DE102015206330A1

DE102015206330A1 - Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102015206330A1
Application number: DE102015206330.5A
Authority: DE
Inventors: Reiner Anton; Nikolai Arjakine; Bernd Burbaum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) mit einem Brenner (3) und einer an den Brenner (3) über eine Zuführleitung (4) angeschlossenen Pulverzuführeinrichtung (5), die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie dem Brenner (3) während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) über die Zuführleitung (4) einen Pulverpartikel-Trägergasstrom zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (4) mit einer Umleiteinrichtung (10) versehen ist, die einen Teilabschnitt der Zuführleitung (4) sowie eine von diesem Teilabschnitt abzweigende und mit einem Auffangbehälter (11) verbundene Zweigleitung (12) definiert und eine Stelleinheit (13) aufweist, die derart ausgebildet und über einen Schalter (14) betätigbar ist, dass sie wahlweise die Zuführleitung (4) oder die Zweigleitung (12) verschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung mit einem Brenner und einer an den Brenner über eine Zuführleitung angeschlossenen Pulverzuführeinrichtung, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie dem Brenner während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung über die Zuführleitung einen Pulverpartikel-Trägergasstrom zuführt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum thermischen Beschichten eines Bauteils unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses.
Der Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozess, der auch als HVOF-Prozess (High Velocity Oxy-Fuel Process) bezeichnet wird, stellt im Stand der Technik eine bekannte Beschichtungstechnologie dar. Beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird ein Pulverpartikel-Trägergasstrom meist axial in eine gekühlte Brennkammer eines Brenners geleitet, in der eine kontinuierliche Kraftstoffverbrennung unter hohem Druck stattfindet. Der hohe Druck in der Brennkammer und die im Brenner ausgebildete Düse erzeugen einen Heißgasstrahl mit Strömungsgeschwindigkeiten von 300 bis 600 Meter pro Sekunde, in dem die Pulverpartikel mitgerissen werden. Die Pulverpartikel werden in dem heißen Abgasstrom angeschmolzen und treffen mit Überschallgeschwindigkeit auf die Oberfläche eines zu beschichtenden Bauteils, an dem sie anhaften.
Mit dem Hochgeschwindigkeitsflammspritzen können dank der hohen Geschwindigkeiten sehr dichte und extrem dünne Spritzschichten mit ausgezeichneten Hafteigenschaften, sehr hoher Maßgenauigkeit und geringer Porosität erzielt werden, was in vielen Anwendungsfällen wünschenswert ist. Zudem wird der Partikelwerkstoff aufgrund der verhältnismäßig geringen Wärmeeinbringung metallurgisch kaum beeinflusst.
Während der Beschichtung eines Bauteils unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses ist es häufig erforderlich, den Beschichtungsprozess zu unterbrechen, um beispielsweise die Beschichtungsposition zu verändern. So wird der Brenner nach Vollenden einer Beschichtungsbahn meist über das zu beschichtende Bauteil hinaus bewegt, um dann die Beschichtungsrichtung zu ändern und eine weitere Beschichtungsbahn benachbart zu der zuvor erzeugten Beschichtungsbahn aufzutragen. Während solcher Beschichtungspausen wird der Pulverpartikel-Trägergasstrom an der Pulverzuführeinrichtung meist nicht abgestellt, da ein solches Abstellen mit recht großen Zeitverlusten einhergeht. Dies führt allerdings dazu, dass die Beschichtungsumgebung mit Pulverpartikeln verunreinigt wird. Darüber hinaus wird Pulvermaterial verschwendet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung sowie ein alternatives Verfahren zum thermischen Beschichten eines Bauteils unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zuführleitung mit einer Umleiteinrichtung versehen ist, die einen Teilabschnitt der Zuführleitung sowie eine von diesem Teilabschnitt abzweigende und mit einem Auffangbehälter verbundene Zweigleitung definiert und eine Stelleinheit aufweist, die derart ausgebildet und über einen Schalter betätigbar ist, dass sie wahlweise die Zuführleitung oder die Zweigleitung verschließt. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung verschließt die Stelleinheit die Zweigleitung, so dass der Pulverpartikel-Trägergasstrom ungehindert zum Brenner gefördert wird. Während Beschichtungspausen wird der Pulverpartikel-Trägergasstrom durch Betätigung des Schalters der Stelleinheit indes durch die Zweigleitung zum Auffangbehälter umgeleitet, so dass die Pulverpartikel in dem Auffangbehälter gesammelt werden. Auf diese Weise wird einerseits ein Verschmutzen der Beschichtungsumgebung durch Pulverpartikel während Beschichtungspausen verhindert. Zum anderen können die im Auffangbehälter gesammelten Pulverpartikel erneut verwendet werden, so dass einer Verschwendung von Pulvermaterial effektiv entgegengewirkt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorgehenden Erfindung ist der Brenner an einer mittels einer programmierbaren Steuerung steuerbaren Antriebseinrichtung gehalten, wobei die Steuerung mit dem Schalter verbunden und zur Betätigung des Schalters ausgelegt ist. Entsprechend lässt sich die Betätigung des Schalters während vorhersehbarer Beschichtungspausen, beispielsweise bei einem Wechsel der Beschichtungsrichtung oder einer Beschichtungsposition durch eine entsprechende Programmierung der Steuerung realisieren.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, handelt es sich bei dem Brenner um einen handgeführten Brenner. Mit einem solchen handgeführten Brenner lassen sich Beschichtungsarbeiten in situ problemlos ausführen, ohne dass eine zu beschichtende Komponente vorher ausgebaut werden muss.
Vorteilhaft ist der Brenner pistolenartig ausgebildet, so dass er gut mit der Hand gehalten werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Schalter an dem Brenner angeordnet, so dass er für das Bedienpersonal bequem erreichbar ist, wodurch eine gute Handhabbarkeit der Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung erzielt wird.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zum thermischen Beschichten eines Bauteils unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulverpartikel-Trägergasstrom, der während des bestimmungsgemäßen Betriebs zu einem Brenner geleitet wird, während Beschichtungspausen in einen Auffangbehälter umgeleitet wird.
Die Umleitung wird bevorzugt durch maschinelle oder manuelle Betätigung des Schalters eingeleitet.
Ferner schlägt die Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe die Verwendung einer Umlenkeinrichtung vor, um einen Pulverpartikel-Trägergasstrom, der während der bestimmungsgemäßen Durchführung eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses zu einem Brenner geleitet wird, während Beschichtungspausen in einen Auffangbehälter umzuleiten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die den schematischen Aufbau der Vorrichtung zeigt.
Die Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung 1 dient zum Beschichten eines Bauteils 2 mit einem Beschichtungsmaterial, das in Form von Pulverpartikeln bereitgestellt wird. Bei dem Beschichtungsmaterial kann es sich um Siliziumkarbid, Titankarbid, Wolframkarbid, Titankarbid oder dergleichen handeln, um nur einige Beispiele zu nennen. Alternativ können aber auch andere Keramiken oder Kunststoffe als Beschichtungsmaterial verwendet werden. Die Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung 1 umfasst einen Brenner 3 und eine an den Brenner 3 über eine Zuführleitung 4 angeschlossene Pulverzuführeinrichtung 5, die das pulverförmige Beschichtungsmaterial aufnimmt und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie dem Brenner 2 über die Zuführleitung 4 einen Pulverpartikel-Trägergasstrom zuführt, der Pulverpartikel des Beschichtungsmaterials enthält. Als Trägergas werden bevorzugt inerte Gase eingesetzt.
Der Brenner 3 umfasst eine Brennkammer 6, in die ein äußerer Ringkanal 7 mündet, der an eine nicht näher dargestellte Druckluftquelle angeschlossen ist. Ferner mündet in die Brennkammer 6 ein düsenförmig gestalteter innerer Ringkanal 8, über den der Brennkammer 6 ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden kann. Ein sich mittig durch den Brenner 3 erstreckender Kanal 9, der ebenfalls in die Brennkammer 6 mündet, ist über die Zuführleitung 4 mit der Pulverzuführeinrichtung 5 verbunden.
Erfindungsgemäß ist die Zuführleitung 4 mit einer Umleiteinrichtung 10 versehen, die einen Teilabschnitt der Zuführleitung 4 sowie eine von diesem Teilabschnitt abzweigende und mit einem Auffangbehälter 11 verbundene Zweigleitung 12 definiert. Die Umleiteinrichtung 10 umfasst eine Stelleinheit 13, die derart ausgebildet und über einen Schalter 14 betätigbar ist, dass sie in einer ersten Stellung die Zweigleitung 12 und in einer zweiten Stellung die Zuführleitung 4 verschließt.
Während eines Beschichtungsprozesses wird der Brennkammer 6 über den äußeren Ringkanal 7 als Kühlung dienende Druckluft, über den inneren Ringkanal 8 ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch und über den sich mittig erstreckenden Kanal 9 bei in erster Stellung angeordneter Stelleinheit 13 ein Pulverpartikel-Trägergasstrom zugeführt, der in der Pulverzuführeinrichtung 5 erzeugt und über die Zuführleitung 4 in den Kanal 9 eingeleitet wird. Als Brennstoff kann beispielsweise Propan, Wasserstoff, Propen, Ethylen, Acetylen oder dergleichen verwendet werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch wird auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und in der Brennkammer 6 gezündet, wobei der den Brenner 3 verlassende Heißgasstrom einschließlich der mitgerissenen Pulverpartikel auf das zu beschichtende Bauteil 2 gerichtet wird. Die Pulverpartikel werden in dem Heißgasstrom angeschmolzen, prallen gegen die Bauteiloberfläche und haften an dieser an.
Zu Beginn von Beschichtungspausen wird der Schalter 14 betätigt, so dass die Stelleinheit in die zweite Stellung überführt wird. In dieser Stellung wird der von der Pulverzuführeinrichtung geförderte Pulverpartikel-Trägergasstrom durch die Zweigleitung 12 der Umleiteinrichtung 10 in den Auffangbehälter 11 geleitet, in dem sich die Pulverpartikel sammeln. Entsprechend wird während Beschichtungspausen die Beschichtungsumgebung nicht durch Pulverpartikel verschmutzt. Ferner können die in dem Auffangbehälter gesammelten Pulverpartikel erneut verwendet werden.
Auch wenn dies in der Zeichnung nicht im Detail dargestellt ist, ist der Brenner 3 an einer mittels einer programmierbaren Steuerung 15 steuerbaren Antriebseinrichtung 16 gehalten, wobei die Steuerung mit dem Schalter 14 verbunden und zur Betätigung des Schalters 14 ausgelegt ist. Entsprechend lässt sich der Schalter auch während sehr kurzer Beschichtungspausen maschinengesteuert präzise betätigen. Alternativ kann der Brenner 3 als handgeführter Brenner und insbesondere pistolenartig ausgebildet sein, wobei der Schalter 14 vorteilhaft am Brenner 3 an einer ergonomisch gut erreichbaren Position angeordnet ist. Entsprechend lässt sich der Brenner 3 bequem handhaben und sehr flexibel einsetzen. Auch wird eine Beschichtung von Bauteilen in situ ermöglicht, also ohne Bauteile vor ihrer Beschichtung ausbauen zu müssen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) mit einem Brenner (3) und einer an den Brenner (3) über eine Zuführleitung (4) angeschlossenen Pulverzuführeinrichtung (5), die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie dem Brenner (3) während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) über die Zuführleitung (4) einen Pulverpartikel-Trägergasstrom zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitung (4) mit einer Umleiteinrichtung (10) versehen ist, die einen Teilabschnitt der Zuführleitung (4) sowie eine von diesem Teilabschnitt abzweigende und mit einem Auffangbehälter (11) verbundene Zweigleitung (12) definiert und eine Stelleinheit (13) aufweist, die derart ausgebildet und über einen Schalter (14) betätigbar ist, dass sie wahlweise die Zuführleitung (4) oder die Zweigleitung (12) verschließt.
Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (3) an einer mittels einer programmierbaren Steuerung (15) steuerbaren Antriebseinrichtung (16) gehalten ist, wobei die Steuerung mit dem Schalter (14) verbundenen und zur Betätigung des Schalters (14) ausgelegt ist.
Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Brenner (3) um einen handgeführten Brenner handelt.
Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (3) pistolenartig ausgebildet ist.
Hochgeschwindigkeitsflammspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (14) an dem Brenner (3) angeordnet ist.
Verfahren zum thermischen Beschichten eines Bauteils (2) unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulverpartikel-Trägergasstrom, der während des bestimmungsgemäßen Betriebs zu einem Brenner (3) geleitet wird, während Beschichtungspausen in einen Auffangbehälter (11) umgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umleitung durch maschinelle oder manuelle Betätigung eines Schalters (14) eingeleitet wird.
Verwendung einer Umlenkeinrichtung (10), um einen Pulverpartikel-Trägergasstrom, der während der bestimmungsgemäßen Durchführung eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzprozesses zu einem Brenner (3) geleitet wird, während Beschichtungspausen in einen Auffangbehälter (11) umzuleiten.