DE102014010439A1

DE102014010439A1 - Cold spraying device

Info

Publication number: DE102014010439A1
Application number: DE102014010439.7A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Holzgassner; Peter Richter jun.; Peter Richter sen.; Andreas Gropp
Original assignee: IMPACT-Innovations-GmbH; Impact Innovations GmbH
Current assignee: IMPACT-Innovations-GmbH; Impact Innovations GmbH
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-01-21
Also published as: EP2974796B1; EP2974796A3; EP2974796A2

Abstract

Bei einer Kaltgasspritzvorrichtung ist in einer Mischkammer (10) eine Strömungsleiteinrichtung (20) angeordnet, welche das Spritzpartikel/Gas-Gemisch von einem längsachsennahen Bereich nach außen in einen wandnahen Bereich der Mischkammer (10) drängt.In a cold gas spraying device, a flow-guiding device (20) is arranged in a mixing chamber (10), which urges the sprayed particle / gas mixture from a region close to the longitudinal axis to a region near the wall of the mixing chamber (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaltgasspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a cold gas spraying device according to the preamble of claim 1.

Beim Kaltgasspritzen handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, bei dem der Beschichtungswerkstoff in Pulverform vorliegt und mit sehr hohen Geschwindigkeiten, insbesondere Überschallgeschwindigkeit, auf ein Substrat, d. h. Trägermaterial bzw. Bauteil, aufgebracht wird.Cold gas spraying is a coating process in which the coating material is in powder form and at very high speeds, in particular supersonic speed, onto a substrate, ie. H. Carrier material or component is applied.

Die Pulverpartikel des Beschichtungswerkstoffs weisen üblicherweise Partikeldurchmesser von 1 μm bis 250 μm auf. Die Pulverpartikel werden in einem Gasstrom auf Geschwindigkeiten von 200 m/s bis 1600 m/s beschleunigt, indem die Pulverpartikel in eine zwischen einer Düse und einem Hochdruckgaserhitzer angeordnete Mischkammer eingeleitet werden, wobei aus dem Hochdruckgaserhitzer das Prozessgas mit einer hohen Geschwindigkeit in die Mischkammer strömt, so dass die in die Mischkammer eingeleiteten Pulverpartikel durch den Gasstrom beschleunigt und aufgeheizt werden. Beim Aufprall der Pulverpartikel auf dem Substrat steigt durch plastische Verformung der Pulverpartikel deren Temperatur soweit an, dass es zu einem Anschmelzen der Pulverpartikel kommt und diese mit der Oberfläche des Substrats verschweißen.The powder particles of the coating material usually have particle diameters of 1 .mu.m to 250 .mu.m. The powder particles are accelerated in a gas stream to speeds of 200 m / s to 1600 m / s by the powder particles are introduced into a mixing chamber arranged between a nozzle and a high-pressure gas heater, from the high-pressure gas heater, the process gas flows at a high speed in the mixing chamber so that the powder particles introduced into the mixing chamber are accelerated and heated by the gas flow. Upon impact of the powder particles on the substrate increases by plastic deformation of the powder particles whose temperature to the extent that it comes to a melting of the powder particles and weld them to the surface of the substrate.

Beim Kaltgasspritzen werden üblicherweise Pistolen mit Lavaldüsen verwendet, die in Strömungsrichtung hintereinander einen konvergierenden Kanalabschnitt, einen engsten Kanalabschnitt und einen divergierenden Kanalabschnitt aufweisen.In cold gas spraying guns are usually used with Laval nozzles having in the flow direction one behind the other a converging channel section, a narrowest channel section and a diverging channel section.

Aus der EP 1 390 152 B1 ist bereits eine Kaltgasspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei der eine sogenannte Breitstrahldüse verwendet wird, d. h. der durchströmte Kanalquerschnitt verbreitert sich in Richtung der Auslassöffnung der Düse derart, dass die Auslassöffnung eine rechteckige Querschnittform hat. Derartige Breitstrahldüsen haben gegenüber Düsen mit kreisförmiger Austrittsöffnung den Vorteil, dass flächige Beschichtungen gleichmäßiger und wesentlich schneller hergestellt werden können.From the EP 1 390 152 B1 a cold gas spraying device according to the preamble of claim 1 is already known, in which a so-called wide-jet nozzle is used, ie the channel cross-section through widened in the direction of the outlet opening of the nozzle such that the outlet opening has a rectangular cross-sectional shape. Such broad jet nozzles have the advantage over nozzles with a circular outlet opening that surface coatings can be produced more uniformly and much more rapidly.

Nachteilig ist bei bekannten Breitstrahldüsen dieser Art, dass das Pulver innerhalb der Düse nicht mit der gewünschten Gleichmäßigkeit über die Breite der Düse verteilt wird. Meist kommt es zu einer Anhäufung von Pulverpartikeln im mittleren Bereich, da das Pulver vom Pulverinjektionsrohr mittig in die Mischkammer und von dort mittig in die Lavaldüsen strömt. Hierdurch wird der Vorteil der Breitstrahldüsen im Vergleich zu Düsen mit runder Austrittsöffnung beim Flächenspritzen wieder teilweise aufgehoben.A disadvantage of known wide-jet nozzles of this type that the powder is not distributed within the nozzle with the desired uniformity across the width of the nozzle. Usually there is an accumulation of powder particles in the middle region, since the powder flows from the powder injection tube in the middle of the mixing chamber and from there in the middle of the Laval nozzles. As a result, the advantage of the wide-jet nozzles in comparison to nozzles with round outlet opening when surface spraying is partially canceled.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kaltgasspritzvorrichtung zu schaffen, mit der flächige Beschichtungsvorgänge auf besonders effektive und gleichmäßige Weise durchgeführt werden können.The invention is therefore based on the object to provide a cold gas spraying device can be performed with the surface coating operations in a particularly effective and uniform manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kaltgasspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a cold gas spraying device with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Bei der Kaltgasspritzvorrichtung ist in der Mischkammer eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet, welche das Spritzpartikel/Gas-Gemisch von einem längsachsennahen Bereich nach außen in einen wandnahen Bereich der Mischkammer drängt.In the cold gas spraying device, a flow-guiding device is arranged in the mixing chamber, which urges the spray particle / gas mixture from a region near the longitudinal axis to the outside into a region of the mixing chamber close to the wall.

Die Strömungsleiteinrichtung bewirkt, dass eine Anhäufung von Pulverpartikeln im mittleren Bereich des durchströmten Düsenkanals wirkungsvoll verhindert werden kann. Eine ”Unterversorgung” der Randbereiche mit Pulverpartikel wird daher vermieden. Dies führt insbesondere bei Breitstrahldüsen, bei denen die Breite der Austrittsöffnung wesentlich größer, beispielsweise mehr als zehn mal so groß ist als deren Höhe, zu einer gleichmäßigeren Pulververteilung über die gesamte Breite der Austrittsöffnung.The flow guide causes an accumulation of powder particles can be effectively prevented in the central region of the flowed through nozzle channel. A "undersupply" of the edge areas with powder particles is therefore avoided. This leads, in particular in wide-jet nozzles, in which the width of the outlet opening is substantially larger, for example more than ten times as large as their height, to a more uniform powder distribution over the entire width of the outlet opening.

Vorteilhafterweise weist das Kegel- oder Keilelement einen hinteren Kegel- oder Keilabschnitt mit einer hinteren Spitze oder Schneide auf, die auf eine Auslassöffnung des Pulverinjektionsrohrs hingerichtet ist. Hierdurch wird das Pulver besonders gleichmäßig und kontinuierlich vom mittleren, d. h. längsachsennahen, Bereich der Mischkammer in deren Randbereich und damit seitlich nach außen in die Randbereiche des Strömungskanals der Lavaldüse geleitet. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Verlängerung der Längsachse des hinteren Kegel- oder Keilabschnitts durch das Zentrum der Auslassöffnung des Pulverinjektionsrohrs hindurchgeht.Advantageously, the conical or wedge element has a rear taper or wedge portion with a rear tip or blade which is executed on an outlet opening of the powder injection tube. As a result, the powder is particularly evenly and continuously from the middle, d. H. close to the axis, region of the mixing chamber in the edge region and thus led laterally outward into the edge regions of the flow channel of the Laval nozzle. It is particularly advantageous in this case if the extension of the longitudinal axis of the rear cone or wedge section passes through the center of the outlet opening of the powder injection tube.

Vorteilhafterweise weist das Kegel- oder Keilelement einen vorderen Kegel- oder Keilabschnitt auf, der in den konvergierenden Kanalabschnitt der Lavaldüse hineinragt. Hierdurch wird das vom hinteren Kegel- oder Keilabschnitt in den Randbereich der Mischkammer geleitete Pulver auch im konvergierenden Kanalabschnitt der Lavaldüse im Randbereich gehalten und auf gleichmäßige Weise in die Randbereiche des engsten Kanalabschnitts geleitet, der bereits schlitzförmig ausgebildet ist, d. h. dessen Breite größer als dessen Höhe ist. Von diesem engsten Kanalabschnitt aus verteilen sich dann die Pulverpartikel auf gleichmäßige Weise über den gesamten Querschnitt des divergierenden Kanalabschnitts.Advantageously, the conical or wedge element has a front cone or wedge section which projects into the converging channel section of the Laval nozzle. In this way, the powder conducted from the rear cone or wedge section into the edge region of the mixing chamber is also held in the converging channel section of the Laval nozzle in the edge region and guided in a uniform manner into the edge regions of the narrowest channel section, which is already slit-shaped, ie. H. whose width is greater than its height. From this narrowest channel section, the powder particles are distributed in a uniform manner over the entire cross section of the diverging channel section.

Vorteilhafterweise umfasst die Strömungsleiteinrichtung eine Außenhülse, in der das Kegel- oder Keilelement mittels speichenartiger Streben mittig und auf Abstand gehalten ist. Hierdurch lässt sich die Strömungsleiteinrichtung auf besonders einfache Weise mittig in der Spritzpistole befestigen.Advantageously, the flow guide comprises an outer sleeve in which the cone or Wedge element is held centrally by means of spoke-like struts and at a distance. As a result, the flow-guiding device can be fastened centrally in the spray gun in a particularly simple manner.

Vorteilhafterweise ist der Innendurchmesser des vom Spritzpartikel/Gasgemisch durchströmten Ringspaltes im Bereich des Eintrittsquerschnitts des konvergierenden Kanalabschnitts der Lavaldüse größer als 50%, vorzugsweise größer als 60% des Außendurchmessers des Ringspalts. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 60%, des Eintrittsquerschnitts der Lavaldüse von der Strömungsleiteinrichtung ausgefüllt ist.Advantageously, the inner diameter of the annular gap through which the spray particle / gas mixture flows is greater than 50%, preferably greater than 60%, of the outer diameter of the annular gap in the region of the inlet cross section of the converging channel section of the Laval nozzle. In other words, this means that more than 50%, preferably more than 60%, of the inlet cross section of the Laval nozzle is filled by the flow guide.

Vorteilhafterweise erstreckt sich der vordere Kegel- oder Keilabschnitt über eine Länge von 50% bis 90% der Länge des konvergierenden Kanalabschnitts in den konvergierenden Kanalabschnitt hinein. Auf diese Weise erfolgt über eine relativ große Länge des konvergierenden Kanalabschnitts die randnahe Zwangsführung der Pulverpartikel.Advantageously, the forward taper or wedge portion extends into the convergent duct section over a length of 50% to 90% of the length of the convergent duct section. In this way, over a relatively large length of the converging channel section, the edge near forced guidance of the powder particles.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show it:

1: einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kaltgasspritzvorrichtung, 1 FIG. 3: a longitudinal section through the cold gas spraying device according to the invention, FIG.

2: einen Längsschnitt durch die Lavaldüse längs der Linie II-II von 3, 2 a longitudinal section through the Laval nozzle along the line II-II of 3 .

3: eine Frontansicht der Lavaldüse von 2, 3 : a front view of the Laval nozzle of 2 .

4: eine räumliche Darstellung der Lavaldüse, 4 : a spatial representation of the Laval nozzle,

5: einen Längsschnitt durch eine Strömungsleiteinrichtung längs der Linie V-V von 6, 5 FIG. 2: a longitudinal section through a flow-guiding device along the line VV of FIG 6 .

6: eine Frontansicht der Strömungsleiteinrichtung von 5, 6 : a front view of the flow guide of 5 .

7: einen Längsschnitt längs der Linie VII-VII von 6, 7 a longitudinal section along the line VII-VII of 6 .

8: eine räumliche Darstellung der Strömungsleiteinrichtung schräg von vorne, und 8th a spatial representation of the flow guide obliquely from the front, and

9: eine räumliche Darstellung der Strömungsleiteinrichtung schräg von hinten. 9 : a spatial representation of the flow guide obliquely from behind.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kaltgasspritzvorrichtung mit einer Spritzpistole 1. Die Spritzpistole 1 umfasst im Wesentlichen eine Lavaldüse 2 und ein Mischkammerelement 3, an dessen vorderem Ende die Lavaldüse 2 befestigt ist. Mit ”vorn” wird im Rahmen der Erfindung immer diejenige Seite der Vorrichtung bzw. eines Teils dieser Vorrichtung bezeichnet, die zu dem eine Austrittsöffnung 5 aufweisenden Endbereich 4 der Lavaldüse 2 hin gerichtet ist. Mit ”hinten” wird im Folgenden diejenige Seite der Vorrichtung bzw. eines Teils davon bezeichnet, die zum hinteren, eine Eintrittsöffnung 6 für heißes Gas aufweisenden Endbereich 7 des Mischkammerelements 3 hin gerichtet ist. 1 shows a longitudinal section through a cold gas spraying device according to the invention with a spray gun 1 , The spray gun 1 essentially comprises a Laval nozzle 2 and a mixing chamber element 3 , at the front end of the Laval nozzle 2 is attached. In the context of the invention, "front" always refers to that side of the device or of a part of this device which leads to the one outlet opening 5 having end portion 4 the Laval nozzle 2 directed. The term "back" refers in the following to that side of the device or a part thereof, that to the rear, an inlet opening 6 for hot gas end region 7 the mixing chamber element 3 directed.

An den hinteren Endbereich 7 des Mischkammerelements 3 schließt sich ein nicht dargestellter Hochdruckgaserhitzer an, um das Prozessgas auf die erforderlichen hohen Temperaturen zu erhitzen, die beim Kaltgasspritzen jedoch unterhalb der Schmelztemperatur von pulverförmigen Spritzpartikeln liegen, die auf ein nicht dargestelltes Substrat aufgetragen werden sollen. Das erhitzte Gas wird in Richtung des Pfeils 8 in einen sich durch das Mischkammerelement 3 axial hindurch erstreckenden Hohlraum 9 eingeleitet, der im vorderen Bereich des Mischkammerelements 3 eine Mischkammer 10 bildet.At the rear end area 7 the mixing chamber element 3 joins an unillustrated high-pressure gas heater to heat the process gas to the required high temperatures, which are in the cold gas spraying, however, below the melting temperature of powdery spray particles to be applied to a substrate, not shown. The heated gas will be in the direction of the arrow 8th into one through the mixing chamber element 3 axially extending cavity 9 introduced in the front region of the mixing chamber element 3 a mixing chamber 10 forms.

In die Mischkammer 10 ist von der Seite her ein Pulverinjektionsrohr 11 eingeführt, mit dem in Richtung des Pfeils 12 über eine nicht dargestellte Pulverzuführleitung die pulverförmigen Spritzpartikel zugeführt werden, die zum Beschichten des Substrats verwendet werden. Das Pulverinjektionsrohr 11 weist eine seitliche Auslassöffnung 13 auf, über welche die Spritzpartikel in die Mischkammer 10 eingeleitet werden. Die Auslassöffnung 13 liegt auf der Längsmittelachse der Mischkammer 10 und der hierzu axial fluchtenden Lavaldüse 2. Weiterhin ist die Auslassöffnung 13 derart angeordnet, dass die austretenden Spritzpartikel nach vorne, d. h. in Richtung zur Lavaldüse 2 hin, austreten.In the mixing chamber 10 is a powder injection tube from the side 11 introduced, with the direction of the arrow 12 The pulverulent spray particles, which are used for coating the substrate, are supplied via a powder feed line (not shown). The powder injection tube 11 has a lateral outlet opening 13 on, over which the spray particles in the mixing chamber 10 be initiated. The outlet opening 13 lies on the longitudinal central axis of the mixing chamber 10 and the axially aligned Laval nozzle 2 , Furthermore, the outlet opening 13 arranged such that the exiting spray particles forward, ie towards the Laval nozzle 2 go out.

Die Lavaldüse 2 weist einen länglichen Düsenkörper 14 auf, in dem sich mittig ein axialer, hindurchgehender Strömungskanal 15 befindet. Der Strömungskanal 15 umfasst, anschließend an die Mischkammer 10, einen hinteren, konvergierenden Kanalabschnitt 16, einen daran anschließenden engsten Kanalabschnitt 17 und einen daran anschließenden vorderen, divergierenden Kanalabschnitt 18. Wie aus den 2 bis 4 ersichtlich, weist der konvergierende Kanalabschnitt 16 eine hintere Eintrittsöffnung 19 mit kreisförmiger Querschnittsfläche auf. Von dieser Eintrittsöffnung 19 konvergiert der Kanalabschnitt 16 in Richtung zum engsten Kanalabschnitt 17, wobei sich die Höhe h des Strömungskanals 15 wesentlich stärker verringert als dessen Breite b. Der engste Kanalabschnitt 17 weist damit einen schlitzartigen Querschnitt auf, dessen Breite b1 wesentlich größer als dessen Höhe h1 ist.The Laval nozzle 2 has an elongated nozzle body 14 on, in the center of an axial, passing flow channel 15 located. The flow channel 15 includes, then to the mixing chamber 10 a rear converging channel section 16 , an adjoining narrowest channel section 17 and an adjoining front, diverging channel section 18 , Like from the 2 to 4 can be seen, the converging channel section 16 a rear entrance opening 19 with a circular cross-sectional area. From this entrance 19 the channel section converges 16 towards the narrowest channel section 17 , where the height h of the flow channel 15 much more reduced than its width b. The narrowest channel section 17 thus has a slot-like cross-section, the width b1 is substantially greater than its height h1.

Von diesem engsten Kanalabschnitt 17 aus divergiert der Strömungskanal 15 wieder kontinuierlich in Richtung der Austrittsöffnung 5 zu einem schlitzartigen Querschnitt, der eine Breite b2 und eine Höhe h2 hat. Die Breite b2 ist wiederum wesentlich größer als die Höhe h2. Weiterhin ist die Höhe h2 deutlich größer als die Höhe h1, während die Breite b2 geringfügig größer als die Breite b1 ist. Die schlitzartige Querschnittsform des Strömungskanals 15 beginnt somit, in Strömungsrichtung gesehen, bereits nahe hinter der Eintrittsöffnung 19 und erstreckt sich über die gesamte Länge der Lavaldüse 2 bis zur Austrittsöffnung 5.From this narrowest section of the canal 17 from the flow channel diverges 15 again continuously towards the outlet 5 to a slit-like cross section having a width b2 and a height h2. The width b2 is again much larger than the height h2. Furthermore, the height h2 is significantly greater than the height h1, while the width b2 is slightly larger than the width b1. The slit-like cross-sectional shape of the flow channel 15 thus begins, seen in the flow direction, already close behind the inlet opening 19 and extends over the entire length of the Laval nozzle 2 to the outlet 5 ,

”Schlitzartig” bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Querschnitt des Strömungskanals 15 in einer ersten Richtung größer ist als in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele für schlitzartige Querschnittsformen sind rechteckige oder ovale Querschnittsformen. Je nach Anwendungsfall sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar."Slit-like" in the context of the present invention means that the cross section of the flow channel 15 in a first direction is greater than in a second direction, which is arranged perpendicular to the first direction. Preferred embodiments for slit-like cross-sectional shapes are rectangular or oval cross-sectional shapes. Depending on the application, however, other cross-sectional shapes are conceivable.

Aus 1 ist weiter ersichtlich, dass in der Mischkammer 10 eine Strömungsleiteinrichtung 20 angeordnet ist. Die Strömungsleiteinrichtung 20 dient dazu, das aus der Auslassöffnung 13 des Pulverinjektionsrohrs 11 austretende Pulver, d. h. die pulverförmigen Spritzpartikel, gleichmäßig auf die Randbereiche der Mischkammer 10 und des Strömungskanals 15 zu verteilen, damit die Spritzpartikel am vorderen Ende der Lavaldüse 2 möglichst gleichmäßig über den Querschnitt der Austrittsöffnung 5 verteilt austreten.Out 1 is further evident that in the mixing chamber 10 a flow guide 20 is arranged. The flow guide 20 serves to do this from the outlet port 13 of the powder injection tube 11 emerging powder, ie the powdery spray particles, evenly on the edge regions of the mixing chamber 10 and the flow channel 15 to distribute, so that the spray particles at the front end of the Laval nozzle 2 as evenly as possible over the cross section of the outlet opening 5 spread out.

Die Strömungsleiteinrichtung 20 wird im Folgenden anhand der 5 bis 9 näher beschrieben. Die Strömungsleiteinrichtung 20 umfasst ein Kegelelement 21, das mittels speichenförmiger, sich radial erstreckender Streben 22 mittig innerhalb und mit Abstand zu einer zylinderförmigen Außenhülse 23 gehalten wird. Das Kegelelement 21 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Doppelkegelelement ausgebildet und umfasst einen hinteren Kegelabschnitt 24, einen mittigen, zylinderförmigen Abschnitt 25 und einen vorderen Kegelabschnitt 26. Die Spitze des hinteren Kegelabschnitts 24 ist nach hinten gerichtet, während die Spitze des vorderen Kegelabschnitts nach vorne gerichtet ist. Weiterhin liegen die Spitzen der Kegelabschnitte 24, 26 auf einer gemeinsamen Längsachse 27, die mit der Längsmittelachse des Strömungskanals 15 zusammenfällt.The flow guide 20 will be described below on the basis of 5 to 9 described in more detail. The flow guide 20 includes a cone element 21 by means of spoke-shaped, radially extending struts 22 centered within and spaced from a cylindrical outer sleeve 23 is held. The cone element 21 is formed in the present embodiment as a double cone element and includes a rear cone portion 24 a central cylindrical section 25 and a front cone section 26 , The tip of the rear cone section 24 is directed to the rear, while the tip of the front cone section is directed forward. Furthermore, the tips of the cone sections lie 24 . 26 on a common longitudinal axis 27 connected to the longitudinal central axis of the flow channel 15 coincides.

Aus 6 ist ersichtlich, dass drei speichenartige Streben 22 vorgesehen sind, die in einem Winkelabstand von 120° über den Umfang des Kegelelements 21 verteilt sind. Mittels der Streben 22 wird das Kegelelement 21 in einem bestimmten Abstand zur Innenumfangsfläche 28 der Außenhülse 23 gehalten. Hierdurch wird ein umlaufender Ringspalt 29 zwischen der Innenumfangsfläche 28 und dem Kegelelement 21 gebildet, wobei der Ringspalt 29 lediglich durch die Streben 22 unterbrochen wird.Out 6 it can be seen that three spoke-like struts 22 are provided, which at an angular distance of 120 ° over the circumference of the cone element 21 are distributed. By means of the struts 22 becomes the cone element 21 at a certain distance to the inner peripheral surface 28 the outer sleeve 23 held. As a result, a circumferential annular gap 29 between the inner peripheral surface 28 and the cone element 21 formed, wherein the annular gap 29 only through the struts 22 is interrupted.

Wie aus 5 ersichtlich, sind die Streben 22 lediglich im mittigen, zylinderförmigen Abschnitt 25 des Kegelelements 21 angeordnet. Der hintere Kegelabschnitt 24 erstreckt sich nach hinten in Axialrichtung gleich weit wie die Außenhülse 23. Der vordere Kegelabschnitt 26 erstreckt sich dagegen in Axialrichtung nach vorne über die Außenhülse 23 hinaus.How out 5 Obviously, the struts are 22 only in the central, cylindrical section 25 of the cone element 21 arranged. The rear cone section 24 extends rearward in the axial direction as far as the outer sleeve 23 , The front cone section 26 on the other hand extends in the axial direction forward over the outer sleeve 23 out.

Wie aus 1 ersichtlich, ist die Strömungsleiteinrichtung 20 mittels der Außenhülse 23 in den vorderen Abschnitt des Hohlraumes 9 derart in das Mischkammerelement 3 eingesetzt, dass die Außenhülse 23 vollständig innerhalb des Mischkammerelements 3 liegt. Die Axialposition der Strömungsleiteinrichtung 20 wird dabei mittels eines umlaufenden, radial vorstehenden Bundes 31 bestimmt, der zwischen einer vorderen Stirnwand 32 des Mischkammerelements 3 und einer hinteren Stirnwand 33 der Lavaldüse 2 eingeklemmt ist.How out 1 can be seen, the flow guide 20 by means of the outer sleeve 23 in the front section of the cavity 9 such in the mixing chamber element 3 used that the outer sleeve 23 completely within the mixing chamber element 3 lies. The axial position of the flow guide 20 is doing by means of a circumferential, radially projecting federal 31 determined, between a front end wall 32 the mixing chamber element 3 and a rear end wall 33 the Laval nozzle 2 is trapped.

Die hintere Spitze 30 des Kegelelements 21 ist auf die Mitte der Auslassöffnung 13 des Pulverinjektionsrohrs hin gerichtet und befindet sich in relativ kurzem Abstand vor dieser Auslassöffnung 13. Der vordere Kegelabschnitt 26 ragt dagegen in den konvergierenden Kanalabschnitt 16 der Lavaldüse 2 hinein. Die vordere Spitze 34 des vorderen Kegelabschnitts 26 befindet sich dabei relativ nahe am engsten Kanalabschnitt 17.The back top 30 of the cone element 21 is on the middle of the outlet opening 13 directed towards the powder injection tube and is located in a relatively short distance in front of this outlet opening 13 , The front cone section 26 on the other hand protrudes into the converging channel section 16 the Laval nozzle 2 into it. The front tip 34 of the front cone section 26 is located relatively close to the narrowest channel section 17 ,

Die Spritzpartikel, die aus der Auslassöffnung 13 des Pulverinjektionsrohrs 11 austreten und in die Mischkammer 10 hineingeleitet werden, vermischen sich dort intensiv mit dem zugeführten Gas. Spritzpartikel und Gas werden durch den hinteren Kegelabschnitt 24 radial nach außen in die Randbereiche der Mischkammer 10 gedrängt und durch den Ringspalt 29 hindurch gedrückt. Aufgrund des vorderen Kegelabschnitts 26, der in den konvergierenden Kanalabschnitt 16 hineinragt, hat der durchströmbare Querschnitt des Strömungskanals 15 auch in diesem Bereich die Form eines Ringspalts, der nach außen hin durch die Innenumfangswand des Düsenkörpers 14 und radial nach innen durch den vorderen Kegelabschnitt 26 begrenzt wird. Zweckmäßigerweise ist der Innendurchmesser des vom Spritzpartikel/Gas-Gemisch durchströmten Ringspalts 29 im Bereich des Eintrittsquerschnitt des konvergierenden Kanalabschnitts 16, d. h. im Bereich der Eintrittsöffnung 19, größer als 50%, vorzugsweise größer als 60%, besonders vorzugsweise größer als 70%, des Außendurchmesser des Ringspalts 29. Weiterhin erstreckt sich der vordere Kegelabschnitt 26 über eine Länge von 50% bis 90% der Länge des konvergierenden Kanalabschnitts 16 in den konvergierenden Kanalabschnitt 16 hinein.The spray particles coming out of the outlet 13 of the powder injection tube 11 exit and into the mixing chamber 10 be in there, mix there intensively with the supplied gas. Spray particles and gas are passing through the rear cone section 24 radially outward into the edge regions of the mixing chamber 10 crowded and through the annular gap 29 pressed through. Due to the front cone section 26 entering the convergent canal section 16 protrudes, has the flow-through cross-section of the flow channel 15 also in this area the shape of an annular gap, which outwardly through the inner peripheral wall of the nozzle body 14 and radially inwardly through the front cone portion 26 is limited. The internal diameter of the annular gap through which the spray particle / gas mixture flows is expediently 29 in the region of the inlet cross-section of the converging channel section 16 , ie in the region of the inlet opening 19 , greater than 50%, preferably greater than 60%, particularly preferably greater than 70%, of the outer diameter of the annular gap 29 , Furthermore, the front cone portion extends 26 over a length of 50% to 90% of the length of the converging channel section 16 in the converging channel section 16 into it.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Vielzahl von Variationen möglich. Beispielsweise ist nicht zwingend erforderlich, zur Halterung des Kegelelements 21 innerhalb des Mischkammerelements 3 eine Außenhülse 23 vorzusehen. Anzahl und Anordnung der Streben 22 können variieren. Beispielsweise können lediglich zwei oder auch vier Streben angeordnet sein, die in einem Winkelabstand von 180° bzw. 90° voneinander entfernt sind. Anstelle eines Kegelelements 21 kann auch eine Strömungsleiteinrichtung mit einer elyptischen Außenkontur oder ein Keilelement vorgesehen sein. Ein derartiges Keilelement kann einen hinteren Keilabschnitt mit einer hinteren Schneide und einen vorderen Keilabschnitt mit einer vorderen Schneide aufweisen. Es ist auch möglich, die Strömungsleiteinrichtung sowohl mit einem Kegelelement als auch mit einem Keilelement auszustatten. Auch andere Formen der Strömungsleiteinrichtung, die an den Querschnitt des konvergierenden Kanalabschnitts 16 angepasst sind, sind möglich.In the context of the invention a variety of variations is possible. For example, it is not absolutely necessary to hold the cone element 21 within the mixing chamber element 3 an outer sleeve 23 provided. Number and arrangement of the struts 22 can vary. For example, only two or four struts can be arranged, which are at an angular distance of 180 ° or 90 ° apart. Instead of a cone element 21 It is also possible to provide a flow-guiding device with an elliptical outer contour or a wedge element. Such a wedge member may have a rear wedge portion with a rear edge and a front wedge portion with a front edge. It is also possible to equip the flow guide both with a cone element and with a wedge element. Other forms of the flow guide, which are connected to the cross section of the converging channel section 16 are adapted are possible.

Weiterhin ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Mischkammer 10 in Strömungsrichtung vor der Lavaldüse 2 angeordnet ist. Vielmehr kann sich die Mischkammer 10 innerhalb der Lavaldüse 2 befinden und beispielsweise durch einen hinteren Abschnitt des konvergierenden Kanalabschnitts 16 der Lavaldüse 2 gebildet werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn sich das Pulverinjektionsrohr 11 in den Strömungskanal 15 der Lavaldüse 2 hinein erstreckt oder sich die Auslassöffnung 13 des Pulverinjektionsrohrs 11 zumindest in unmittelbarer Nachbarschaft des konvergierenden Kanalabschnitts 16 befindet.Furthermore, it is not essential that the mixing chamber 10 in the flow direction in front of the Laval nozzle 2 is arranged. Rather, the mixing chamber can 10 inside the Laval nozzle 2 and, for example, through a rear portion of the converging channel section 16 the Laval nozzle 2 be formed. This is particularly useful when the powder injection tube 11 in the flow channel 15 the Laval nozzle 2 extends into or the outlet opening 13 of the powder injection tube 11 at least in the immediate vicinity of the converging channel section 16 located.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1390152 B1 [0005]

Claims

Cold gas spraying device with a spray gun ( 1 ), which is a mixing chamber ( 10 ) for mixing powdered spray particles and gas into the mixing chamber ( 10 ) opening powder injection tube ( 11 ) and a Laval nozzle ( 2 ) comprising a converging channel section ( 16 ), a narrowest channel section ( 17 ) and a diverging channel section ( 18 ), wherein the converging channel section ( 16 ) has an inlet cross-section, which in the direction of the narrowest channel section ( 17 ) merges into a slit-like cross-sectional shape, characterized in that in the mixing chamber ( 10 ) a flow guiding device ( 20 ) is arranged, which the spray particle / gas mixture from a region near the longitudinal axis to the outside in a wall near the mixing chamber ( 10 ) urges.

Cold gas spraying device according to claim 1, characterized in that the flow guiding device ( 20 ) a cone or wedge element ( 21 ) comprising an annular gap ( 29 ) bounded radially inward.

Cold gas spraying device according to claim 2, characterized in that the conical or wedge element ( 21 ) a rear cone or wedge section ( 24 ) with a rear tip ( 30 ) or cutting edge, which is on an outlet ( 13 ) of the powder injection tube ( 11 ) is directed.

Cold gas spraying device according to claim 3, characterized in that the extension of the longitudinal axis ( 27 ) of the rear cone or wedge section ( 24 ) through the center of the outlet opening ( 13 ) of the powder injection tube ( 11 ) goes through.

Cold gas spraying device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the conical or wedge element ( 21 ) a front cone or wedge section ( 26 ) which enters the converging channel section ( 16 ) of the Laval nozzle ( 2 ) protrudes.

Cold gas spraying device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the flow guiding device ( 20 ) an outer sleeve ( 23 ), in which the conical or wedge element ( 21 ) by means of spoke-like struts ( 22 ) is held centrally and at a distance.

Cold gas spraying device according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the inner diameter of the annular gap traversed by the spray particle / gas mixture ( 29 ) in the region of the inlet cross section of the converging channel section ( 16 ) of the Laval nozzle ( 2 ) greater than 50%, preferably greater than 60% of the outer diameter of the annular gap ( 29 ).

Cold spray gun according to one of claims 5 to 7, characterized in that the front cone or wedge portion over a length of 50% to 90% of the length of the converging channel section ( 16 ) into the converging channel section ( 16 ).