwendungen denkbar wo die Spritzpistole und die Abtrageinrichtung mit jeweils einer separaten Bewegungsvorrichtung verfahren werden, sodass die Bearbeitungsprozesse Auftragen und Abtragen in der Bearbeitungsmaschine unabhängig voneinander ablaufen können.It But also applications are conceivable where the spray gun and the Removal device, each with a separate movement device so that the machining processes apply and Abtragen in the processing machine can run independently.
Als Abtragverfahren kommen vorzugsweise mechanische Abtragverfahren wie Fräsen, Schleifen, usw. zum Einsatz. Es sind aber auch prinzipiell andere Abtragverfahren wie thermische Abtragverfahren, Abtragen mit Ultraschallschwingungen usw. denkbar.When Abtragverfahren come preferably mechanical removal methods like milling, Grinding, etc. are used. But they are also different in principle Removal methods such as thermal removal methods, ablation with ultrasonic vibrations etc. conceivable.
Eine weitere maßgebliche Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der thermische Spritzvorgang mit Wasserdampf als Hauptgas des thermischen Spritzverfahrens durchgeführt wird. Dazu ist in der Bearbeitungsmaschine weiterhin ein Hauptgaserzeuger angeordnet, der Wasser in Wasserdampf umwandelt.A more authoritative Further development of the present invention is that the Thermal spraying with steam as the main gas of the thermal Spraying performed becomes. For this purpose, in the processing machine continues to be a main gas producer arranged, which converts water into water vapor.
Der Hauptgaserzeuger besteht nach einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem kombinierten Dampferzeuger und einem Übererhitzer. Diese zweistufige Aufheizung hat den Vorteil, dass der Dampferzeuger neben einem kleinen Dampfvolumen auch eine hohe Regelgenauigkeit des Dampfdrucks sowie ein schnelles Auf- und Abfahrverhalten besitzt, so dass den Anforderungen an einen kontinuierlichen Prozess Rechnung getragen werden kann. Der erzeugte Wasserdampf wird dann einem Nacherhitzer zugeführt und auf die für das Spritzverfahren gewünschte Temperatur erhitzt.The main gas producer consists of one advantageous embodiment of a combined steam generator and a superheater. This two-stage heating has the advantage that the steam generator has not only a small volume of steam but also a high control accuracy of the vapor pressure and a fast start-up and shutdown, so that the requirements for a continuous process can be taken into account. The generated water vapor is then fed to a reheater and heated to the desired temperature for the spraying process.
Der Dampferzeuger besteht nach einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einer gewundenen Heizwendel, die z. B. auch aus mehreren spiral- oder meanderförmig gewundenen, ineinander liegend angeordneten Rohrschlangen bestehen kann, deren Enden zu einem geschlossenen Strömungskanal verbunden sind.Of the Steam generator consists of an advantageous embodiment a wound heating coil z. B. also from several spiral or meandering meandering, coiled tube coils are made can, whose ends are connected to a closed flow channel.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die einzelnen Rohrschlangen derart untereinander verbunden, dass das Wasser die Rohrschlangen von außen nach innen passiert.To A preferred development are the individual coils interconnected so that the water is the coils from the outside happened inside.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wasser in die äußerste Rohrschlange eintritt und aus der innersten Rohrschlagen austritt. Dies hat den Vorteil, dass mitgerissene Flüssigkeitstropfen in den engeren Wendeln der inneren Rohrschlange durch die dort höheren Fliehkräfte besser an die Wand gedrückt und dadurch verdampft werden, wodurch ein trockener Dampf ohne Flüssigkeitsanteile erreicht wird.Especially It is advantageous if the water enters the outermost coil and exits from the innermost pipe beating. This has the advantage that entrained liquid drops in the narrower spirals of the inner coil better by the higher centrifugal forces there pressed against the wall and thereby vaporized, producing a dry vapor without liquid fractions is reached.
Der in Richtung Dampfaustritt am Ende des Strömungskanals liegende Teil der Rohrschlange wird mit einer weit über der Sättigungstemperatur liegenden Temperatur beaufschlagt um eine direkte Überhitzung des Dampfes zu erreichen.Of the in the direction of steam outlet at the end of the flow channel lying part of Coil is at a temperature far above the saturation temperature Temperature applied to achieve a direct overheating of the steam.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Dampferzeuger in ein aus einem Material oder einer Legierung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Aluminium, bestehendes Gehäuse eingegossen.To In a preferred embodiment, the steam generator is in an off a material or alloy having a high thermal conductivity, preferably Aluminum, existing housing cast.
Zur Beheizung des Dampferzeugers sind in dem Gehäuse nach einer vorteilhaften Ausgestaltung Heizelemente vorgesehen.to Heating the steam generator are in the housing after a beneficial Design heating elements provided.
Diese Heizelemente können vorteilhafterweise aus elektrischen Heizpatronen oder rauchgasführenden Rohren bestehen.These Heating elements can advantageously from electric heating cartridges or flue gas-carrying Tubes exist.
Die Heizelemente sind nach einer vorteilhaften Weiterbildung in den Gußkörper eingegossen.The Heating elements are according to an advantageous development in the Cast body poured.
Alternativ können in dem Gehäuse auch Bohrungen zur Aufnahme der Heizelemente vorgesehen sein, in welche die Heizelemente eingesteckt werden können.alternative can in the case Also provided holes for receiving the heating elements, in which the heating elements can be inserted.
Um eine besonders symmetrische Beheizung zu ermöglichen, sind die Heizelemente vorzugsweise ringförmig zwischen den Rohrschlangen angeordnet.Around to allow a particularly symmetrical heating, the heating elements preferably annular arranged between the coils.
Alternativ können die Heizelemente auch um die Rohrschlangen herumgewickelt und zusammen mit diesen in den Körper eingegossen sein.alternative can the heating elements also wrapped around the coils and together with this in the body be poured.
Außerdem sind vorteilhafterweise in dem Körper Temperatursensoren vorgesehen, welche auch die Temperatur der einzelnen Heizbereiche regeln können.Besides, they are advantageously in the body Temperature sensors provided which also the temperature of the individual Heating ranges can regulate.
Der Schmelzpunkt des die Rohrschlangen umgebenden Materials liegt vorteilhafterweise ausreichend unterhalb des Schmelzpunktes der Rohrschlangen und oberhalb der maximalen Betriebstemperatur.Of the Melting point of the material surrounding the coils is advantageously sufficiently below the melting point of the coils and above the maximum operating temperature.
Um eine Vergrößerung der Heizfläche zu erzielen, können nach einer bevorzugten Ausgestaltung die Rohrschlangen eine gewellte oder gerippte Innenoberfläche haben. Ferner bewirken diese Geometrien eine Zerstäubung der Flüssigkeit bzw. eine Trennung zwischen mitgerissener Flüssigkeit und Dampf.Around an enlargement of the heating surface to achieve According to a preferred embodiment, the coils are a corrugated or ribbed inner surface to have. Furthermore, these geometries cause a sputtering of the liquid or a separation between entrained liquid and vapor.
Weiterhin können nach einer bevorzugten Weiterbildung die Rohrschlangen auf ihrer Außenseite eine Stützkonstruktion zur Verankerung in dem Körper aufweisen. Diese Stützkonstruktion kann vorzugsweise aus einer Außenberippung bestehen.Farther can According to a preferred embodiment, the coils on their outside a support structure for anchoring in the body exhibit. This support structure can preferably be made from an outer ribbing consist.
Da sich das Volumen der verdampfenden Flüssigkeit stark ausdehnt, ist es zudem vorteilhaft, wenn sich der Querschnitt der Rohrschlangen in Strömungsrichtung vergrößert, um eine längere Verweilzeit zu erreichen. Zudem können die Verbindungen zwischen den einzelnen Rohrschlangen als Kammern ausgebildet sein, die eine Trennung zwischen mitgerissener Flüssigkeit und Dampf bewirken.There is the volume of the evaporating liquid greatly expands it is also advantageous if the cross section of the coils in the flow direction enlarged to a longer one To reach residence time. In addition, the connections between the individual coils are formed as chambers, the one Separation between entrained liquid and steam cause.
Der Körper ist vorteilhafterweise von einer Isolierung umgeben.Of the body is advantageously surrounded by insulation.
Außerhalb der Isolierung kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung ein kreisringförmiger Mantel angeordnet sein, welcher von dem zu erwärmenden Wasser durchströmt ist. Dadurch kann einerseits die Wärmebelastung der Umgebung minimiert und andererseits das zugeführte Wasser vorgeheizt werden. Diese Kühlung bzw. Vorheizung kann auch erreicht werden, wenn die äußeren Wendeln nicht unmittelbar beheizt werden. Der Körper wird außen durch die eingespeiste Flüssigkeit gekühlt.Outside The insulation can according to a preferred embodiment, an annular sheath be arranged, which is flowed through by the water to be heated. As a result, on the one hand, the heat load Minimized environment and on the other hand, the supplied water be preheated. This cooling or preheating can also be achieved if the outer coils not be heated directly. The body gets outside through the injected liquid cooled.
Dem Dampferzeuger ist vorzugsweise eine Pumpe zur Zuführung des aufzuheizenden Wassers vorgeschaltet. Weiterhin ist dem Dampferzeuger ein Auslassventil in Form einer Expansionsdüse nachgeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung der Anlage ausschließlich über die Pumpe sowie den eingestellten Querschnitt der Düse auf der Dampfseite erfolgen kann. Der Dampferzeuger wird dazu bevorzugt auf eine Temperatur vorgeheizt und geregelt, die zwischen der Sättigungstemperatur und der Wiederbenetzungstemperatur (Leidenfrosttemperatur) des Wassers im Betriebszustand liegt. Je nach Anzahl der Rohrschlangen wird der Bereich in Richtung der Dampfabströmung von trockenem Dampf durchströmt, der dort durch eine geeignete Temperaturregelung des Körpers direkt überhitzt werden kann. Danach wird diejenige Masse Wasser eingespeist, die dampfförmig bei der am Auslassventil anliegenden Druckdifferenz zwischen Betriebsdruck und statischem Druck nach dem Auslassventil bei dem entsprechenden Öffnungsquerschnitt ausströmen kann. Alternativ kann der Austrittsquerschnitt auch aus einem Regelventil bestehen.the Steam generator is preferably a pump for supplying the upstream of the water to be heated. Furthermore, the steam generator an outlet valve in the form of an expansion nozzle downstream. this has the advantage that the control of the plant exclusively on the Pump and the set cross-section of the nozzle on the steam side done can. The steam generator is preferably to a temperature preheated and regulated between the saturation temperature and the Rewet temperature (Leidenfrosttemperatur) of the water in the Operating state is. Depending on the number of coils is the Flowed through area in the direction of the steam outflow of dry steam, the There overheated directly by a suitable temperature control of the body can be. Thereafter, the mass of water is fed, the vapor at the pressure difference between the operating pressure applied to the outlet valve and static pressure after the exhaust valve at the corresponding opening cross-section can flow out. alternative the outlet cross section may also consist of a control valve.
Die Pumpe kann kontinuierlich oder pulsierend arbeiten, wobei letzteres zu einer besseren Verdampfung im zweiphasigen Strömungsgebiet führt. Mit dieser Betriebsführung wird ein rasches An- und Abfahrverhalten erreicht.The Pump can work continuously or pulsating, the latter to a better evaporation in the two-phase flow area leads. With this management a quick start-up and shutdown is achieved.
Wenn das Gesamtvolumen des Dampferzeugers zwei Liter nicht überschreitet, so liegt auch bei höchsten Drücken kein Gefährdungspotential für die Umgebung in Folge eines Bruchs der Rohrwendel vor.If the total volume of the steam generator does not exceed two liters, so is also highest To press no danger potential for the Environment due to breakage of coiled tubing.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Heizwendel im Stand-By-Betrieb drucklos gehalten, was die Betriebssicherheit zusätzlich erhöht.To In a preferred embodiment, the heating coil is in stand-by mode depressurized, which additionally increases the reliability.
Aus dem Dampferzeuger wird der bevorzugt über den Sättigungspunkt überhitzte Dampf einem bevorzugt mehrstufigen Nacherhitzer zugeführt. Aufgabe der ersten Stufe ist die reine Überhitzung des Hauptdampfstromes, Aufgabe der zweiten Stufe die kombinierte Erwärmung von Pulver-/Trägergastrom und Hauptdampfstrom.Out the steam generator is preferably overheated over the saturation point Steam fed to a preferably multi-stage reheater. task the first stage is pure overheating of the main steam flow, task of the second stage the combined warming of powder / carrier gas stream and Main steam flow.
Der oben beschriebene Hauptgaserzeuger kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.Of the above-described main gas generators can also stand alone or in any combination with other machines for Application come.
Der Nacherhitzer weist vorteilhafterweise ein Innenrohr und ein das Innenrohr umgebendes Druckrohr auf, wobei das Innenrohr von einem Heizleiter umgeben ist, der einen spiralförmigen Strömungskanal für das Hauptgas bildet. Infolge dieser Ausgestaltung können das Trägergas mit dem Metallpulver und das Hauptgas gleichzeitig aufgeheizt und auf relativ hohe Temperaturen gebracht werden. Da der Nacherhitzer das Trägergas mit dem Metallpulver über eine längere Strecke führt, kann auch das Trägergas mit dem Metallpulver über eine längere Strecke vorgeheizt werden.Of the Reheater advantageously has an inner tube and a Inner tube surrounding pressure tube, wherein the inner tube of a Heat conductor is surrounded, which has a spiral flow channel for the main gas forms. As a result of this configuration, the carrier gas with the metal powder and the main gas heated at the same time and at relatively high temperatures to be brought. Since the reheater, the carrier gas with the metal powder over a longer Route leads, can also use the carrier gas the metal powder over a longer one Route to be preheated.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umgibt der Heizleiter das Innenrohr spiralförmig.To In an advantageous embodiment, the heating conductor surrounds the inner tube a spiral.
Der Heizleiter besteht vorteilhafterweise aus einem inneren, am Innenrohr anliegenden und einem äußeren, am Druckrohr anliegenden Widerstandsheizelement. Zur leichteren Montage ist ein kleiner Spalt jedoch zulässig.Of the Heat conductor is advantageously made of an inner, on the inner tube adjacent and an outer, on Pressure tube adjacent resistance heating element. For easier installation however, a small gap is allowed.
Der Heizleiter ist vorzugsweise mit einer elektrisch nicht leitenden Isolierung umgeben. Dies erlaubt einen direkten Kontakt des elektrisch leitfähigen Wasserdampfes mit dem Heizleiter.Of the Heating conductor is preferably with an electrically non-conductive Surrounded by insulation. This allows direct contact of the electrical conductive Steam with the heating conductor.
Außerdem besteht der Mantel des Heizleiters aus Edelstahl oder einer Legierung aus Nickel, Chrom und Molybdän, wie z. B. Inconel oder Hasetloy, was eine hervorragende Mischung aus Korrosionsfestigkeit, guter Bearbeitbarkeit und hoher Temperaturfestigkeit aufweist und auch Spannungskorrosionsrissen gut widerstehen kann.There is also the jacket of the heating element made of stainless steel or an alloy Nickel, chromium and molybdenum, such as Inconel or Hasetloy, which is an excellent blend corrosion resistance, good machinability and high temperature resistance and can withstand stress corrosion cracking well.
Das Druckrohr ist vorteilhafterweise von einer keramischen Isolierung umgeben, um eine Wärmeabstrahlung und eine damit verbundene thermische Belastung der Umgebung weitgehend zu verhindern.The Pressure tube is advantageously of a ceramic insulation Surrounded by a heat radiation and a related thermal stress on the environment largely to prevent.
Um den Nacherhitzer thermisch noch besser zu isolieren, kann die Isolierung in einem Außenrohr angeordnet sein.Around Thermal insulation to better isolate the reheater, the insulation arranged in an outer tube be.
Vorteilhafterweise ist das Außenrohr doppelwandig ausgebildet und in der Wandung ist ein Kühlmittel, wie z. B. Wasser, geführt.advantageously, is the outer tube double-walled and in the wall is a coolant, such as As water, out.
Wenn der Heizleiter mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, die mit unterschiedlichen Spannungen versorgbar sind, kann ei ne Segmentierung der Heizwendel erreicht werden, so dass eine variable Vorheizung des Metallpulvers bzw. des Trägergases möglich ist und der Wärmefluss an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann.If the heating conductor is subdivided into at least two sections with Different voltages can be supplied, can be a segmentation of the Heizwendel be achieved, so that a variable preheating of the Metal powder or the carrier gas possible is and the heat flow can be adapted to the respective circumstances.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Heizleiter zum Ausgleich von Wärmespannungen nur partiell an dem Innenrohr bzw. dem Druckrohr befestigt sein.According to one preferred embodiment, the heating element to compensate for thermal stress be only partially attached to the inner tube or the pressure tube.
Die Heißgaserzeuger sind vorzugsweise mindestens 20 cm lang. Zweckmäßigerweise beträgt die Länge im hier vorliegenden Anwendungsfall jedoch ca. 1,2 m.The Hot gas generators are preferably at least 20 cm long. Conveniently, the length is in here present application, however, about 1.2 m.
Der Querschnitt des zwischen Innenrohr und Druckrohr gebildeten Strömungskanals kann sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung verändern, z. B. erweitern oder verringern. Dies kann z. B. durch eine Veränderung der Steigung des Heizleiters erfolgen. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Wärmeübergang an die Temperaturdifferenz zwischen Trägergas und Heizleiter angepasst und ein über der Länge gleichmäßiger Austauschwärmestrom erreicht werden. Außerdem kann dadurch auch der Druckverlust im Strömungskanal optimiert werden.Of the Cross section of the flow channel formed between inner tube and pressure tube can change after an advantageous development, z. B. expand or contract. This can be z. B. by a change the slope of the heat conductor done. This allows the flow speed and thus the heat transfer adapted to the temperature difference between carrier gas and heat conductor and one over the length uniform exchange heat flow be achieved. Furthermore This can also optimize the pressure loss in the flow channel.
Der Nacherhitzer ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung zweistufig aufgebaut. Dabei dient in der ersten Stufe des Nacherhitzers das Innenrohr zur Ausbildung eines Strömungskanal zwischen Heizleiter und Druckrohr sowie als Verdrängungskörper, während in der zweiten Stufe das Innenrohr von einem Gas-/Pulvergemisch durchströmt wird, um dieses Gemisch aufzuheizen.Of the Reheater is in two stages according to a preferred embodiment built up. It serves in the first stage of the reheater the Inner tube for forming a flow channel between the heating conductor and pressure tube and as a displacement body, while in the second stage, the inner tube is flowed through by a gas / powder mixture, to heat up this mixture.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Innenrohr in beiden Stufen gerade verläuft, damit sich keine Pulverablagerungen oder unerwünschten Trennungen des Gas-/Pulvergemisches ergeben.in this connection It is particularly advantageous if the inner tube in both stages straight, so that no powder deposits or unwanted separations of the gas / powder mixture result.
Falls sich einzelne größere Partikel bilden sollten, ist am Ende der zweiten Stufe des Dampferhitzers ein Sieb mit kleineren Bohrungen als der Durchmesser des engsten Querschnitts der Düse vorgesehen, welches die Partikel zurückhält und ein Verstopfen verhindert.If individual larger particles should form at the end of the second stage of the steam heater a sieve with smaller holes than the diameter of the narrowest Cross section of the nozzle provided, which retains the particles and clogs prevented.
Der oben beschriebene Nacherhitzer kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.Of the above-described reheater can also be used alone or in any combination with other machines for Application come.
Nachdem der Gas-/Pulverstrom den Nacherhitzer verlassen hat, wird er einer Expansionsdüse zugeführt.After this the gas / powder stream has left the reheater, it becomes one Supplied to the expansion nozzle.
Diese Expansionsdüse besitzt nach einer bevorzugten Weiterbildung einen konvergenten und einen divergenten Bereich mit einem dazwischen liegenden engsten Querschnitt und ihre Innenkontur weist die Form eines einschaligen Hyperboloiden auf, dessen Erzeugende eine Gerade ist.These expansion nozzle possesses a convergent according to a preferred development and a divergent area with a narrowest one in between Cross-section and its inner contour has the shape of a single-shelled Hyperboloids whose generatrix is a straight line.
Um das Strömungsverhalten weiter zu verbessern, kann der divergente und/oder der konvergente Bereich mit einem Vorsatzelement verlängert werden.Around the flow behavior To further improve, the divergent and / or the convergent Extend area with a header element.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Innenkontur der Expansionshülse mit einem gasförmigen oder flüssigen wandbenetzenden Film überzogen werden. Die Hauptaufgabe dieses Films besteht darin, die Expansionsdüse zu kühlen, um so die Standzeit zu erhöhen und die Temperatur der Kernströmungen an die Grenze der Temperaturbeständigkeit des Düsenmaterials heranzuführen.To a preferred embodiment, the inner contour of the expansion sleeve with a gaseous one or liquid wall-wetting film coated become. The main task of this film is to cool the expansion nozzle to to increase the service life and the temperature of the core flows to the limit of temperature resistance of the nozzle material introduce.
Zur Überwachung des Betriebszustandes kann vor der Expansionsdüse ein Drucksensor angeordnet sein.For monitoring of the operating state, a pressure sensor can be arranged in front of the expansion nozzle be.
Die oben beschriebene Expansionsdüse kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.The can be described above expansion nozzle also in isolation or in any combination with others Machine tools are used.
Bedingt durch den Spritzprozess ergeben sich einige Probleme. So besteht bei der Verarbeitung von Metallpulver die Gefahr einer Staubexplosion, welche unbedingt vermieden werden muss. Darüber hinaus sollte ein Kontakt der Bedienperson mit dem Metallpulver möglichst vermieden werden, um eine gesundheitliche Beeinträchtigung auszuschließen.conditioned by the injection process, there are some problems. That is how it is in the processing of metal powder, the risk of a dust explosion, which must be avoided at all costs. In addition, a contact should the operator with the metal powder should be avoided as possible to a health impairment excluded.
Aus diesem Grunde ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung die Spritzkammer in zwei Funktionsbereiche unterteilt ist, von denen der eine diejenigen Bauteile aufnimmt, die dazu dienen, eine explosionsfähige Atmosphäre zur vermeiden und die eingebrachte thermische Energie sowie Verunreinigungen abzuführen, und von denen der andere diejenigen Bauteile aufnimmt, welche zur Durchführung des Spritzprozesses und des Bearbeitungsprozesses erforderlich sind.Out For this reason, according to an advantageous embodiment, the injection chamber is divided into two functional areas, one of which is the one Accommodates components that serve to avoid an explosive atmosphere and dissipate the introduced thermal energy and impurities, and of which the other receives those components, which for carrying out the injection process and the machining process are required.
Da beim Spritzvorgang größere Mengen Pulver in der Spritzkammer anfallen, müssen Pulveransammlungen in möglichen Ecken oder strömungstechnischen Toträumen der Prozessammer zuverlässig vermieden werden. Diese könnten sich ansonsten durch Funken oder heiße Späne entzünden oder im extremsten Fall durch Aufwirbelung zu einer Staubexplosion führen. Deshalb sind in der Spritzkammer vorteilhafterweise Faltenbälge mit Edelstahllamellen und ein die Wände benetzender, laminarer Wasserschleier angeordnet. Die Faltenbälge streifen die Schmutzpartikel ab, so dass diese in den unteren Bereich der Bearbeitungsmaschine fallen. Der untere Bereich wird durch einen die Wände benetzenden laminaren Wasserschleier sauber gehalten. Das Wasser wird durch Bohrungen in einen Verteiler geleitet, der sicherstellt, dass auf der gesamten Länge gleich viel Wasser zur Verfügung steht. Durch einen Auslauf gelangt das Wasser auf die Spritzkammerwand. Hier entsteht ein durchgehender laminarer Wasserschleier.There during the injection process larger quantities Powders accumulate in the spray chamber, must accumulate powder in potential Corners or fluidic dead spaces the process chamber reliable be avoided. These could otherwise ignite by sparks or hot shavings or in the most extreme case caused by whirling to a dust explosion. That's why in the injection chamber advantageously bellows with stainless steel fins and a wetting, laminar water curtain arranged. The bellows strip off the dirt particles, leaving them in the lower area the processing machine fall. The lower area is replaced by a the walls wetting laminar water curtain kept clean. The water is channeled through holes into a manifold that ensures that on the entire length the same amount of water available stands. Through an outlet, the water reaches the spray chamber wall. This creates a continuous laminar water curtain.
Das den Wasserschleier bildende Wasser wird nach einer bevorzugten Ausgestaltung aufgefangen und einem Sammelbehälter zugeführt, um von dort, vorzugsweise mittels einer Hebepumpe, zu einer Wasseraufbereitungsanlage gefördert zu werden.The water-forming water is collected according to a preferred embodiment and fed to a collecting container to be promoted from there, preferably by means of a lifting pump to a water treatment plant to who the.
Die Aufbereitungsanlage besteht bevorzugt aus einer Zentrifuge, einem Bandfilter oder einem Vakuumbandfilter welchen bei Bedarf ein Vorabscheider vorgeschaltet ist.The Processing plant preferably consists of a centrifuge, a Belt filter or a vacuum belt filter which, if required, a pre-separator upstream.
Weiterhin ist die Spritzkammer mit einer Abluftanlage verbunden, welche in der Spritzkammeratmosphäre schwebende Staubpartikel absaugt sowie entstehende Gase einem Nasswäscher zu führt.Farther is the spray chamber connected to an exhaust system, which in the spray chamber atmosphere floating dust particles sucks as well as resulting gases to a wet scrubber leads.
Um sicherzustellen, dass die dem Explosionsschutz dienenden Baugruppen richtig arbeiten, sind Sensoren vorgesehen, welche die Funktion dieser Bauteile überwachen und bei einem Ausfall eines dieser Bauteile die Bearbeitungsmaschine in einen Sicheren Zustand versetzen.Around ensure that the components used for explosion protection work properly, sensors are provided which the function monitor these components and in case of failure of one of these components, the processing machine put in a safe state.
Als zusätzliche Sicherheit gegen die Auswirkungen einer Staubexplosion ist zur Druckentlastung in einer Wand der Spritzkammer, vorzugsweise im Kabinendach, eine Berstscheibe angeordnet, die für einen geregelten Abbau der Druckwelle sorgt. Zusätzlich kann der Druck über den Abscheider entweichen.When additional Safety against the effects of a dust explosion is to relieve pressure in a wall of the injection chamber, preferably in the cabin roof, a rupture disc arranged for one regulated reduction of the pressure wave ensures. In addition, the pressure over the Separators escape.
Damit der Prozessraum zum einen von außen zugänglich ist und zum anderen eine Beobachtung des Innenraumes erlaubt, ist die Spritzkammer mittels einer mit einer Scheibe versehenen Schiebetür verschließbar. Um die Scheibe von Verschmutzungen rein zuhalten, ist der Wasserschleier auch in die Schiebetür integriert.In order to the process room is accessible from the outside and the other allows observation of the interior, the injection chamber by means of a sliding door provided with a disc lockable. To the disc of dirt To keep clean, the water curtain is also integrated in the sliding door.
Um weiterhin einen sicheren Schutz des Bedienpersonals vor den Auswirkungen eines Werkzeugbruchs, einer Staubexplosion sowie gegen übermäßige Lärmbelastung zu gewährleisten, ist die Spritzkammer vollständig gekapselt, und die Scheibe der Schiebetür besteht aus schalldämmendem Glas.Around Continue to ensure safe operator protection from the effects a tool breakage, a dust explosion and excessive noise pollution to ensure, the spray chamber is complete encapsulated, and the disc of the sliding door is made of soundproofing Glass.
Wegen des in der Spritzkammer auftretenden Schalldrucks von ca. 100–140 dB(A) und auch zur Erhöhung der Sicherheit gegenüber Explosionen besteht das Glas der Schiebetür aus Verbundsicherheitsglas, welches aus mehreren Schichten aufgebaut ist.Because of of the sound pressure in the spray chamber of approx. 100-140 dB (A) and also to increase safety Explosions is the glass of the sliding door made of laminated safety glass, which is composed of several layers.
Zusätzlich kann das Verbundsicherheitsglas auf der äußeren Seite noch mit einer Polycarbonatscheibe versehen sein.In addition, can the laminated safety glass on the outer side still with a Be provided polycarbonate disk.
Da das Ausgangssubstrat für den thermischen Spritzprozess temperiert werden muss, ist in der Spritzkammer ein beheizbarer Substrathalter angeordnet.There the starting substrate for must be tempered, the thermal spraying process is in the Spray chamber arranged a heatable substrate holder.
Die oben beschriebenen Maßnahmen für die Spritzkammer können auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.The measures described above for the spray chamber can also in isolation or in any combination with others Machine tools are used.
Die Beheizung des Substrathalters kann durch in den Substrathalter eingesetzte Heizpatronen, durch eine in den Substrathalter integrierte Strahlungsquelle oder durch induktive Erwärmung erfolgen. Abhängig von der Wärmeleitfähikeit des Bauteils, der Bauteilgröße und insbesonders der Bauteilhöhe muss die zugeführte Energie angepasst werden. Bei zunehmender Bauteilhöhe muss die Temperatur am Substrat erhöht werden. Die Temperatur an der Oberfläche des Bauteils kann durch eine geeignete Sensorik z. B. einer Wärmebildkamera oder Pyrometer ermittelt werden.The Heating of the substrate holder can be used by in the substrate holder Cartridge heaters, by a radiation source integrated in the substrate holder or by inductive heating. Dependent the thermal conductivity of the component, the component size and in particular the component height must be the supplied Energy to be adjusted. With increasing component height must the temperature at the substrate increases become. The temperature at the surface of the component can by a suitable sensor z. B. a thermal imaging camera or pyrometer be determined.
Weil sich eine Erwärmung des Substrathalters negativ auf die Genauigkeit der Bearbeitungsmaschine auswirken würde, ist der Substrathalter durch eine Isolierplatte, vorzugsweise aus Kunstharz, Glasfaser o. dgl., gegenüber der Bearbeitungsmaschine isoliert.Because a warming up the substrate holder negative on the accuracy of the processing machine would affect is the substrate holder by an insulating plate, preferably made Synthetic resin, glass fiber o. The like., Opposite the processing machine isolated.
Der oben beschrieben Substrathalter kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.Of the substrate holder described above can also be used alone or in any combination with other machines for Application come.
Zur Förderung des Spritzwerkstoffes ist ein Pulverförderer vorgesehen, der das Pulver stetig in einen Gasstrom aus Trägergas dosiert. Als Trägergas wird bevorzugt sauerstoffreduzierte Luft verwendet, es kann jedoch nahezu auch ein beliebiges anderes, gasförmiges Medium eingesetzt werden, z. B. Stickstoff. Bevorzugt ist das gasförmige Medium inert und besonders trocken.to advancement the spray material is a powder conveyor provided, the Powder continuously metered into a gas stream of carrier gas. As a carrier gas is preferably oxygen-reduced air is used, but it can almost also any other gaseous medium can be used, z. Nitrogen. Preferably, the gaseous medium is inert and particularly dry.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird sauerstoffreduzierte Luft durch den Entzug von Sauerstoff aus komprimierter Luft (Druckluft) erzeugt. Hierbei besteht die Möglichkeit den Sauerstoffanteil einzustellen. Wegen der gewünschten Inertisierung liegt der Sauerstoffanteil bevorzugt bei kleiner als 3 Diese sauerstoffreduzierte Luft wird anschließend auf einen Druck der gleich oder höher ist als der Systemdruck beim Spritzen verdichtet und bevorzugt in einem Pufferbehälter gespeichert.To In a preferred embodiment, oxygen-reduced air passes through the withdrawal of oxygen from compressed air (compressed air) generated. in this connection it is possible adjust the oxygen content. Because of the desired inertization is the oxygen content preferably less than 3 This oxygen-reduced Air will follow to a pressure equal to or higher than the system pressure compressed during spraying and preferably stored in a buffer tank.
Als Hauptgas zum thermischen Spritzen wird Kaltgasspritzen oder kinetisches Kompaktieren vorzugsweise wie Wasserdampf eingesetzt.When Main gas for thermal spraying will be cold gas spraying or kinetic Compacting preferably used as water vapor.
Die Verwendung des genannten Trägergases und Hauptgases beim thermischen Spritzen kann auch in Alleinstellung zur Anwendung kommen, ohne die in Verbindung beschriebenen Komponenten oder Verfahren.The Use of said carrier gas and main gas during thermal spraying can also be unique be used without the components described in connection or Method.
Der Pulverförderer umfasst vorteilhafterweise einen Drehteller, der das Pulver zu einer Entnahmestelle fördert, an welcher es von dem Trägergas mitgenommen wird.The powder conveyor advantageously comprises a turntable, the powder to a Entnah mestelle promotes, where it is taken from the carrier gas.
Um den Füllstand im Pulverbehälter zu überwachen ist im Behälter ein kapazitiver Sensor eingebaut. Dies ermöglicht eine Überwachung während der Befüllung sowie Während der Entnahme. Bevorzugt gibt der Sensor ein analoges Signal aus um die Füllhöhe bestimmen zu können.Around the level in the powder container to monitor is in the container a capacitive sensor installed. This allows monitoring during the filling as well as the removal. Preferably, the sensor outputs an analog signal to determine the fill level to be able to.
Bevorzugt
weitet sich der Pulverbehälter kurz über der Übergabestelle
des Pulvertellers auf damit das Pulver vor der Dosierung aufgelockert
wird (
Um einen homogenen und stetigen Trägergas-Pulverstrom zu gewährleisten, wird der Durchsatz aus einer Kombination eines beliebigen Gasmessedurchflussmessers mit einem Coriolis-Massedurchflussmesser bestimmt. Der Coriolis-Massedurchflussmesser ist als gerades Einrohrsystem mit einem geraden Strömungsdurchgang ausgebildet. Außerdem ist der Strömungsdurchgang vorteilhafterweise frei von Einbauten. Dies verhindert eine Separation oder Abscheidung der festen Komponenten. Da zudem Partikelströmungen sehr abrasiv wirken und die Einbauten in kurzer Zeit massiv beschädigen können, werden durch einen möglichst geraden und einbaufreien Strömungsweg die Lebensdauer und die Messgenauigkeit des Messgerätes erhöht. Bei geeigneter Materialauswahl des Messrohrs sowie des Zuschlagstoffs und/oder bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit kann das Messrohr abhängig von den Biegeradien auch eine gebogene Form aufweisen. Der erste Gasmessedurchflussmessers ist in der Gaszuleitung vor dem Pulverförderer montiert. Der Coriolis-Massedurchflussmesser ist zwischen dem Pulverförderer und der Düse montiert. Darüber hinaus können mit den beiden Messedurchflussmessern auch Leckagen erkannt werden indem das System ohne Pulver betrieben wird.Around a homogeneous and steady stream of carrier gas powder to ensure, the flow rate is a combination of any gas flow meter with a Coriolis mass flowmeter certainly. The Coriolis mass flowmeter is as a straight tube system with a straight flow passage educated. Furthermore is the flow passage advantageously free of internals. This prevents separation or deposition of the solid components. In addition, since particle flows very have an abrasive effect and can severely damage the internals in a short time through one as possible straight and installation-free flow path increases the service life and the measuring accuracy of the measuring device. If appropriate Material selection of the measuring tube and the aggregate and / or at a lower flow rate may depend on the measuring tube from the bending radii also have a curved shape. The first Gas flow meter is mounted in the gas supply line in front of the powder conveyor. The Coriolis mass flowmeter is between the powder conveyor and the nozzle assembled. About that can out leaks can also be detected with the two flowmeters by operating the system without powder.
Damit auch während des Spritzvorganges der Pulvervorrat nachgefüllt werden kann, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Pulvervorrat vorgesehen, welcher in zwei Abschnitte unterteilt ist, die durch eine Pulverschleuse voneinander getrennt sind. Somit kann aus dem einen Abschnitt Pulver entnommen werden, während in den anderen Abschnitt Pulver nachgefüllt wird.In order to even while the injection process of the powder supply can be refilled, is after a advantageous embodiment, a powder supply provided, which divided into two sections, passing through a powder lock are separated from each other. Thus, from the one section powder be removed while in the other section powder is refilled.
Damit die Pulverschleuse auch bei sehr hohen Drücken zuverlässig schließen kann, weist die Pulverschleuse eine Dichtung und einen konischen Verschluss auf. Aufgrund einer solchen Ausgestaltung kann eine Abdichtung allein aufgrund des herrschenden Drucks erfolgen.In order to The powder lock can reliably close the powder lock, even at very high pressures a seal and a conical closure. Because of a Such a design can be a seal solely due to the prevailing Printing done.
Um den Pulverförderer zu befüllen kann während der Spritzpause der Pulverförderer aus einem Vorratsbehälter nachgefüllt werden. In Kombination mit der Pulverschleuse ist dies auch während dem Betrieb möglich.Around the powder conveyor to fill can while the spray break of the powder conveyor from a storage container refilled become. In combination with the powder lock, this is also during the Operation possible.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Pulver mit einem Trägergas in dem Pulverförderer transportiert. Damit sich das Pulver möglichst vollständig vom Trägergas trennen kann wird ein Abscheider verwendet. Dieser Abscheider hat die Aufgabe das vom Vorratsbehälter kommende Pulver-Gas-Gemisch zu separieren, damit das Pulver nach unten in den Pulverförderer fallen kann und das Gas entweichen bzw. abgesaugt werden kann.To In a preferred embodiment, the powder with a carrier gas in the powder conveyor transported. So that the powder as completely as possible from carrier gas a separator can be used. This separator has the task of the reservoir Separate incoming powder-gas mixture, so that the powder after down into the powder conveyor can fall and the gas can escape or be sucked.
Der oben beschriebene Pulverförderer kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.Of the above described powder conveyor can also be alone or in any combination with others Machine tools are used.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Abscheider ein Zyklon eingesetzt. Ein Zyklon besteht bevorzugt aus einem runden Gehäuse mit tangentialem Einlauf am oberen Rand und einem Gasauslass, der als Tauchrohr konzentrisch im Deckel angebracht ist. Der eintretende Gasstrom beschreibt eine schrau benförmig nach unten verlaufende Kreisbahn. Da der Zyklon unten geschlossen ist kehrt sich die Gesamtrichtung des Gasstromes um, wobei die schraubende Bewegung erhalten bleibt. Um zu verhindern, dass bereits abgeschiedene Partikel wieder aufgewirbelt werden, muss entweder der Staubsammelbehälter genügend tief unter dem Umkehrpunkt der Gasströmung sein oder es wird ein sogenannter Apexkegel verwendet. Dieser Apexkegel wird knapp unterhalb des Konusaustrittes angebracht, so dass nur noch ein ringförmiger Spalt bleibt, durch den das abgeschiedene Pulver in den Sammelbahälter gelangen kann. Ein weiterer Vorteil eines Zyklon ist die einfache Bauart und das der Zyklon bei geeigneter Auslegung hohe Drücke aushält.To In a preferred embodiment, a cyclone is used as a separator. A cyclone preferably consists of a round housing tangential inlet at the top and a gas outlet, as Immersion tube is concentrically mounted in the lid. The entering Gas flow describes a screw Benförmig down running Circular path. Since the cyclone is closed at the bottom, the overall direction is reversed the gas flow, wherein the screwing motion is maintained. To prevent already separated particles from being whirled up again either the dust collector must be deep enough below the reversal point of the gas flow or a so-called apex cone is used. This apex cone is mounted just below the cone exit, so only still a ring-shaped There remains a gap through which the separated powder passes into the collecting tank can. Another advantage of a cyclone is the simple design and that the cyclone, with a suitable design, withstands high pressures.
Da ein Zyklon sehr feine Pulver nicht vollständig abscheidet, kann in den Gasausgang zusätzlich ein Filter eingesetzt werden. Dieser Filter kann z. B. aus einem Flies oder einem Sintermaterial bestehen.There a cyclone very fine powder does not completely precipitate, can in the Gas outlet in addition a filter can be used. This filter can, for. B. from a Flies or a sintered material.
Der oben beschriebene Abscheider kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.Of the Abscheider described above can also be used alone or in any combination with other processing machines are used.
Dadurch das der Pulverförderer aus einem Vorratsbehälter befällt werden kann besteht die Möglichkeit die Befüllung unter Schutzgasatmosphäre bzw. Sauerstoffreduzierter Atmosphäre durchzuführen. Dies ist besonders wichtig bei Pulvern die zur Staubexplosion neigen oderleicht oxidieren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine Feuchtigkeit ins Pulver gelangen kann.As a result, the powder conveyor can be filled from a storage container, it is possible to carry out the filling under a protective gas atmosphere or oxygen-reduced atmosphere. This is especially important for powders that tend to dust or easily oxidize. A white terer advantage is that no moisture can get into the powder.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Vorratsbehälter aus einem Behälter der eine Zuleitung (x), einen Ausgang (y) sowie einen Anschluss (z) für Druckbeaufschlagung bzw. Entlüftung hat. Die Anschlüsse Zuleitung Trägergas und Ausgang sind nach unten geführt und am Boden mit einer Vorrichtung verbunden die das Pulver aufnimmt-ähnlich einer Wasserstrahlpumpe.To In a preferred embodiment, the reservoir consists of a container a supply line (x), an output (y) and a connection (z) for Pressurization or venting has. The connections Supply line carrier gas and exit are down and at the bottom connected to a device which receives the powder-like one Water jet pump.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorratsbehälters werden die Anschlüsse Zuleitung, Druckbeaufschlagung und Entlüftung mit einem Zentrifugalabscheider sowie einem Filter versehen. Im Fall, dass Pulver zurückgedrückt wird, werden die Ventile bzw. Druckminderer nicht verunreinigt.To In a preferred embodiment of the storage container, the connections are supply line, pressurization and venting equipped with a centrifugal separator and a filter. In the case, that powder is pushed back, the valves or pressure reducers are not contaminated.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Vorratsbehälters kann die Zuleitung beheizt werden, damit das Fließverhalten verbessert wird bzw. dem Pulver Feuchtigkeit entzogen werden kann.To a preferred embodiment of the reservoir, the supply line can be heated so that the flow behavior is improved or the powder moisture can be removed.
Die oben beschriebene Vorratsbehälter kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.The Reservoir described above can also be alone or in any combination with others Machine tools are used.
Zur Prozeßüberwachung kann eine Videokamera eingesetzt werden um Fehlstellen z. B. Lunker oder Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche z. B. nach dem Planfräsen aufgrund zu wenig Materialauftrag erkennen zu können.to process monitoring Can a video camera be used to remove defects z. B. voids or irregularities in the surface z. B. after face milling to be able to recognize due to too little material order.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Prozessüberwachung auch durch eine Wärmebildkamera erfolgen. Hierbei besteht zusätzlich die Möglichkeit einer lokalen Überhitzung vorzubeugen oder eine Delamination der Schichten frühzeitig zu erkennen. Fehlstellen können somit erkannt und nachgearbeitet werden oder die defekten Bereiche abgetragen und neu aufgebaut werden.To In a preferred embodiment, the process monitoring can also be performed by a Thermal camera respectively. This is additional the possibility a local overheating Prevent or delamination of the layers early to recognize. Defects can Thus recognized and reworked or the defective areas are removed and rebuilt.
Die oben beschriebene Prozessüberwachung kann auch in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination mit anderen Bearbeitungsmaschinen zur Anwendung kommen.The process monitoring described above can also be alone or in any combination with others Machine tools are used.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description with reference to the drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung ist die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen und abtragende Bearbeitung im Detail beschrieben.In The following description is the processing machine according to the invention for the combined construction of a workpiece by thermal spraying and erosive machining described in detail.
Die
Hauptkomponenten der erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine zum
kombinierten Aufbau eines Werkstücks
durch thermisches Spritzen und abtragende mechanische Bearbeitung
sind eine Spritzkammer
In
der Spritzkammer
Der Aufbau der Werkstücks mit Baumateriall mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens ist im Grundsatz bekannt.Of the Structure of the workpiece with building material by means of a thermal spraying method known in principle.
Bei
dem hier beschriebenen Verfahren wird der thermische Spritzvorgang
mit Wasserdampf als Hauptgas eines thermischen Spritzverfahrens
durchgeführt.
Die Erzeugung des Wasserdampfs erfolgt durch einen in der Bearbeitungsmaschine
integrierten Dampferzeuger
Der
erzeugte Wasserdampf wird dann in einem Nacherhitzer
Aus dem reinen Verfahren des Spritzprozesses heraus ergeben sich einige Probleme. So besteht bei der Verarbeitung von Metallpulver die Gefahr einer Staubexplosion, welche unbedingt vermieden werden muss. Darüber hinaus sollte ein Kontakt der Bedienperson mit dem Metallpulver möglichst vermieden werden, um eine gesundheitliche Beeinträchtigung auszuschließen.Out the pure process of the injection process out some Problems. So there is a danger in the processing of metal powder a dust explosion, which must be avoided at all costs. Furthermore should contact the operator with the metal powder as possible be avoided to a health impairment excluded.
Weiterhin
bedingen die hohen Gasgeschwindigkeiten an der Expansionsdüse einen
extremen Schallpegel in der Spritzkammer
Der
kondensierende Dampf führt
der Spritzkammer
Um diesen Anforderungen zu entsprechen, ist die Bearbeitungsmaschine im Einzelnen wie folgt ausgebildet.Around To meet these requirements is the processing machine in detail, as follows.
Die
Spritzkammer
Die
einzelnen Baugruppen sind in den
Da
beim Spritzvorgang größere Mengen
Pulver in der Spritzkammer
Dies
wird im oberen (dynamischen) Bereich der Spritzkammer
Die
Faltenbälge
Die
in der Spritzkammer
Da
die Spritzkammer
Die
Auch
weitere in der Spritzkammer
Restliche
Staubpartikel, welche in der Spritzkammer atmosphäre schweben,
werden über
eine Abluftanlage, die für
eine ständige
Durchströmung des
Prozessraums
Eine
Zentrifuge mit Kühler
Der Beladezustand der Zentrifuge kann dabei indirekt über die aufzubringende Antriebsleistung ermittelt werden. Diese Messung erfolgt nach folgenden Schritten:Of the Loading condition of the centrifuge can indirectly via the be applied to be applied drive power. This measurement takes place following the following steps:
Erster Schritt:First step:
Die Zentrifuge befindet sich im unbeladenen Zustand. In diesem Zustand wird die benötigte Energie zum Abbremsen der Zentrifuge in Bezug zu einem definierten Zeitintervall ermittelt. Die Messung der benötigten Energie kann dabei zum Beispiel über eine Strommessung an den Bremswiderständen erfolgen. Es wäre aber auch denkbar, dass die Messung über das Bremsmoment des Frequenzumrichters des Anriebsmotors erfolgt.The Centrifuge is in unloaded condition. In this condition will the needed Energy for decelerating the centrifuge in relation to a defined Time interval determined. The measurement of the required energy can be used for Example about a Current measurement at the brake resistors respectively. It would be also possible to measure over the braking torque of the frequency converter of the drive motor takes place.
Zweiter Schritt:Second step:
Der so ermittelten Werte dient als Referenzwert für die leere Zentrifuge und wird als Referenzparameter im Speicher der Maschinensteuerung hinterlegt.Of the Values thus determined serve as the reference value for the empty centrifuge and is stored as a reference parameter in the memory of the machine control.
Dritter Schritt:Third step:
Die Zentrifuge befindet sich im beladenen Zustand. Die Messung im ersten Schritt wird wiederholt und der ermittelte Wert wird mit dem im Speicher abgelegten Referenzwert verglichen. Die Differenz zwischen den beiden Wert ist dann ein Maß für die Beladung der ZentrifugeThe Centrifuge is in loaded condition. The measurement in the first Step is repeated and the determined value is compared with the value in Memory stored reference value compared. The difference between the two values are then a measure of the load the centrifuge
Falls
eine der dem Explosionsschutz dienenden Baugruppen wie Wasserschleier
Als
zusätzliche
Sicherheit gegen die Auswirkungen einer Staubexplosion ist zur Druckentlastung im
Dach des Spritzkammer
Besondere
Bedeutung hinsichtlich der Betriebssicherheit kommt der Schiebtür
Wegen
des in der Spritzkammer
Die
schalldämmende
Scheibe
Das
Werkstück
selbst befindet sich auf dem beheizbaren, als Schwenkrundtisch ausgebildeten Substrathalter
Im Schwenkrundtisch muss die Abwärme der Substratheizung abgeführt werden, weil sich eine Erwärmung dieser Baugruppe negativ auf die Genauigkeit auswirken würde.The swivel rotary table must have the waste heat be removed from the substrate heating, because a heating of this assembly would adversely affect the accuracy.
Deshalb
wird der Substrathalter
Wesentlicher Bestandteil der Gesamtanlage ist das System zur Erzeugung und Überhitzung des Dampfes, der das Prozessgas des Spritzverfahrens bildet. Die Anlage zur Dampferzeugung muss durch ein schnelles An- und Abfahrverhalten eine zyklische Dampfentnahme ohne Zwischenspeicher ermöglichen.essential Part of the overall system is the system for generating and overheating the steam that forms the process gas of the spraying process. The Plant for steam generation must be characterized by a fast start-up and shutdown allow a cyclic steam extraction without cache.
Der
Dampferzeuger
Der
Dampferzeuger
Da
sich das Volumen des verdampfenden Wassers stark ausdehnt, ist es
zudem zweckmäßig, den
Querschnitt der Rohrschlangen
Den
Außenmantel
des Dampferzeugers
Die
Regelung des Dampferzeugers
Danach wird diejenige Masse Wasser eingespeist, die dampfförmig bei der am Auslassventil anliegenden Druckdifferenz zwischen Betriebsdruck und statischem Druck nach dem Auslassven til bei dem entsprechenden Öffnungsquerschnitt ausströmen kann. Alternativ kann der Austrittsquerschnitt auch aus einer Düse mit festem Querschnitt bestehen. Der Betriebsdruck und damit der ausfließende Dampfmassenstrom hängen dann von der eingespeisten Wassermenge sowie den Dampftemperaturen im Gesamtsystem ab.After that the mass of water is fed, the vapor at the pressure difference at the outlet valve between operating pressure and static pressure after the outlet valve at the corresponding opening cross-section escape can. Alternatively, the outlet cross-section can also be from a nozzle with a fixed Cross section exist. The operating pressure and thus the outflowing steam mass flow hang then from the amount of water fed in as well as the steam temperatures in the overall system.
Die Wassereinspeisung kann entweder kontinuierlich oder pulsierend erfolgen, wobei letzteres zu einer besseren Verdampfung im zweiphasigen Strömungsgebiet führt.The Water supply can be either continuous or pulsed, the latter leading to better evaporation in the two-phase flow regime leads.
Mit
dieser Betriebsführung
wird ein rasches An- und Abfahrverhalten erreicht. Überschreitet
das in den Rohrschlangen
Aus
diesem Dampferzeuger
Die
Beheizung des Nacherhitzers
Bauartbedingt
liegt die minimale Länge
des Nacherhitzers
Der
Querschnitt des Strömungskanals
kann durch eine Änderung
der Steigung der spiralförmigen Heizleiter
Außerdem erlaubt
die Steigung der Heizleiter
Eine
weitere Möglichkeit,
den Wärmefluss anzupassen,
besteht darin, die Heizleiter
Da
insbesondere der zweite Nacherhitzer
Das
Innenrohr
Falls
sich dennoch in dem Innenrohr
Die
Strömung
wird anschließend
in der Expansionsdüse
Der
Betriebszustand wird durch einen Drucksensor vor der Expansionsdüse
Der
pulverförmige
Spritzwerkstoff wird über einen
Pulverförderer
Zusätzlich ist
um die Ansaugstelle ein O-Ring
Um den homogenen und stetigen Trägergas-Pulverstrom zu gewährleisten, wird der Durchsatz mit einem Coriolis-Massedurchflussmesser bestimmt.Around the homogeneous and steady carrier gas powder stream to ensure, the throughput is determined with a Coriolis mass flowmeter.
Eine
Pulverschleuse
Besondere
Aufmerksamkeit gilt der Gestaltung des Abdichtmechanismus zwischen
Pulvervorrat
Die vorgehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschieden Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The The preceding description of the present invention is only to for illustrative purposes and not for the purpose of limiting the Invention. Within the scope of the invention are various changes and modifications possible, without departing from the scope of the invention and its equivalents.
- 11
- Spritzkammerinjection chamber
- 22
- HauptgaserzeugerMain gas producers
- 33
- PulveraufbereiterPulveraufbereiter
- 44
- Anlage zur Wasseraufbereitunginvestment for water treatment
- 55
- Dampferzeugersteam generator
- 66
- Nacherhitzerreheater
- 77
- Expansionsdüseexpansion nozzle
- 88th
- Substrathaltersubstrate holder
- 99
- Faltenbalgbellow
- 1010
- Abstreifkantestripping
- 1111
- Schmutzpartikeldirt particles
- 1212
- Wasserschleierwater curtain
- 1313
- Verteilerdistributor
- 1414
- Auslaufoutlet
- 1515
- Schiebetürsliding door
- 1616
- WerkzeugmagazinklappeTool magazine flap
- 1717
- Nasswäscherwet scrubbers
- 1818
- Zentrifugecentrifuge
- 1919
- ReinwasserbehälterClean Water Tank
- 2020
- SchmutzwasserbehälterRecovery tank
- 2121
- Berstscheiberupture disc
- 2222
- Scheibedisc
- 2323
- Dichtungpoetry
- 2424
- Senkdichtungdrop seal
- 2525
- Auslösertrigger
- 2626
- Polycarbonatscheibepolycarbonate lens
- 2727
- HeizpatroneCartridge Heater
- 2828
- Schleifringslip ring
- 2929
- Isolierplatteinsulation
- 3030
- Kühlkanälecooling channels
- 3131
- Rohrschlangecoil
- 3232
- Gehäusecasing
- 3333
- HeizpatroneCartridge Heater
- 3434
- Pumpepump
- 3535
- Heizleiterheating conductor
- 3636
- Innenrohrinner tube
- 3737
- Druckrohrpressure pipe
- 3838
- Isolierunginsulation
- 3939
- Außenrohrouter tube
- 4040
- Siebscree
- 4141
- Mischkammermixing chamber
- 4242
- Vorsatzelementintent element
- 4343
- Wassereinspeisungwater supply
- 4444
- Pulverfördererpowder Feeder
- 4545
- Pulvervorratpowder storage
- 4646
- Drehtellerturntable
- 4747
- Nutgroove
- 4848
- Pulverrohrpowder tube
- 4949
- Auslassoutlet
- 5151
- O-RingO-ring
- 5252
- Pulverschleusepowder lock
- 5353
- Zwischenkammerintermediate chamber
- 5454
- konischer Verschlussconical shutter
- 5555
- Dichtungpoetry
Claims (78)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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