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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens zum thermischen Spritzen, ein Verfahren zum thermischen Spritzen als solches, eine Steuereinrichtung für eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen sowie eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen als solche.
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Verfahren des Thermischen Spritzens sind Oberflächenbehandlungsverfahren und insbesondere Oberflächenbeschichtungsverfahren. Bei derartigen Verfahren werden Zusatzwerkstoffe, die auch als Zuschlagstoffe oder Spritzzusätze bezeichnet werden, in ein Trägergas eingebracht und innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche eines zu behandelnden und insbesondere zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Eine Schichtbildung erfolgt, indem die Partikel der Zuschlagsstoffe beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig abflachen, durch mechanische Verklammerung haften bleiben und/oder lagenweise eine Spritzschicht aufbauen. Die Qualität derartiger Spritzschichten ist stark von der Steuerung oder Regelung des Anteils der Zuschlagstoffe im Trägergasstrom abhängig.
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Die
DE 10 2007 017 760 B3 betrifft ein Messsystem zur Bestimmung der Beladung eines Gasstromes mit einem pulverförmigen Zuschlagstoff, insbesondere für eine thermische Spritzmaschine. Um ein Messsystem anzugeben, mit dessen Hilfe die Beladung eines Gasstromes mit einem Zuschlagstoff mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in Kombination mit einem Gasmengenstrommessgerät ein zweites Messgerät vorgesehen ist, das als Coriolismassedurchflussmesser ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2007 017 759 A1 beschreibt eine Bearbeitungsmaschine zum kombinierten Aufbau eines Werkstücks durch thermisches Spritzen und abtragende Bearbeitung, umfassend eine Spritzkammer, wobei sowohl der Aufbau als auch die abtragende Bearbeitung des Werkstücks innerhalb der Bearbeitungsmaschine erfolgen.
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Die
EP 1 880 034 B1 schließlich offenbart ein Verfahren, mit dem flüssige Ausgangsmaterialsuspensionen, die feine Partikel in Mikrometer- und Nanogröße enthalten, mit ausreichender Tröpfchengeschwindigkeit, vorzugsweise axial, in eine thermische Sprühvorrichtung zur Herstellung hochwertiger nanostrukturierter Beschichtungen injiziert werden. Das Verfahren ermöglicht das vollständige Mitreißen der Tröpfchen in einen Hochtemperaturgasstrom, während die Einspritzöffnung für lange Betriebsperioden blockierungsfrei bleibt.
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Herkömmlicherweise kann der Anteil der Zuschlagstoffe im Trägergasstrom ohne erheblichen Aufwand nicht mit der erforderlichen Genauigkeit gesteuert oder geregelt werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens zum thermischen Spritzen, ein Verfahren zum thermischen Spritzen als solches, eine Steuereinrichtung für eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen sowie eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen als solche zu schaffen, bei welchen mit einfachen Mitteln eine genaue Kalibrierung oder Einstellung des Anteils von Zuschlagstoffen in einem Trägergasstrom erfolgt.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens zum thermischen Spritzen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bei einem Verfahren zum thermischen Spritzen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 9, bei einer Steuereinrichtung für eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie bei einer Vorrichtung zum thermischen Spritzen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens zum thermischen Spritzen, bei welchen ein Strom eines Trägergases mit einem im Wesentlichen pulverförmigen Zuschlagsstoff beladen und als Spritzgasstrom verwendet wird und bei welchen eine Coriolismassendurchflussmesseinrichtung zur Charakterisierung des Spritzgasstroms verwendet wird. Dabei wird zum Kalibrieren der Beladung oder des Beladens des Trägergases mit dem Zuschlagsstoff eine Korrelation zwischen einer Beladerate des Trägergases mit dem Zuschlagsstoff und einem Erregerstrom der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung zum Konstanthalten einer Amplitude der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung hergestellt und verwendet.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren weist die folgenden Schritte auf:
- (S1) Bereitstellen eines zeitlich konstanten Volumenstroms des Trägergases zu einem vorgegebenen Volumenstromwert,
- (S2) Bereitstellen des Zuschlagsstoffs,
- (S3) Beladen des Trägergases mit dem Zuschlagsstoff mit einer vorgegebenen konstanten Beladerate und dadurch Erzeugen des Spritzgasstroms,
- (S4) Durchströmen der über einen entsprechenden Erregerstrom mit einer vorgegebenen Amplitude betriebenen Coriolismassendurchflussmesseinrichtung mit dem Spritzgasstrom,
- (S5) Einregeln des Erregerstroms der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung derart, dass die Amplitude der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung im Vergleich zu einem undurchströmten Zustand oder zu einem Zustand mit einem Durchströmen mit dem unbeladenen Trägergas konstant bleibt, und Erfassen eines Werts des Erregerstroms,
- (S6) Bestimmen der Masse an Zuschlagsstoff im Spritzgasstrom für eine vorgegebene Kalibrierzeitspanne und Erfassen eines Werts der Masse und
- (S7) Bereitstellen des erfassten Werts des Erregerstroms und des erfassten Werts der Masse an Zuschlagsstoff (11) als Wertpaar.
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Die Schritte S3 bis S7 werden vorzugsweise für eine Mehrzahl von Werten konstanter Beladeraten durchgeführt.
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Die bei dieser Ausführungsform vorgesehenen Schritte S1 bis S7 können in der oben angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Dies ist jedoch nicht obligatorisch, es kann auch eine andere Abarbeitungsreihenfolge aufgegriffen werden.
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Zum Beispiel kann der Schritt S6 des Bestimmens der Masse des zugeführten Zuschlagstoffes insgesamt und insbesondere der Masse des Zuschlagsstoffes im ausgegebenen Spritzgasstrom unterschiedlich durchgeführt werden. Zum Beispiel kann einerseits die insgesamt zugeführte Masse an Zuschlagstoff bestimmt werden und andererseits entweder der tatsächlich mit dem Spritzgasstrom austretende Anteil oder der in einer verwendeten Mischapparatur verbliebene und nicht mit dem Spritzgasstrom mitgeführte Anteil des Zuschlagstoffes an der insgesamt eingebrachten Masse an Zuschlagstoff. Dabei muss die Summe der Massen des in der Mischapparatur verbliebenen Anteils und des mit dem Spritzgasstrom austretenden Anteils gerade die jeweils für die Mischapparatur eingewogenen Menge ergeben. Dieser Zusammenhang kann dem weiteren Kalibrierverfahren und dessen Auswertung zu Grunde gelegt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens wird die Beladerate über ein Steuern einer Förderrate einer Fördereinheit und insbesondere eines Fördertellers einer zu Grunde liegenden Vorrichtung zum thermischen Spritzen eingestellt. Dabei kann das jeweilige Vorgehen auf die jeweils verwendete Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zum thermischen Spritzen angepasst werden, solange eine dort jeweils vorgesehene Fördereinheit für den Zuschlagsstoff einen steuerbaren Fördermechanismus aufweist.
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Ein besonders hohes Maß an Vergleichbarkeit für die erhobenen Daten ergibt sich bei einer Vereinfachung der Verarbeitung dann, wenn für das mehrfache Durchlaufen der Schritte S3 bis S7 dieselbe konstante Kalibrierzeitspanne verwendet wird.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Wert einer jeweiligen Kalibrierzeitspanne zu einer Masse an Zuschlagsstoff erfasst wird und zusammen mit dem erfassten Wert des Erregerstroms und dem erfassten Wert der Masse an Zuschlagsstoff in einem Wertetripel bereitgestellt wird.
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Auch kann alternativ oder zusätzlich eine Darstellung der erfassten Werte gewählt werden, bei welcher die Masse an Zuschlagstoff ins Verhältnis gesetzt wird zur jeweils während der Kalibrierung gewählten Messzeitspanne oder Kalibrierungszeitspanne, also zum Beispiel im Sinne einer Masse-pro-Zeiteinheit-Relation.
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Für eine besonders einfache und systematische Darstellung der erfassten Daten - insbesondere im Hinblick auf die Steuerung des eigentlichen thermischen Spritzens - bietet es sich an, bereitgestellte Werte und insbesondere Wertepaare oder Wertetripel in einer Auslese- und/oder Ablesetabelle zu erfassen und/oder bereitzustellen.
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Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, eine stärker kondensierte Form der Darstellung der erfassten Werte zu wählen, zum Beispiel nach Art einer Formeldarstellung.
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Dabei ist es denkbar, bereitgestellte Werte und insbesondere Wertepaare oder Wertetripel einer - insbesondere abschnittsweisen - linearen oder nichtlinearen Regressionsanalyse zu unterziehen und entsprechende Regressionsparameter zu erfassen und/oder in einer oder der Auslese- und/oder Ablesetabelle bereitzustellen. Dabei kann sich eine jeweilige Regressionsanalyse auch auf einzelne Wertebereiche beziehen, im einfachsten Fall nach Art einer Interpolation zwischen direkt aufeinanderfolgenden Wertetripeln oder Wertepaaren.
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Um eine möglichst umfangreiche Datenerfassung zu erzielen, die sämtlichen Verfahrensszenarien Rechnung trägt, ist es gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, die Schritte S1 bis S7 für eine Mehrzahl konstanter Werte des Volumenstroms des Trägergases durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum thermischen Spritzen als solches geschaffen, bei welchem (i) ein Strom eines Trägergases mit einem im Wesentlichen pulverförmigen Zuschlagsstoff beladen und als Spritzgasstrom verwendet wird, (ii) eine Coriolismassendurchflussmesseinrichtung zur Charakterisierung des Spritzgasstroms verwendet wird und (iii) das Beladen des Trägergases mit dem Zuschlagstoff mittels eines Erregerstroms der verwendeten Coriolismassendurchflussmesseinrichtung und auf der Grundlage mit einem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren erfasster und bereitgestellter Werte für einen gegebenen Wert des Volumenstroms des Trägergases geregelt oder gesteuert wird.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch eine Steuereinrichtung für eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen, bei welcher ein Strom eines Trägergases mit einem im Wesentlichen pulverförmigen Zuschlagsstoff beladen und als Spritzgasstrom verwendet wird und bei welcher eine Coriolismassendurchflussmesseinrichtung zur Charakterisierung des Spritzgasstroms verwendet wird, wobei die erfindungsgemäße Steuereinrichtung eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zum thermischen Spritzen auszuführen.
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Schließlich schafft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen als solche, bei welcher ein Strom eines Trägergases mit einem im Wesentlichen pulverförmigen Zuschlagsstoff beladen und als Spritzgasstrom verwendet wird und bei welcher eine Coriolismassendurchflussmesseinrichtung zur Charakterisierung des Spritzgasstroms verwendet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen Spritzen ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren zum thermischen Spritzen auszuführen, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Steuereinrichtung.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
- 1 und 2 zeigen schematisch nach Art eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Spritzen in zwei Arbeitszuständen.
- 3 zeigt einen Graphen mit Daten zur erfindungsgemäß ausgeführten Kalibrierung eines Verfahrens zum thermischen Spritzen zu verschiedenen Arten von Zuschlagstoffen.
- 4 zeigt nach Art eines Flussdiagramms eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zum thermischen Spritzen.
- 5 und 6 zeigen ebenfalls nach Art eines Flussdiagramms eine stärker konkretisierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zum thermischen Spritzen.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 Ausführungsbeispiele und der technische Hintergrund der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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1 und 2 zeigen schematisch nach Art eines Blockdiagramms eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen in zwei Arbeitszuständen, und zwar in 1 in einem Zustand, bei welchem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens S zum Kalibrieren ausgeführt wird, und in 2 in einem Zustand, in welchem das eigentliche thermische Spritzen ausgeführt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen weist eine Zuschlagsstofffördereinheit 10, zum Beispiel nach Art eines allgemeinen Förderelements oder eines Fördertellers 10', zum Zuführen eines pulverförmigen Zuschlagsstoffes 11, eine Trägergasfördereinheit 20 zum Zuführen eines Trägergases 21, eine Mischeinheit 30 zum Mischen des Trägergases 21 mit dem Zuschlagstoff 11 und zum Bereitstellen eines daraus gebildeten Spritzgases 31 sowie eine Förderleitung 60 zum Zuführen und Bereitstellen des Spritzgases 31 auf.
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Die Förderleitung 60 kann in mindestens zwei Arbeitsmodi betrieben werden.
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Gemäß 1 liefert die Förderleitung 60 das Spritzgas 31 über einen Kalibrierauslass 62 an eine Massenbestimmungseinrichtung 65. In dem entsprechenden Arbeitsmodus wird das Spritzgas 31 erzeugt und für eine bestimmte Kalibrierungszeitspanne in konstanter Zusammensetzung einer Massenbestimmungseinrichtung 65 zugeführt, die es ermöglicht, den im Spritzgas 31 enthaltenen Anteil an Zuschlagstoff 11 in seinem Massenanteil zu bestimmen.
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Gemäß 2 kann die Förderleitung 60 über eine Austragseinrichtung 61 das Spritzgas 31 gemäß einem zweiten Arbeitsmodus zum Ausführen eines Vorgangs des thermischen Spritzens bereitstellen, indem zum Beispiel die Austragseinrichtung 61 als Düse ausgebildet ist.
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Die Förderleitung 60 für das Spritzgas 31 wird erfindungsgemäß auch dazu genutzt, im Zusammenwirken mit einer über die Förderleitung 60 vom Spritzgas 31 durchströmten Coriolisvolumenstrommesseinrichtung oder Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 einen mit dem Massenstrom im Spritzgas 31 vorhandenen Zuschlagstoffs 11 korrelierenden Messwert zu generieren. Die Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 wird mit einem Erregerstrom zu einer bestimmten Schwingungsamplitude einer gegebenen Betriebsfrequenz betrieben. Beim Durchströmen der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 wird im Betrieb der Erregerstrom nachgeregelt, so dass die Betriebsamplitude der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 konstant bleibt.
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Auf diese Weise kann einerseits im Kalibrierbetrieb gemäß 1 eine Korrelation hergestellt werden zwischen der in einer Kalibrierzeitspanne mit dem Spritzgas 31 übertragenen Masse an Zuschlagstoff 11 einerseits und dem Erregerstrom oder einer entsprechenden Stromdifferenz zu einem nichtdurchströmten Durchflussmesser 50 oder zu einem nur vom Trägergas 21 durchströmten Durchflussmesser 50 zum Aufrechterhalten einer konstanten Betriebsamplitude im Durchflussmesser 50 andererseits.
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Im eigentlichen Messbetrieb gemäß 2 und insbesondere während eines Verfahrens des thermischen Spritzens kann dann über einen Abgleich mit dem entsprechenden Erregerstrom und entsprechender Anpassung der Förderrate der Massenstrom nach Kalibrierung entsprechend eingestellt werden. Das bedeutet in der Praxis, dass beim thermischen Spritzen mit einer entsprechend kalibrierten Vorrichtung 1 die Förderrate der Zuschlagsstofffördereinheit 10 so eingestellt wird, dass der für eine konstante Betriebsamplitude des Durchflussmessers 50 notwendige Erregerstrom dem korrespondierenden und gewünschten Massenstrom an Zuschlagstoff 11 im Spritzgas 31 entspricht.
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Der Betrieb der Zuschlagsstofffördereinheit 10, der Trägergasfördereinheit 20, der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 und der Massenbestimmungseinrichtung 65 werden über entsprechende Steuer- und Erfassungsleitungen 101, 102 und 103 über eine Steuereinheit 100 gesteuert.
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3 zeigt einen Graphen 70 mit Daten zur erfindungsgemäß ausgeführten Kalibrierung eines Verfahrens zum thermischen Spritzen zu verschiedenen Arten von Zuschlagstoffen.
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Auf der Abszisse 71 des Graphen 70 ist im Allgemeinen die Förderrate an Zuschlagstoff 11 zwischen einem Minimum (null) und einem Maximum von 100 % aufgetragen, zum Beispiel nach Art einer Förderrate eines Förderelements 10', zum Beispiel einer Tellerdrehzahl in einer entsprechenden Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen.
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Auf der Abszisse 72 des Graphen 70 ist der Erregerstrom zum Aufrechterhalten einer konstanten Amplitude beim Betrieb einer Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 in beliebigen Einheiten aufgetragen.
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Des Weiteren sind 3 Spuren 73, 74, 75 für verschiedene Typen an Zuschlagstoffen 11 aufgetragen, wobei jede Spur 73, 74, 75 eine obere Grenzkurve 73-1, 74-1, 75-1, eine untere Grenzkurve 73-2, 74-2, 75-2, welche die Fehlerintervalle angeben, und entsprechende Messpunkte 73-3, 74, 3, 75-3 aufweisen. Deutlich zu erkennen ist der im Wesentlichen lineare Zusammenhang zwischen der Förderrate an Zuschlagstoff 11, gegeben zum Beispiel durch die Tellerdrehzahl eines entsprechenden Fördertellers als Förderelement, und dem zum Aufrechterhalten einer gewählten Amplitude beim Betrieb des Durchflussmessers 50 notwendigen Erregerstrom.
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4 zeigt nach Art eines Flussdiagramms eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens S zum Kalibrieren eines Verfahrens oder einer Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen.
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Das Verfahren S zum Kalibrieren umfasst in der in 4 dargestellten Ausführungsform dem Kern nach 9 Einzelschritte.
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Im Schritt S1 wird ein zeitlich konstanter Volumenstrom eines gegebenen Trägergases 21 zu einem vorgegebenen Volumenstrom bereitgestellt.
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Im Schritt S2 wird der Zuschlagsstoff 11 bereitgestellt.
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Mit dem Schritt S3 erfolgt das Beladen des Trägergases 21 mit dem Zuschlagstoff 11, und zwar mit einer vorgegebenen konstanten Beladerate, wodurch ein Strom des eigentlichen Spritzgases 31 erzeugt wird.
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Gemäß dem Schritt S4 wird eine Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 mit dem Spritzgasstrom 31 durchströmt, wobei der Durchflussmesser 50 über einen entsprechenden Erregerstrom mit einer vorgegebenen Amplitude betrieben wird.
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In einem Schritt S5 wird der Erregerstrom in der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 derart eingeregelt, dass die Amplitude der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung 50 konstant bleibt, und zwar im Vergleich zu einem undurchströmten Zustand oder zu einem Zustand, bei welchem der Durchflussmesser 50 nur vom Trägergas 20, also unbeladen, durchströmt wird. Der Wert des Erregerstroms wird erfasst.
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Gemäß dem Schritt S6 wird die Masse an Zuschlagstoff 11 im Spritzgasstrom 31 für eine vorgegebene Kalibrierzeitspanne bestimmt, der Wert der Masse wird erfasst.
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Bei der Massenbestimmung können, wie dies oben bereits erwähnt wurde, verschiedene Vorgehensweisen zum Tragen kommen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die insgesamt zu Grunde liegende zugeführte und eingewogenen Menge oder Masse an Zuschlagstoff in der Summe sich zusammensetzt aus demjenigen Anteil, der mit dem Trägergas im Spritzgasstrom fortgeführt wird und letztlich an einer Düse austritt und demjenigen Anteil, der zum Beispiel einer zu Grunde liegenden Mischapparatur verbleibt und nicht mit dem Trägergas im Spritzgasstrom fortgeführt wird. Dies muss bei der Kalibrierung mit berücksichtigt werden, weil einerseits nur der im Spritzgasstrom mitgeführte Anteil Einfluss auf den Betrieb der Coriolismassendurchflussmesseinrichtung nimmt und dort den Erregerstrom beeinflusst, der zum Konstanthalten der Amplitude erforderlich ist, und weil andererseits tatsächlich nur die vor der Mischapparatur eingegebene oder eingewogene Menge oder Masse gesteuert oder geregelt wird.
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Im Zusammenhang mit der in den 1 und 2 dargestellten Anordnung kann im Betriebszustand des Kalibrierens gemäß 1 das Erfassen der insgesamt eingewogenen Menge oder Masse an Zuschlagstoff im Zusammenhang mit der Zuschlagsstofffördereinheit 10 und dem dort betriebenen Förderelement oder Förderteller 10' erfolgen. Die tatsächlich mit dem Trägergas im Spritzgasstrom transportierte Menge oder Masse an Zuschlagstoff als Anteil an der insgesamt eingewogenen Menge oder Masse an Zuschlagstoff kann dann im Zusammenhang mit der nachgeschalteten Massenbestimmungseinrichtung 65 direkt erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann im Zusammenhang mit der Mischeinheit 30 auch nicht mit dem Trägergas im Spritzgasstrom transportierte Anteil an Zuschlagstoff als Rückstand erfasst und in seiner Masse bestimmt werden, wie dies im Zusammenhang mit dem unten beschriebenen Verfahren T mit den Schritten T7 bis T9 erläutert ist.
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Im Schritt S7 wird der Wert des Erregerstroms zusammen mit dem Wert der Masse an Zuschlagstoff 11 bereitgestellt, zum Beispiel als Wertepaare oder dergleichen.
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Im Schritt S8 wird geprüft, ob die Abfolge der Schritte S1 bis S7 für einen weiteren Wert einer Beladerate von Zuschlagstoff 11 im Spritzgasstrom 31 durchgeführt werden soll. Ist dies der Fall, Ja-Zweig im Schritt S8, so wird im Schritt S9 die neue Beladerate an Zuschlagstoff 11 im Spritzgasstrom 31 eingestellt und es erfolgt der Rücksprung zum Schritt S1 mit der neu eingestellten Beladerate.
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Wird keine nochmalige Verarbeitung der Schritte S1 bis S7 für eine neue Beladerate gewünscht, so ist das Verfahren S beendet und kehrt zu seinem Ursprung zurück.
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Die 5 und 6 zeigen ebenfalls nach Art eines Flussdiagramms eine stärker konkretisierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens T zum Kalibrieren eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zum thermischen Spritzen.
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In einem Schritt T1 wird Pulver für den Zuschlagstoff 11 im Spritzgasstrom 31 abgewogen, und zwar für eine ausreichende Spritzdauer. Ein zu Grunde liegender Abscheidebehälter wird - zum Beispiel im leeren Zustand - gewogen.
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Im Schritt T2 wird ein der Vorrichtung 1 zu Grunde liegender Druckbehälter geöffnet, im Schritt T3 mit Pulver des Zuschlagsstoffs 11 gefüllt und im Schritt T4 geschlossen.
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Nach einem Drucktest gemäß Schritt T5 wird im Schritt T6 zum Spritzprogramm übergegangen. Das Spritzprogramm steuert den Ablauf des thermischen Spritzens und wird bis zum Ende der Förderung, d.h. bis zum Aufbrauchen der eingebrachten Menge an Pulver für den Zuschlagstoff 11, abgearbeitet.
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In einem nachfolgenden Schritt T7 wird der Druckbehälter im unteren Bereich geöffnet. Etwaig vorhandenes Pulver wird abgesaugt und im Abscheidebehälter gesammelt.
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Im nachfolgenden Schritt T8 wird der als Förderelement der Zuschlagsstofffördereinheit 10 zu Grunde liegende Förderteller 10' entfernt, etwaig vorhandenes Pulver des Zuschlagstoffes 11 wird abgesaugt und im Abscheidebehälter gesammelt.
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Im nachfolgenden Schritt T9 wird der Abscheidebehälter gewogen. Somit wird Pulver des Zuschlagstoffes 11 erfasst, welches nicht mit dem Spritzgasstrom 31 transportiert wurde. Aus der Differenz zur anfänglich eingewogenen Menge ergibt sich dann die transportierte Masse und kann gemäß dem Schritt T11 mit dem ebenfalls erfassten Erregerstrom zur Aufrechterhaltung einer konstanten Amplitude des Durchflussmessers 50 in Beziehung gesetzt werden.
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Im Schritt T10 wird, falls notwendig, der gesamte Vorgang mit den Schritten T1 bis T9 sowie T11 gegebenenfalls für eine weitere Förderrate der zu Grunde liegenden Zuschlagsstofffördereinheit 10 wiederholt.
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Aus der Gesamtheit der erfassten Wertepaare oder Wertetripel aus geförderter Masse und benötigtem Erregerstrom kann, bei bekannter Kalibrierzeitspanne, eine Korrelation und insbesondere eine lineare oder nichtlineare Regression abgeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Wertepaare oder Wertetripel in einer Auslesetabelle oder Ablesetabelle gespeichert und für den späteren thermischen Spritzbetrieb zur Einstellung der Förderrate auf der Grundlage der korrespondierenden Erregerströme genutzt werden.
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Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der folgenden Darstellung weiter erläutert:
- Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein Kalibrierverfahren zur Bestimmung der Beladung eines Gasstromes, aufgefasst als Spritzgasstrom 31, mit einem pulverförmigen Zuschlagstoff 11 im Trägergasstrom 21, insbesondere für eine Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen oder eine thermische Spritzmaschine.
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Um ein Kalibrierverfahren anzugeben, mit dessen Hilfe die Beladung eines Spritzgasstroms 31 mit einem Zuschlagstoff 11 mit großer Genauigkeit bestimmt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Erregerleistung oder der Erregerstrom eines Coriolismassendurchflussmessers zur Kalibrierung eines Massenstromes herangezogen werden. Ein jeweiliger Coriolismassendurchflussmesser wird vorangehend und nachfolgend auch als Coriolisvolumenstrommesser 50 bezeichnet.
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[1] Beim thermischen Spritzen werden pulverförmige Spritzpartikel eines Zuschlagsstoffs 11 in einen Strahl oder Strom eines Trägergases 21 injiziert und dann einer Spritzdüse zugeführt. Dabei ist die exakte Messung der dem Trägergas 21 zugegebenen Pulvermenge oder Menge an Zuschlagsstoff 11 ein wesentlicher Faktor, um einen gleichmäßigen Auftrag sicherzustellen. Bereits kleine Schwankungen im Pulverstrom können die Prozesssicherheit gefährden.
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[2] Das Messprinzip eines Coriolisvolumenstrommessers oder Coriolismassendurchflussmessers beruht grundsätzlich auf der Anregung einer Schwingung eines mit verschiedenen Phasen durchströmten Rohres, welches auch als Messrohr bezeichnet wird. Das Messrohr wird von einer elektromechanischen Erregeranordnung zur Schwingung angeregt. Die Schwingungen des Rohres werden sowohl einlassseitig als auch auslassseitig über Schwingungsmessaufnehmer aufgezeichnet. Da Partikelströmungen sehr abrasiv wirken können, würde ein entsprechender Durchflussmesser nach einem Einbau in kurzer Zeit massiv beschädigt. Es kommen daher nur Vorrichtungen und Verfahren mit einem möglichst geraden Strömungsdurchgang in Frage. Kapazitive Verfahren werden sehr stark durch die Art des Pulvers beeinflusst und erfordern einen sehr hohen Korrekturaufwand. Radiometrische Verfahren, wie die Gammastrahlschwächung, sind prinzipiell besser geeignet, erfordern jedoch einen hohen Sicherheitsaufwand, um eine radioaktive Belastung der Umgebung auszuschließen. Bei Coriolismassendurchflussmessgeräten beruht die Messung des Massendurchflusses eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums darauf, dass das Medium durch ein in der Rohrleitung eingefügtes und im Betrieb zumindest anteilig lateral zu einer Messrohrachse schwingendes Messrohr abströmt, wodurch im Medium Corioliskräfte induziert werden. Die Corioliskräfte bewirken, dass einlassseitige und auslassseitige Bereiche des Messrohrs zueinander phasenverschoben schwingen. Zudem können gerade Messrohre, zu Torsionsschwingungen um eine im Wesentlichen zu der jeweiligen Messrohrlängsachse parallel verlaufenden oder mit dieser koinzidierenden Torsionsschwingungsachse angeregt, bewirken, dass im hindurchgeführten Medium radiale Scherkräfte erzeugt werden, wodurch auftretenden Torsionsschwingungen signifikant Schwingungsenergie entzogen und im Medium dissipiert wird. Daraus resultiert eine merkliche Dämpfung der Torsionsschwingungen des schwingenden Messrohrs, zu deren Aufrechterhaltung demzufolge dem Messrohr zusätzlich elektrische Erregerleistung zugeführt werden muss. Abgeleitet von einer zum Aufrechterhalten der Torsionsschwingungen des Messrohrs entsprechend erforderlichen elektrischen Erregerleistung, kann mittels des Messaufnehmers so beispielsweise auch eine Viskosität des Mediums zumindest näherungsweise bestimmt werden.
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[3] Von den Schwingungen des Messrohrs abgeleitete Schwingungsmesssignale und insbesondere auftretende und messbare Phasenverschiebungen unterliegen bei zwei- oder mehrphasigen Medien, auch wenn der Massendurchfluss, Viskosität und Dichte in den einzelnen Mediumphasen praktisch konstant gehalten und/oder entsprechend mitberücksichtigt werden, in erheblichem Maße Schwankungen. Folglich können so aufgenommene Daten für die Messung des jeweiligen physikalischen Strömungsparameters ohne abhelfende Maßnahmen völlig unbrauchbar werden.
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Als Ursache für die mit der Messung von inhomogenen Medien mittels Messaufnehmern vom Vibrationstyp einhergehenden Messfehler können exemplarisch unter anderem das einseitige Anlagern oder Absetzen von in Flüssigkeiten mitgeführten Feststoffpartikeln innen an der Messrohrwand erwähnt werden.
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[4] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein erfindungsgemäß ausgestaltetes und/oder verwendetes Messgerät als gerades Einrohrsystem mit einem geraden Strömungsdurchgang ausgebildet. Da Partikelströmungen sehr abrasiv wirken und die Einbauten in kurzer Zeit massiv beschädigen können, werden durch einen möglichst geraden und/oder einbaufreien Strömungsweg die Lebensdauer und die Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Messgerätes erhöht. Darüber hinaus reagieren in einem geraden Messrohr eingeleitete Torsionsschwingungen sensibler auf Veränderungen in der Viskosität des Mediums. Ein einseitiges Ablagern von Feststoffen im Messrohr wird durch eine gerade Rohrführung ebenfalls verhindert.
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[5] Versuchsreihen zeigen, dass bei einem Druck von 100 bar und einer Raumtemperatur sowie einer Materialmenge von etwa 18 g/min bis etwa 36 g/min sich ein stabiler linearer Zusammenhang zwischen der Erregerleistung des Messrohrs und dem eingestellten Fördervolumen einstellt. Dies ist im Zusammenhang mit 3 exemplarisch für verschiedene Zuschlagsstoffe 11 in einem Trägergasstrom 21 ausgeführt.
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[6] Eine Ursache für den guten linearen Zusammenhang kann unter anderem in der relativ hohen Gasdichte von mehr als 100 kg/m3 in der Mehrphasenströmung in Verbindung mit einer vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 2m/s liegen. Da der beobachtete Zusammenhang sehr stabil ist, kann man - ohne eine Theorie gebunden zu sein - eine Kalibrierung durchführen. Diese kann beispielsweise nach dem Schema gemäß den 5 und 6 durchgeführt werden, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren wiedergeben.
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[7] Auf diese Weise erhält man erfindungsgemäß einen Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom der Coriolisvolumenstrommesseinrichtung oder des Coriolismassendurchflussmessers und dem geförderten Massenstrom.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz innerhalb einer thermischen Spritzanlage, grundsätzlich ist das Messsystem allerdings für Messaufgaben mit vergleichbaren Anforderungen geeignet.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 7 Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum thermischen Spritzen
- 10
- Zuschlagsstofffördereinheit
- 10'
- Förderelement, Förderteller
- 11
- (pulverförmiger) Zuschlagsstoff
- 20
- Trägergasfördereinheit
- 21
- Trägergasstrom, Trägergas
- 30
- Mischeinheit
- 31
- Spritzgasstrom, Spritzgas
- 50
- Coriolismassendurchflussmesseinrichtung, Coriolisvolumenstrommesseinrichtung, Coriolisvolumenstrommesser, Durchflussmesser
- 60
- Förderleitung
- 61
- Austragseinrichtung, Düse
- 62
- Kalibrierauslass
- 65
- Massenbestimmungseinrichtung
- 70
- Graph
- 71
- Abszisse
- 72
- Ordinate
- 73
- Spur
- 73-1
- obere Grenzkurve
- 73-2
- untere Grenzkurve
- 73-3
- Messpunkt
- 74
- Spur
- 74-1
- obere Grenzkurve
- 74-2
- untere Grenzkurve
- 74-3
- Messpunkt
- 75
- Spur
- 75-1
- obere Grenzkurve
- 75-2
- untere Grenzkurve
- 75-3
- Messpunkt
- 100
- Steuereinheit
- 101
- Steuer- und Erfassungsleitung
- 102
- Steuer- und Erfassungsleitung
- 103
- Steuer- und Erfassungsleitung
- S
- Kalibrierverfahren
- T
- Kalibrierverfahren
