DE102017130744B4 - Apparatus and method for thermal spraying - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Fluiden, mit einem Brenner (30, 30a), in dem eine Brennkammer (32) vorgesehen ist, an der ein Expansionsrohr (34) zum Austritt eines Spritzstrahls mündet, mit einer Zufuhr von Brennstoffgemisch in die Brennkammer (32), und mit zumindest einem Injektor (40, 40a) zur Zuführung eines zu spritzenden Fluids in die Brennkammer (32) über eine Düse (50, 50a), die auswechselbar am Injektor (40, 40a) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (40, 40a) lösbar am Brenner (30, 30a) gehalten ist, und dass die Düse (50, 50a) an einem äußeren Ende eines auswechselbar gehaltenen Rohrs (55, 64, 66, 68) mittels eines Gewindes (58) verstellbar gehalten ist. Device for the thermal spraying of fluids, with a burner (30, 30a) in which a combustion chamber (32) is provided, at which an expansion tube (34) opens out for a spray jet, with a supply of fuel mixture into the combustion chamber (32) , and with at least one injector (40, 40a) for supplying a fluid to be injected into the combustion chamber (32) via a nozzle (50, 50a) which is exchangeably held on the injector (40, 40a), characterized in that the injector (40, 40a) is detachably held on the burner (30, 30a), and that the nozzle (50, 50a) is adjustably held at an outer end of an exchangeable pipe (55, 64, 66, 68) by means of a thread (58). is.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Spritzen, insbesondere zum Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzen (HVSFS). HVSFS ist ein neuartiges Verfahren, um nanostrukturierte Beschichtungen mit Hilfe von thermischem Spritzen durch Überschallspritzen zu erzeugen. Dabei können sehr dünne, dichte und gut haftende Schichten erzeugt werden, welche insbesondere keramisch sind, wie etwa Schichten, die aus Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid bestehen (vgl. A. Killinger, M. Kuhn, R. Gadow, „High-Velocity Suspension Flame Spraying (HVSFS), a new approach for spraying nanoparticles with hypersonic speed“, Surface and Coatings Technology, Vol. 201, Issue 5, 25 October 2006, Pages 1922-1929).The invention relates to a device and a method for thermal spraying, in particular for high-velocity suspension flame spraying (HVSFS). HVSFS is a novel process to create nanostructured coatings using thermal spraying by supersonic spraying. Very thin, dense and well-adhering layers can be produced, which are in particular ceramic, such as layers consisting of aluminum oxide, titanium oxide or zirconium oxide (cf. A. Killinger, M. Kuhn, R. Gadow, "High-Velocity Suspension Flame Spraying (HVSFS), a new approach for spraying nanoparticles with hypersonic speed", Surface and Coatings Technology, Vol. 201, Issue 5, 25 October 2006, Pages 1922-1929).
Aus der
Aus der
HVSFS erfordert eine Verarbeitung von Pulvern mit sehr kleiner Partikelgröße im nanoskaligen Bereich. Beim HVSFS wird im Stand der Technik keine aktive Zerstäubung eingesetzt. Der Zerfall des Flüssigkeitsstrahls erfolgt dabei unkontrolliert durch Turbulenzen in der Brennkammer.HVSFS requires processing of powders with very small particle sizes in the nanoscale range. The HVSFS does not use active atomization in the prior art. The disintegration of the liquid jet occurs in an uncontrolled manner due to turbulence in the combustion chamber.
Aus M. Rukosuyev, S.A. Baqar, M.B.G. Jun, „Development and Evaluation of Flame-Assisted Dual Velocity Nonoparticle Coating System, Journal of Micro- and Nano-Manufacturing December 2017, Vol. 5, p. 044501-1 - 044501-5 ist ein Verfahren zum Flammspritzen bekannt, bei dem eine externe Zerstäubung mittels Ultraschall erfolgt.From M. Rukosuyev, S.A. Baqar, M.B.G. Jun, "Development and Evaluation of Flame-Assisted Dual Velocity Nonoparticle Coating System, Journal of Micro- and Nano-Manufacturing December 2017, Vol. 5, p. 044501-1 - 044501-5 a method for flame spraying is known in which external atomization takes place by means of ultrasound.
Eine externe Zerstäubung kann allerdings bereits zu einer Entmischung vor der Zuführung in den Brenner führen. Auch durch ein solches Verfahren können die Probleme, welche im Stand der Technik bestehen, nicht behoben werden, nämlich insbesondere ein unkontrollierter Tropfenzerfall, schlecht kontrollierbare Prozesse und Spritzergebnisse, sowie unerwünschte Ablagerungen im Düsenkopf mit der Folge von Verstopfungen, unerwünschte Ablagerungen im Bereich der Brennkammerwände, die sich im Verlauf des Beschichtungsprozesses ablösen können und in die Beschichtung eingebaut werden können, was die Schichtqualität beeinträchtigt.However, external atomization can already lead to demixing before it is fed into the burner. Even with such a method, the problems that exist in the prior art cannot be eliminated, namely in particular uncontrolled droplet breakup, processes and spraying results that are difficult to control, as well as unwanted deposits in the nozzle head with the result of blockages, unwanted deposits in the area of the combustion chamber walls, which can become detached in the course of the coating process and can be built into the coating, which impairs the layer quality.
Insbesondere besteht das Problem, dass die Düse häufig verstopft, was zur Unterbrechung des Prozesses führt. Der Brenner muss dann in aufwändiger Weise zerlegt und gereinigt werden.In particular, there is the problem that the nozzle often becomes clogged, which leads to the interruption of the process. The burner must then be dismantled and cleaned in a complex manner.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum thermischen Spritzen zu schaffen, das insbesondere zum HVSFS geeignet ist und womit die im Stand der Technik bestehenden Probleme zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere soll eine leichte Zerlegbarkeit und Auswechselbarkeit der Verschleißteile ermöglicht sein und eine effiziente Zuführung der zum thermischen Spritzen notwendigen Medien in die Brennkammer gewährleistet sein.Against this background, the invention is based on the object of creating an improved device and an improved method for thermal spraying, which is particularly suitable for HVSFS and with which the problems existing in the prior art are at least partially avoided. In particular, the wearing parts should be easy to disassemble and replace, and the media required for thermal spraying should be efficiently fed into the combustion chamber.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Fluiden gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device for the thermal spraying of fluids according to claim 1 .
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.
Da die Düse erfindungsgemäß leicht ausgewechselt werden kann, kann diese im Falle einer Verstopfung schnell gewechselt werden, so dass ein Beschichtungsprozess nur für kurze Zeit unterbrochen werden muss. Ferner können verschiedene Düsen verwendet werden, die an unterschiedliche zu spritzende Materialien angepasst sind, so dass z.B. die Injektionsöffnung, aus der das zu spritzende Material in die Brennkammer des Brenners austritt, in geeigneter Weise angepasst werden kann. Da die Düse am äußeren Ende eines Rohrs gehalten ist und gemeinsam mit diesem auswechselbar ist, ist eine einfache und schnelle Montage und Demontage gewährleistet. Auch kann der Injektor vom Brenner gelöst werden, wodurch ein sicherer und schneller Zugang zur Düse gewährleistet ist.Since the nozzle can be easily replaced according to the invention, it can be changed quickly in the event of a blockage, so that a coating process only has to be interrupted for a short time. Furthermore, different nozzles adapted to different materials to be sprayed can be used, so that, for example, the injection opening from which the material to be sprayed exits into the combustion chamber of the burner can be suitably adjusted. Since the nozzle is held at the outer end of a tube and can be replaced together with it, quick and easy assembly and disassembly is guaranteed. The injector can also be detached from the torch, which ensures safe and quick access to the nozzle.
Da beim HVSFS je nach Art des zu spritzenden Materials das zu spritzende Material sowohl in einer Form einer Lösung als auch in Form einer Suspension vorliegen kann, werden im Rahmen dieser Anmeldung beide Ausführungsformen unter dem Oberbegriff „zu spritzendes Fluid“ zusammengefasst.Since the HVSFS, depending on the type of material to be sprayed, the material to be sprayed can be present both in the form of a solution and in the form of a suspension, both embodiments are under the in the context of this application Generic term "fluid to be sprayed" summarized.
Erfindungsgemäß kann der axiale Abstand der Injektionsöffnung der Düse zur Brennkammerwand mittels eines Gewindes verstellt werden.According to the invention, the axial distance between the injection opening of the nozzle and the combustion chamber wall can be adjusted by means of a thread.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Injektor eine separate Zuführung für ein zu spritzendes Fluid und für ein Zerstäubergas bis zur Düse auf.According to a further embodiment of the invention, the injector has a separate supply for a fluid to be injected and for an atomizing gas up to the nozzle.
Auf diese Weise kann eine möglichst kontrollierte Zerstäubung des zu spritzenden Fluids gewährleistet werden.In this way, an atomization of the fluid to be sprayed that is as controlled as possible can be ensured.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Düse eine Düsenkammer auf, die über eine Injektionsöffnung in den Brennraum mündet.According to a further embodiment of the invention, the nozzle has a nozzle chamber which opens into the combustion chamber via an injection opening.
In der Düsenkammer findet die eigentliche Zerstäubung des zu spritzenden Fluids statt. Von der Düsenkammer gelangt dann das zerstäubte Fluid über die Injektionsöffnung in den Brennraum.The actual atomization of the fluid to be sprayed takes place in the nozzle chamber. The atomized fluid then passes from the nozzle chamber via the injection opening into the combustion chamber.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Injektor mindestens zwei zueinander koaxiale Rohre zur Zuführung von Zerstäubergas und zu spritzendem Fluid zur Düse auf.According to a further embodiment of the invention, the injector has at least two mutually coaxial tubes for supplying atomizing gas and fluid to be sprayed to the nozzle.
Auf diese Weise ergibt sich eine sehr kontrollierte Zuführung von Zerstäubergas und zu spritzendem Fluid zur Düse.This results in a very controlled supply of atomizing gas and fluid to be sprayed to the nozzle.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist ein innenliegendes Rohr eine Außenoberfläche mit einer Struktur auf, die eine Zerstäubung des Fluids unterstützt. Vorzugsweise gelangt hierbei das zu spritzende Fluid durch das innenliegende Rohr in die Düsenkammer. Durch das in diesem Falle außen umströmende Zerstäubergas werden auf diese Weise kontrolliert Turbulenzen erzeugt, so dass sich eine gleichmäßige Zerstäubung ergibt. Dabei kann das zu spritzende Fluid durch das innenliegende Rohr strömen und in dem umgebenden Hohlraum das Zerstäubergas strömen. Gleichfalls ist eine umgekehrte Anordnung mit außen strömendem zu spritzendem Fluid und mit innen strömendem Zerstäubergas denkbar.According to a further embodiment of the invention, an inner tube has an outer surface with a structure that supports atomization of the fluid. The fluid to be sprayed preferably reaches the nozzle chamber through the internal pipe. In this case, the atomizer gas flowing around the outside generates controlled turbulence in this way, resulting in uniform atomization. The fluid to be sprayed can flow through the inner tube and the atomizing gas can flow in the surrounding cavity. Likewise, an inverted arrangement with the fluid to be sprayed flowing on the outside and with the atomizing gas flowing on the inside is conceivable.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenoberfläche des innenliegenden Rohrs Stabilisierungselemente auf, die vorzugsweise spiralartig angeordnet sind.According to a further embodiment of the invention, the outer surface of the inner tube has stabilizing elements which are preferably arranged in a spiral manner.
Auf diese Weise wird das außen umströmende Medium mit einem Drall versehen, so dass eine besonders gleichmäßige und kontrollierte Zerstäubung stattfinden kann.In this way, the medium flowing around is provided with a twist, so that a particularly uniform and controlled atomization can take place.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das innenliegende Rohr an seinem äußeren Ende selbst mit einer vorzugsweise konischen Düsenöffnung versehen.In a further embodiment of the invention, the inner tube is itself provided with a preferably conical nozzle opening at its outer end.
Auch hierdurch eine verbesserte Vermischung bzw. verbesserte Zerstäubung eines hierdurch geführten Mediums gewährleistet.This also ensures improved mixing or improved atomization of a medium guided through it.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Injektor Kanäle für eine separate Zufuhr eines ersten Fluids, eines zweiten Fluids und eines Zerstäubergases auf.According to a further embodiment of the invention, the injector has channels for a separate supply of a first fluid, a second fluid and an atomizing gas.
Auf diese Weise können ein erstes zu spritzendes Fluid und ein zweites zu spritzendes Fluid erst in der Düse gemischt werden. Dies ist insbesondere für solche Fluide von Vorteil, die sich nur schwer mischen lassen oder die miteinander reagieren oder sich in sonstiger Weise nachteilig beeinflussen.In this way, a first fluid to be sprayed and a second fluid to be sprayed can only be mixed in the nozzle. This is particularly advantageous for fluids that are difficult to mix or that react with one another or otherwise adversely affect one another.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Injektor lösbar am Brenner gehalten, insbesondere mittels eines Gewindes oder eines Schnellverschlusses.According to a further embodiment of the invention, the injector is detachably held on the burner, in particular by means of a thread or a quick-release fastener.
Auf diese Weise kann der Injektor, der ausschließlich der Zuführung, der Zerstäubung und der Injektion des zu spritzenden Fluids in die Brennkammer dient, leicht gelöst und aus dem Brenner nach hinten herausgezogen werden. So kann der Injektor leicht getauscht werden oder die Düse ausgewechselt werden.In this way, the injector, which is used exclusively for feeding, atomizing and injecting the fluid to be injected into the combustion chamber, can be easily detached and pulled out of the burner to the rear. In this way, the injector can easily be exchanged or the nozzle replaced.
Die Düse besteht vorzugsweise aus Messing oder Edelstahl. Die Rohre und die zugehörigen Teile, durch die Zerstäubergas und das zu spritzende Fluid bzw. die zu spritzenden Fluide geführt werden, bestehen vorzugsweise aus Edelstahl. Der Gasmischblock besteht vorzugsweise aus Kupfer.The nozzle is preferably made of brass or stainless steel. The tubes and associated parts through which the atomizing gas and the fluid or fluids to be sprayed are conducted are preferably made of stainless steel. The gas mixing block is preferably made of copper.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht zumindest ein Kanal zur Zuführung von Fluid aus Kunststoff, insbesondere PTFE, oder aus Keramik oder ist mit Kunststoff oder Keramik zumindest an seiner Innenoberfläche beschichtet.According to a further embodiment of the invention, at least one channel for supplying fluid consists of plastic, in particular PTFE, or of ceramic or is coated with plastic or ceramic at least on its inner surface.
Auf diese Weise können Fluide, die gegenüber metallischen Leitungen empfindlich sind, die damit reagieren oder in anderer Weise nachteilig beeinträchtigt werden, ohne Probleme bis zur Düse geführt werden, in der die Zerstäubung und Injektion in die Brennkammer erfolgt.In this way, fluids sensitive to, reacting with, or otherwise adversely affected by metallic conduits can be safely carried to the nozzle where atomization and injection into the combustor occurs.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der innenliegende Kanal zur Zuführung von zu spritzendem Fluid rotierend antreibbar.According to a further embodiment of the invention, the internal channel for supplying fluid to be sprayed can be driven in rotation.
Auf diese Weise kann eine noch bessere und gleichmäßigere Zerstäubung des zu spritzenden Fluids gewährleistet werden.In this way, an even better and more uniform atomization of the fluid to be sprayed can be guaranteed.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Düse und der Brennkammer ein Hitzeschild vorgesehen.According to a further embodiment of the invention, a heat shield is provided between the nozzle and the combustion chamber.
Dies hat den Vorteil, dass die Erwärmung der Düse reduziert wird, was einer Entstehung von Ablagerungen in der Düse entgegenwirkt.This has the advantage that the heating of the nozzle is reduced, which counteracts the formation of deposits in the nozzle.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Brenner einen mittels eines Kühlmediums, insbesondere Wasser oder Druckluft, gekühlten Gasmischblock auf.According to a further embodiment of the invention, the burner has a gas mixing block which is cooled by means of a cooling medium, in particular water or compressed air.
Auf diese Weise kann vorgemischter Brennstoff in die Brennkammer zugeführt werden und gleichzeitig die thermische Belastung des Brenners reduziert werden.In this way, pre-mixed fuel can be fed into the combustor and at the same time the thermal load on the burner can be reduced.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Hitzeschild eine ringförmige Abschirmung aus Keramik im Bereich des brennkammerseitigen Endes der Düse auf, welche über eine wärmeleitfähige ringförmige Struktur, vorzugsweise in Form eines eingepressten Kupferrings, mit dem gekühlten Gasmischblock des Brenners verbunden ist.According to a further embodiment of the invention, the heat shield has an annular ceramic shield in the area of the combustion chamber end of the nozzle, which is connected to the cooled gas mixing block of the burner via a thermally conductive annular structure, preferably in the form of a pressed-in copper ring.
Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Montage des Hitzeschildes bei gleichzeitig sehr hoher Wirksamkeit.This results in a simple assembly of the heat shield with very high effectiveness at the same time.
Obwohl in der Regel nur ein Injektor vorgesehen ist, über den die das thermisch zu spritzende Material in die Brennkammer injiziert wird, können grundsätzlich für Sonderzwecke auch mehrere Injektoren vorgesehen sein, z.B. können zwei oder mehr Injektoren in zugeordneten Bohrungen eines gemeinsamen Außenrohrs auswechselbar aufgenommen sein.Although usually only one injector is provided, via which the material to be thermally sprayed is injected into the combustion chamber, several injectors can also be provided for special purposes, e.g. two or more injectors can be interchangeably accommodated in assigned bores of a common outer tube.
Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum thermischen Spritzen, insbesondere mittels Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzen (HVSFS), gelöst, bei dem ein zu spritzendes Fluid und ein Zerstäubergas separat in eine Düse eines Injektors zugeführt, dort vermischt und in eine Brennkammer ausgestoßen werden, in der das zu spritzende Material mittels eines brennenden Brennstoffgemisches durch ein Expansionsrohr beschleunigt wird, um ein Objekt zu beschichten.The invention is also achieved by a method for thermal spraying, in particular by means of high-velocity suspension flame spraying (HVSFS), in which a fluid to be sprayed and an atomizing gas are fed separately into a nozzle of an injector, mixed there and ejected into a combustion chamber in which the material to be sprayed is accelerated through an expansion tube by means of a burning fuel mixture in order to coat an object.
Mit einem derartigen Verfahren lässt sich eine kontrollierte Zuführung und Zerstäubung eines zu spritzenden Fluids und damit ein kontrollierter Prozess beim thermischen Spritzen gewährleisten.With such a method, a controlled supply and atomization of a fluid to be sprayed and thus a controlled process during thermal spraying can be guaranteed.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere zu vermischende Fluide separat in die Düse zugeführt und dort mittels Zerstäubergas zerstäubt.According to a further embodiment of the method according to the invention, several fluids to be mixed are fed separately into the nozzle and atomized there by means of atomizing gas.
Auf diese Weise können verschiedene Fluide, die miteinander schlecht mischbar sind, oder die miteinander reagieren oder sich in sonstiger Weise nachteilig beeinflussen, gemeinsam verarbeitet und thermisch gespritzt werden.In this way, different fluids that are poorly miscible with one another, or that react with one another or otherwise adversely affect one another, can be processed together and thermally sprayed.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Fluid, insbesondere ein gegenüber metallischen Oberflächen empfindliches oder instabiles Fluid, über einen Kunststoffkanal oder Keramikkanal oder einen mit Kunststoff oder Keramik beschichteten Kanal in die Düse zugeführt.According to a further embodiment of the invention, at least one fluid, in particular a fluid that is sensitive or unstable to metallic surfaces, is fed into the nozzle via a plastic channel or ceramic channel or a channel coated with plastic or ceramic.
Auf diese Weise können Fluide, die gegenüber metallischen Kanälen empfindlich oder instabil oder reaktiv sind, verarbeitet werden.In this way, fluids that are sensitive or unstable or reactive to metallic channels can be processed.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden zwei oder mehrere Fluide, die miteinander instabil oder reaktionsfähig sind, in separaten Kanälen in die Düse zugeführt und mittels Zerstäubergas zerstäubt.According to a further embodiment of the method, two or more fluids that are unstable or reactive with one another are fed into the nozzle in separate channels and atomized by means of atomizing gas.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Zerstäubung des mindestens einen Fluides durch Drall erzeugende Strukturen an der Außenoberfläche eines Kanals, über den das zu spritzende Fluid zugeführt wird, und/oder durch einen rotierenden Antrieb des Kanals unterstützt.According to a further embodiment of the method, the atomization of the at least one fluid is supported by swirl-generating structures on the outer surface of a channel through which the fluid to be sprayed is supplied and/or by a rotating drive of the channel.
Auf diese Weise wird eine besonders gute und homogene Zerstäubung des zu spritzenden Fluids selbst bei sehr schwer zerstäubbaren Fluiden gewährleistet.In this way, a particularly good and homogeneous atomization of the fluid to be sprayed is ensured, even with fluids that are very difficult to atomize.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Spritzen in schematischer Darstellung; -
2 eine Längsansicht des Brenners gemäß1 ; -
3 einen vergrößerten Schnitt durch den Brenner gemäß2 längs der Linie III-III; -
4 eine vergrößerte Darstellung des Details IV gemäß3 ; -
5 eine vergrößerte Darstellung des Details V gemäß3 ; -
6 eine Längsansicht des Injektors gemäß3 ; -
7 einen Längsschnitt durch den Injektor gemäß6 ; -
8 eine vergrößerte Darstellung des Details VIII im Bereich der Spitze des Injektors; -
9 eine alternative Ausführung der Düse mit drei zueinander axialen Kanälen für die Zuführung von Zerstäubergas und zwei zu spritzenden Fluiden; -
10 einen Teilschnitt des vorderen Bereiches der Düse und der umgebenden Gasmischkammer mit der zusätzlichen Anordnung eines Hitzeschildes; -
11 eine perspektivische Außenansicht der Düse in vergrößerter Darstellung; -
12 eine angeschnittene perspektivische Darstellung der Düse mit zusätzlicher Andeutung des innenliegenden Rohrs mit Drall erzeugenden Strukturen am äußeren Ende und mit einer Düsenöffnung am innenliegenden Rohr; -
13 ein Foto des Rohrs gemäß12 ; -
14 ein Foto eines Rohrs mit einer abgewandelten, äußeren Drall erzeugenden Struktur; -
15 eine schematische Darstellung der Düse im Bereich ihres brennkammerseitigen Endes mit einer ersten Konfiguration, in welcher das zu zerstäubende Fluid innen geführt wird und das Zerstäubergas im äußeren Kanal; -
16 eine Darstellung gemäß15 mit umgekehrter Führung von Fluid und Zerstäubergas; -
17 eine abgewandelte Ausführung des Brenners gemäß3 und -
18 eine vergrößerte Darstellung des Details XVIII gemäß17 .
-
1 a device according to the invention for thermal spraying in a schematic representation; -
2 a longitudinal view of the burner according to FIG1 ; -
3 according to an enlarged section through the burner2 along line III-III; -
4 an enlarged view of detail IV according to3 ; -
5 an enlarged view of the detail V according to3 ; -
6 a longitudinal view of the injector according to FIG3 ; -
7 according to a longitudinal section through the injector6 ; -
8th an enlarged view of detail VIII in the area of the tip of the injector; -
9 an alternative embodiment of the nozzle with three mutually axial channels for the supply of atomizing gas and two fluids to be sprayed; -
10 a partial section of the front portion of the nozzle and the surrounding gas mixing chamber with the addition of a heat shield; -
11 a perspective external view of the nozzle in an enlarged view; -
12 a cut perspective view of the nozzle with additional indication of the inner tube with swirl-generating structures at the outer end and with a nozzle opening on the inner tube; -
13 a photo of the pipe according to12 ; -
14 a photo of a tube with a modified, external twist-generating structure; -
15 a schematic representation of the nozzle in the region of its end on the combustion chamber side with a first configuration in which the fluid to be atomized is guided inside and the atomizing gas in the outer channel; -
16 a representation according to15 with reverse flow of fluid and nebulizer gas; -
17 according to a modified version of the burner3 and -
18 according to an enlarged view of detail XVIII17 .
In
Aus dem vergrößerten Längsschnitt gemäß
Der Brenner 30 weist eine Brennkammer 32 auf, an die sich ein Expansionsrohr 34 anschließt. In die Brennkammer 32 wird über einen Gasmischblock 38 vorgemischtes Brennstoffgemisch zugeführt. Die Zuführung des zu spritzenden Fluids erfolgt über einen Injektor 40, der an der Rückseite des Gehäuses 36 des Brenners 30 lösbar befestigt ist. Der Injektor 40 reicht mit einer Düse an seinem vorderen Ende bis an die Brennkammer 32 heran.The
Am rückwärtigen, der Brennkammer 32 abgewandten Ende des Gehäuses 36 sind in
Bei dem hier dargestellten HVSFS wird das zu spritzende Fluid, wie nachfolgend noch im Detail erläutert, über den Injektor 40 zugeführt, in der Düse mit Zerstäubergas vermischt und kontrolliert in die Brennkammer 32 eingespritzt. Das in die Brennkammer 32 über den Gasmischblock 38 vorgemischte Brennstoffgemisch entzündet sich, schmilzt das in die Brennkammer injizierte, zerstäubte Fluid auf und führt zum Austritt eines erhitzten Strahls durch das Expansionsrohr 34 mit Überschallgeschwindigkeit.In the HVSFS shown here, the fluid to be injected is supplied via the
Aus dem Detail gemäß
Gegenüber der Brennkammer 32 ist die vorzugsweise aus Messing bestehende Düse 50 durch einen Hitzeschild 70 abgeschirmt, wie in
Es versteht sich, dass darüber hinaus auch weitere, vorzugsweise koaxiale Rohre für die Zuführung von weiteren zu spritzenden Fluiden vorgesehen sein können.It goes without saying that further, preferably coaxial, pipes can also be provided for the supply of further fluids to be sprayed.
Aus der Darstellung gemäß
Eine leicht abgewandelte Ausführung einer solchen Struktur ist in
In den
Alternativ kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen sein, indem das Zerstäubergas durch den inneren Kanal 65 geführt wird, wie durch den gestrichelten Pfeil 83 angedeutet ist und das zu spritzende Fluid durch den äußeren Kanal 67 geführt wird, wie durch den ausgezogenen Pfeil 82 angedeutet ist. In jedem Fall erfolgt im Bereich des Austrittsendes des inneren Kanals 65 in der Düsenkammer 62 eine Zerstäubung des Fluids, das anschließend über die Injektionsöffnung 52 in die Brennkammer 32 austritt.Alternatively, the arrangement can also be reversed, in that the atomizing gas is guided through the
Sofern Materialien thermisch gespritzt werden sollen, die gegenüber Metallen empfindlich sind, damit reagieren oder in sonstiger Weise nachteilig beeinträchtigt werden, so können die betreffenden Leitungen auch aus Kunststoff (insbesondere PTFE) oder Keramik bestehen oder zumindest an ihrer Innenoberfläche mit Kunststoff oder Keramik beschichtet sein.If materials are to be thermally sprayed that are sensitive to metals, react with them or are adversely affected in any other way, the lines in question can also be made of plastic (especially PTFE) or ceramic or at least be coated with plastic or ceramic on their inner surface.
Auf diese Weise wird es möglich, nunmehr auch Stoffe, die aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Metallen bisher nicht thermisch gespritzt werden konnten, nunmehr zu verarbeiten.In this way, it is now also possible to process materials that previously could not be thermally sprayed due to their sensitivity to metals.
Des Weiteren können Fluide, die instabil sind, in kontrollierter Weise zerstäubt werden, da eine separate Zufuhr des Fluides und des Zerstäubergases bis zur Düse erfolgt.Furthermore, fluids that are unstable can be atomized in a controlled manner since the fluid and atomizing gas are supplied separately to the nozzle.
Eine noch weitere Verbesserung bei der Zerstäubung kann dadurch erzielt werden, dass das innenliegende Rohr 64 rotierend angetrieben wird. In diesem Fall wird das zu spritzende Fluid durch das innenliegende Rohr 64 geleitet.A still further improvement in atomization can be achieved by rotating the
Die
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