DE102020130779A1 - Feeding device and method for its operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Zuführvorrichtung (10) zum Zuführen eines Arbeitsfluids und eines Spülfluids von deren jeweiliger Quelle (Q1, Q1) zu einem gemeinsamen Zielort, umfassend eine Drehdurchführung (12), in welcher das Arbeitsfluid aus einem feststehenden Rohr (16) in ein koaxiales und um die gemeinsame Axialrichtung rotierendes Rohr (18) eingespeist wird, wobei das sich zu seinem Ausgang hin konisch verjüngende feststehende Rohr (16) in das sich zu seinem Eingang hin korrespondierend konisch erweiternde rotierende Rohr (18) hineinragt und ein radial zwischen den Rohren (16, 18) bestehender Ringspalt (24) mit dem Spülfluid beschickt wird.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Arbeitsfluid und das Spülfluid einzeln volumenstromgeregelt zugeführt werden.Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine entsprechende Zuführvorrichtung.The invention relates to a method for operating a supply device (10) for supplying a working fluid and a flushing fluid from their respective source (Q1, Q1) to a common destination, comprising a rotary feedthrough (12) in which the working fluid from a fixed tube (16) is fed into a coaxial tube (18) rotating about the common axial direction, the stationary tube (16), which tapers conically towards its outlet, protrudes into the rotating tube (18), which correspondingly widens conically towards its inlet, and an annular gap (24) existing radially between the tubes (16, 18) is fed with the flushing fluid. The invention is characterized in that the working fluid and the flushing fluid are supplied individually with volume flow control. The invention further relates to a corresponding supply device.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Arbeitsfluids und eines Spülfluids von deren jeweiliger Quelle zu einem gemeinsamen Zielort, umfassend eine Drehdurchführung, in welcher das Arbeitsfluid aus einem feststehenden Rohr in ein koaxiales und um die gemeinsame Axialrichtung rotierendes Rohr eingespeist wird, wobei das sich zu seinem Ausgang hin konisch verjüngende feststehende Rohr in das sich zu seinem Eingang hin korrespondierend konisch erweiternde rotierende Rohr hineinragt und ein radial zwischen den Rohren bestehender Ringspalt mit dem Spülfluid beschickt wird.The invention relates to a method for operating a supply device for supplying a working fluid and a flushing fluid from their respective source to a common destination, comprising a rotary feedthrough in which the working fluid is fed from a fixed pipe into a coaxial pipe rotating about the common axial direction, The stationary tube, which tapers conically towards its outlet, projects into the rotating tube, which correspondingly widens conically towards its inlet, and an annular gap existing radially between the tubes is charged with the flushing fluid.
Die Erfindung betrifft weiter eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Arbeitsfluids und eines Spülfluids von deren jeweiliger Quelle zu einem gemeinsamen Zielort, umfassend eine Drehdurchführung mit
- - einem feststehenden Rohr, welches eingangsseitig mit einer mit der Arbeitsfluid-Quelle verbindbaren Arbeitsfluid-Zuleitung verbunden ist und sich zu seinem Ausgang hin konisch verjüngt, und
- - einem zu dem feststehenden Rohr koaxialen, um die gemeinsame Axialrichtung rotierbaren Rohr, welches sich zu seinem Eingang hin korrespondierend konisch erweitert und in welches das feststehende Rohr hineinragt,
- - A stationary tube which is connected on the input side to a working fluid supply line that can be connected to the working fluid source and tapers conically towards its output, and
- - a tube that is coaxial with the fixed tube and can be rotated about the common axial direction, which expands conically towards its entrance and into which the fixed tube projects,
Stand der TechnikState of the art
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt aus der
Im Bereich der industriellen Fertigung von Verbrennungsmotoren ist es bekannt, die Innenflächen von Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen mit einer Beschichtung zu versehen, um langlebige, reibungsarme Laufflächen für die sich in den Zylinderbohrungen bewegenden Kolben zu erzeugen. Diese Beschichtung erfolgt typischerweise als Plasmabeschichtung, wobei ein rotierender Brennerkopf eines Plasmabrenners in axialer Richtung durch die Zylinderbohrung geschoben wird und dabei die Innenwandung der Bohrung gleichmäßig mit aufgeschmolzenem Beschichtungspulver besprüht. Während dieses Vorgangs wird dem Brennerkopf ein aus einem Trägergas und beigemischtem Beschichtungspulver, z.B. Stahlpulver, zusammengesetztes Arbeitsfluid zugeführt. Problematisch dabei ist, dass das Arbeitsfluid an irgendeiner Stelle von einem seine Quelle und Zuleitung umfassenden, ruhenden System in das rotierende System des Brennerkopfes übergehen muss. Für diesen Übergang ist typischerweise eine sog. Drehdurchführung vorgesehen. Alternativ zur Plasmabeschichtung ist auch die sog. Laserbeschichtung bekannt, bei der Beschichtungspulver über eine Trägerflüssigkeit aufgebracht wird, das Arbeitsfluid also ein mit dem Beschichtungspulver versetzte Trägerflüssigkeit ist.In the field of industrial production of internal combustion engines, it is known to provide the inner surfaces of cylinder bores in crankcases with a coating in order to produce durable, low-friction running surfaces for the pistons moving in the cylinder bores. This coating is typically carried out as a plasma coating, with a rotating torch head of a plasma torch being pushed in the axial direction through the cylinder bore and in the process spraying the inner wall of the bore evenly with molten coating powder. During this process, a working fluid composed of a carrier gas and admixed coating powder, e.g. steel powder, is supplied to the torch head. The problem here is that the working fluid has to pass at some point from a stationary system comprising its source and supply line into the rotating system of the burner head. A so-called rotary feedthrough is typically provided for this transition. As an alternative to plasma coating, so-called laser coating is also known, in which coating powder is applied via a carrier liquid, ie the working fluid is a carrier liquid mixed with the coating powder.
Aus der
Von einem anderen technischen Gebiet, nämlich aus dem Bereich des Transportes aggressiver Gase, ist es aus der eingangs genannten, gattungsbildenden Druckschrift bekannt, anstelle eines radial vorkragender Dichtungsflansche einen konischen Übergang zwischen dem feststehenden und dem rotierenden Rohr zu realisieren. Das feststehende Rohr ist zu seinem Ausgang hin angespritzt, d.h. konisch verjüngt, und ragt in das sich korrespondierend erweiternde, rotierende Rohr hinein, sodass sich als Dichtspalt ein konischer Ringspalt ergibt. Aufgrund der Strömungsverhältnisse an diesem Übergang zwischen dem ruhenden und dem rotierenden System ist es bereits höchst unwahrscheinlich, dass das aggressive Transportgas entgegen der Hauptströmungsrichtung durch den konischen Dichtspalt nach außen dringt. Um dies und die damit verbundene Beschädigung einer die Lagerung des rotierenden Rohres abdichtenden Lippendichtung zuverlässig zu unterbinden, schlägt die genannte Druckschrift vor, besagten Übergangsbereich einzuhausen und das Gehäuse unter vorgegebenem Überdruck mit einem Polstergas zu beschicken, welches axial zwischen dem konischen Dichtspalt und der Lippendichtung ein Gaspolster bildet, das einen Kontakt zwischen dem aggressiven Transportgas und der Lippendichtung verhindert. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass das Transportgas auf nicht exakt vorhersehbare Weise durch in den Dichtspalt eindringendes Polstergas verdünnt wird, wobei der Grad der Verdünnung vom Überdruck im Gehäuse, der Breite des Dichtspaltes und der Strömungsmenge und -geschwindigkeit des Transportgases abhängt. Zwar schlägt die genannte Druckschrift vor, als Spül- bzw. Polstergas ein Trägergas des Transportgases zu wählen; gleichwohl bleibt die exakte Zusammensetzung des Transportgases hinter der Drehdurchführung - insbesondere in Hinblick auf das Verhältnis von Trägergas zu Zusatzstoffen - undefiniert. Selbst bei einer die Verdünnung bereits antizipierenden Einstellung aller einstellbarer Parameter, insbesondere des Drucks, mit dem das Spülgas zugeführt wird, würde sich die resultierende Zusammensetzung des Transportgases mit der Zeit, insbesondere mit zunehmendem mechanischen Verschleiß an der Drehdurchführung und entsprechender Vergrößerung des Ringspaltes, verändern. Eine exakte Übernahme der bekannten Anordnung für die Arbeitsfluid-Beschickung eines Plasmabrenners kommt daher nicht in Frage. Das Beschichtungsergebnis ist nämlich in hoch empfindlicher Weise abhängig von der Gesamtmenge und der exakten Zusammensetzung des Arbeitsfluids aus Trägergas und Beschichtungspulver.From another technical field, namely from the field of transporting aggressive gases, it is known from the generic document mentioned at the outset to realize a conical transition between the stationary and the rotating pipe instead of a radially projecting sealing flange. The fixed tube is injection molded towards its outlet, ie conically tapered, and protrudes into the correspondingly widening, rotating tube, resulting in a conical annular gap as the sealing gap. Due to the flow conditions at this transition between the stationary and the rotating system, it is already highly improbable that the aggressive transport gas will penetrate through the conical sealing gap against the main flow direction to the outside. In order to reliably prevent this and the associated damage to a lip seal sealing the bearing of the rotating tube, the publication cited proposes enclosing said transition region and coating the housing with a cushion gas under a predetermined overpressure cken, which forms a gas cushion axially between the conical sealing gap and the lip seal, which prevents contact between the aggressive transport gas and the lip seal. The disadvantage here, however, is that the transport gas is diluted in a way that cannot be precisely predicted by cushion gas penetrating the sealing gap, the degree of dilution depending on the overpressure in the housing, the width of the sealing gap and the flow rate and speed of the transport gas. It is true that the publication mentioned proposes selecting a carrier gas of the transport gas as the flushing or cushion gas; nevertheless, the exact composition of the transport gas behind the rotary union remains undefined, particularly with regard to the ratio of carrier gas to additives. Even if all adjustable parameters are set in anticipation of the dilution, in particular the pressure at which the flushing gas is supplied, the resulting composition of the transport gas would change over time, especially with increasing mechanical wear on the rotary feedthrough and a corresponding increase in the annular gap. Exactly adopting the known arrangement for supplying the working fluid to a plasma torch is therefore out of the question. The coating result depends in a highly sensitive manner on the total amount and the exact composition of the working fluid consisting of carrier gas and coating powder.
Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass sie für Präzisionsanwendungen, wie sie beispielsweise die Beschickung eines Plasmabrenners, insbesondere zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen in Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren darstellt, tauglich werden.It is the object of the present invention to develop a generic device and a generic method in such a way that they are suitable for precision applications such as charging a plasma torch, in particular for coating cylinder running surfaces in crankcases for internal combustion engines.
Darlegung der ErfindungPresentation of the invention
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Arbeitsfluid und das Spülfluid einzeln volumenstromgeregelt zugeführt werden.This object is achieved in connection with the features of the preamble of claim 1 in that the working fluid and the flushing fluid are supplied individually with volume flow control.
Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8 dadurch gelöst, dass die beiden Zuleitungen jeweils mit einem Volumenstromregler bestückt sind, der eingerichtet ist, bei Betrieb Materialströme durch die Zuleitungen einzeln und mit dem jeweiligen Volumenstrom als Regelgröße zu regeln.The object is further achieved in connection with the features of the preamble of claim 8 in that the two supply lines are each equipped with a volume flow controller which is set up to regulate material flows through the supply lines individually during operation and with the respective volume flow as the controlled variable.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, ausgehend von einem weitgehend dem aus der gattungsbildenden Druckschrift entsprechenden, mechanischen Aufbau der Drehdurchführung durch geeignete Regelung sicherzustellen, dass die Zusammensetzung des am Ausgang des Drehdurchführung bzw. am Eingang nachgeschalteter Komponenten, wie insbesondere einem Brennerkopf, ankommenden Fluids stets in der exakt benötigten Menge und Zusammensetzung vorliegt. Hierzu werden sowohl die Zuführung des Arbeitsfluids als auch die Zuführung des Spülfluids einzeln volumenstromgeregelt, wobei diese Regelungen nicht nur in Bezug auf den Gesamtvolumenstrom sondern insbesondere auch in Bezug auf ihre Mengenrelation aufeinander abgestimmt sind. Hier sind allerdings unterschiedliche Ebenen zu unterscheiden. Im Fokus der Erfindung steht es, das genannte Ziel zu ermöglichen. Dies erfolgt - zunächst ohne Einschränkung auf konkrete Vorgabewerte - dadurch, dass Spülfluid und Arbeitsfluid überhaupt volumenstromgeregelt zugeführt werden bzw. dadurch, dass entsprechende Volumenstromregler in den Zuleitungen vorgesehen sind. Die konkrete Einrichtung besagter Regelung bzw. Regler, nämlich die Vorgabe eines geeigneten Gesamtvolumens sowie die Vorgabe der Relation von dessen Bestandteilen, findet auf einer übergeordneten Ebene der Reglerprogrammierung statt. Ihre konkrete Gestaltung ist daher bevorzugter, aber nicht zwingender Bestandteil der vorliegenden Erfindung.The basic idea of the invention, based on a mechanical design of the rotary union largely corresponding to that of the generic publication, is to ensure through suitable control that the composition of the fluid arriving at the outlet of the rotary union or at the inlet of downstream components, such as in particular a burner head is always available in the exact amount and composition required. For this purpose, both the supply of the working fluid and the supply of the flushing fluid are individually regulated in terms of volume flow, with these regulations not only being matched to one another with regard to the total volume flow but also in particular with regard to their quantity relation. However, there are different levels to be distinguished here. The focus of the invention is to enable the stated goal. This is done—initially without being restricted to specific default values—by the flushing fluid and working fluid being supplied in a volume-flow-controlled manner or by corresponding volume-flow regulators being provided in the supply lines. The specific setting up of said regulation or controller, namely the specification of a suitable total volume and the specification of the relation of its components, takes place at a higher level of controller programming. Its specific design is therefore a preferred, but not mandatory, part of the present invention.
Günstigerweise ist vorgesehen, dass die Volumenstromregelung den Druck in der jeweiligen Zuleitung zwischen der jeweiligen Quelle und der Drehdurchführung als Stellgröße verwendet. Im Kontext der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedeutet dies, dass die Volumenstromregler eingerichtet sind, die Regelung durch Variation des Drucks in der jeweiligen Zuleitung zwischen der jeweiligen Quelle und der Drehdurchführung durchzuführen, dabei den jeweils resultierenden Volumenstrom zu überwachen und Abweichungen des Ist- vom Soll-Volumenstrom auf die Steuerung des Drucks rückzukoppeln. Der Druck in den Zuleitungen hat sich als ein leicht und sehr schnell beeinflussbarer, technischer Parameter mit nahezu instantaner Auswirkung auf die Regelgröße „Volumenstrom“ erwiesen.Advantageously, it is provided that the volume flow control uses the pressure in the respective supply line between the respective source and the rotary leadthrough as a manipulated variable. In the context of the device according to the invention, this means that the volume flow controllers are set up to carry out the regulation by varying the pressure in the respective supply line between the respective source and the rotary union, thereby monitoring the resulting volume flow and deviations of the actual from the target volume flow feedback control of the pressure. The pressure in the supply lines has proven to be a technical parameter that can be influenced easily and very quickly, with an almost instantaneous effect on the “volume flow” control variable.
Wie erwähnt liegt die bevorzugte Anwendung der Erfindung im Bereich der Plasmabeschichtung von Zylinderlaufflächen in einem Kurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor. In einem solchen Fall ist in der Regel das rotierende Rohr Bestandteil eines Brennerkopfes eines Plasmabrenners oder mit einem solchen verbunden und das Arbeitsfluid ist ein mit einem Pulver, vorzugsweise mit einem Beschichtungspulver, besonders bevorzugt mit einem Stahlpulver, versetztes Trägergas. Insbesondere in diesen Fällen hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Spülfluid ebenfalls ein Gas, nämlich ein Spülgas, ist und - besonders bevorzugt - das Trägergas mit dem Spülgas chemisch identisch ist. Besonders bevorzugt weist dann das Arbeitsfluid vor der Drehdurchführung einen geringfügig zu großen Pulveranteil bzw. einen geringfügig zu geringen Trägergasanteil aufweist, sodass das „fehlende“ Trägergas als Spülgas im Bereich der Drehdurchführung über den Ringspalt zwischen den beiden Rohren zugeführt werden kann - und zwar in exakt der zur Bereitstellung der optimalen Menge und Zusammensetzung am Brennerkopf benötigten Menge. Im ebenfalls als vorteilhafte Anwendung angesehenen Fall einer Laserbeschichtung kann das feststehende Rohr mit einem Laserbeschichtungskopf verbunden oder Bestandteil eines solchen sein, wobei dann als Träger- bzw. Spülfluid jeweils eine - vorzugsweise chemisch identische - Flüssigkeit Einsatz findet.As mentioned, the preferred application of the invention is in the field of plasma coating of cylinder running surfaces in a crankcase for an internal combustion engine. In such a case, the rotating tube is usually part of or connected to a torch head of a plasma torch and is the working fluid a carrier gas mixed with a powder, preferably with a coating powder, particularly preferably with a steel powder. In these cases in particular, it has proven advantageous if the flushing fluid is also a gas, namely a flushing gas, and—particularly preferably—the carrier gas is chemically identical to the flushing gas. Particularly preferably, the working fluid in front of the rotary union then has a slightly too large proportion of powder or a slightly too small proportion of carrier gas, so that the "missing" carrier gas can be supplied as flushing gas in the area of the rotary union via the annular gap between the two tubes - and precisely the amount needed to provide the optimal amount and composition at the burner head. In the case of laser coating, which is also considered to be an advantageous application, the stationary tube can be connected to a laser coating head or be part of one, with a liquid—preferably chemically identical—being used as the carrier or flushing fluid.
Die erfindungsgemäße Volumenstromregelung bietet zudem die Basis eines weiteren, besonders hevorzuhebenden Vorteils. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass im Fall, dass nach Einregelung vorgegebener Volumenstromwerte durch die Zuleitungen einer der zugeordneten Stellgrößenwerte um mehr als eine vorgegebene Toleranz von einem gespeicherten Referenzwert abweicht, ein Verschleißalarm ausgegeben wird. Mit anderen Worten wird die zur Einstellung des gewünschten Volumenstroms in einer oder beiden der Zuleitungen benötigte Stellgröße, insbesondere der hierfür benötigte Druck, selbst als Indikator für den Zustand des Systems, insbesondere der Drehdurchführung, genutzt. In einem gegebenen Zustand der Drehdurchführung führen bestimmte, an den Zuleitungen angelegte Stellgrößen, insbesondere Drücke, zu den gewünschten Volumenströmen. Kommt es nun, beispielsweise durch vermehrten Verschleiß an der Drehdurchführung, zu einer Änderung des Systemzustands, insbesondere zu einer Vergrößerung des Ringspaltes, macht sich dies dadurch bemerkbar, dass zur Erzielung desselben Volumenstroms durch die Arbeitsfluid- und/oder Spülfluid-Zuleitung dort ein anderer Stellgrößenwert, insbesondere ein anderer Druck, erforderlich (und im Rahmen der erfindungsgemäßen Regelung natürlich eingestellt) wird. Diese zur Erreichung der Regelvorgaben erforderliche Stellgrößenänderung kann vom System durch Vergleich der tatsächlich eingestellten Stellgrößen mit hinterlegten, einen „normalen“ Systemzustand repräsentierenden Stellgrößen-Referenzwerten erkannt und quantifiziert werden. Überschreitet diese Abweichung vom Referenzwert eine vorgegebene Toleranz, ist dies ein Indikator dafür, dass sich eine nicht mehr akzeptable Zustandsänderung des Systems, insbesondere ein übermäßiger Verschleiß an der Drehdurchführung, eingestellt hat. Andere Schäden am System können selbstverständlich ähnliche Konsequenzen haben; allerdings ist ein Verschleiß im Bereich der Drehdurchführung der mit Abstand wahrscheinlichste Schaden. Bei der bevorzugten Ausführungsform führt also die detektierte übermäßige Stellgrößenänderung zur Ausgabe einer Warnung, insbesondere einer Verschleißwarnung, die den Anlagenbetreiber in die Lage versetzt, rechtzeitig Wartungsarbeiten vorzunehmen, beispielsweise die Mechanik der Drehdurchführung auszutauschen, bevor die Schäden so groß sind, dass die vorgegebenen Volumenströme nicht mehr exakt eingeregelt werden können, was das Beschichtungsergebnis negativ beeinflussen würde.The volume flow control according to the invention also provides the basis for a further advantage that is particularly noteworthy. In a particular embodiment of the invention, a wear alarm is output in the event that one of the assigned manipulated variable values deviates from a stored reference value by more than a predetermined tolerance after adjusting predetermined volume flow values through the supply lines. In other words, the manipulated variable required to set the desired volume flow in one or both of the feed lines, in particular the pressure required for this, itself is used as an indicator for the state of the system, in particular the rotary feedthrough. In a given state of the rotary feedthrough, certain manipulated variables applied to the feed lines, in particular pressures, lead to the desired volume flows. If there is now a change in the system status, for example due to increased wear on the rotary union, in particular an enlargement of the annular gap, this is noticeable in that, in order to achieve the same volume flow through the working fluid and/or flushing fluid supply line, a different manipulated variable value is required there , in particular a different pressure, is required (and of course set within the scope of the regulation according to the invention). This change in manipulated variable required to achieve the control specifications can be recognized and quantified by the system by comparing the actually set manipulated variables with stored manipulated variable reference values representing a "normal" system state. If this deviation from the reference value exceeds a specified tolerance, this is an indicator that an unacceptable change in the state of the system, in particular excessive wear on the rotary union, has occurred. Other damage to the system can of course have similar consequences; however, wear and tear in the area of the rotary union is by far the most likely damage. In the preferred embodiment, the detected excessive change in the manipulated variable leads to the issuance of a warning, in particular a wear warning, which enables the system operator to carry out maintenance work in good time, for example replacing the mechanics of the rotary union, before the damage is so great that the specified volume flows are not can be adjusted more precisely, which would have a negative effect on the coating result.
Zur konkreten Mechanik der Drehdurchführung ist bevorzugt vorgesehen, dass das rotierbare und bei Betrieb rotierende Rohr in einem Gehäuseblock, in welchem das feststehende Rohr fixiert ist, mit einem in den Ringspalt übergehenden Lagerspalt gelagert ist und die Spülfluid-Zuleitung den Gehäuseblock bis zu diesem Lagerspalt durchsetzt. Mit anderen Worten ist also die gesamte Drehdurchführung in einem Gehäuseblock angeordnet, der, fest mit ihm verbunden, das feststehende Rohr haltert. Zugleich ist das rotierbare/rotierende Rohr im selben Gehäuseblock gelagert. Der Lagerspalt bildet dabei die Grenze zwischen dem Gehäuseblock und dem rotierbaren/rotierenden Rohr. Der (konische) Ringspalt bildet die Grenze zwischen dem sich weitenden Eingang des rotierbaren/rotierenden Rohres und dem zugespitzten Ausgang des feststehenden Rohres. Beide Spalte sind fluidleitend miteinander verbunden, sodass das Spülfluid nicht unmittelbar in den Ringspalt eingeleitet werden muss, sondern mit deutlich geringerem mechanischen Aufwand in den Lagerspalt eingeführt und von diesem in den Ringspalt geleitet werden kann. Dabei endet die Spülfluid-Zuleitung bevorzugt in einem Einspeisepunkt, der sich axial zwischen dem Übergang vom Lagerspalt zum Ringspalt einerseits und einer Drehdichtung, mit der das rotierbare/rotierende Rohr gegen den Gehäuseblock abgedichtet ist, andererseits befindet. Dadurch wird sichergestellt, dass sämtliches in den Lagerspalt eingeführtes Spülfluids auch bis zum Ringspalt geleitet wird und nicht etwa anderweitig entweichen kann. Somit ist auch sichergestellt, dass der in der Spülfluids-Zuleitung eingeregelte Volumenstrom tatsächlich der dem Arbeitsfluid in der Drehdurchführung beigemischten Spülfluid- bzw. zusätzlichen Trägergasmenge entspricht.With regard to the specific mechanics of the rotary leadthrough, it is preferably provided that the rotatable tube, which rotates during operation, is mounted in a housing block in which the stationary tube is fixed, with a bearing gap merging into the annular gap, and the flushing fluid supply line passes through the housing block up to this bearing gap . In other words, the entire rotary feedthrough is arranged in a housing block which, firmly connected to it, holds the stationary tube. At the same time, the rotatable/rotating tube is mounted in the same housing block. The bearing gap forms the boundary between the housing block and the rotatable/rotating tube. The (conical) annular gap forms the boundary between the widening entrance of the rotatable/rotating tube and the tapered exit of the fixed tube. Both gaps are fluidly connected to one another, so that the flushing fluid does not have to be introduced directly into the annular gap, but can be introduced into the bearing gap with significantly less mechanical effort and can be guided from there into the annular gap. The flushing fluid feed line preferably ends in a feed point that is located axially between the transition from the bearing gap to the annular gap on the one hand and a rotary seal with which the rotatable/rotating tube is sealed against the housing block on the other. This ensures that all flushing fluid introduced into the bearing gap is also routed to the annular gap and cannot escape in any other way. This also ensures that the volumetric flow regulated in the flushing fluid supply line actually corresponds to the flushing fluid or additional carrier gas quantity mixed with the working fluid in the rotary feedthrough.
Die Einführung des Spülfluids in den Lagerspalt erfolgt bevorzugt mittels eines in den Lagerspalt ragenden Diffusors, als welcher das Ende der Spülfluid-Zuleitung bevorzugt ausgebildet ist. Der Diffusor kann hohlzylindrisch ausgebildet sein und den gesamten Umfang des rotierbaren/rotierenden Rohres umgreifen, sodass einerseits eine über dem Umfang verteilte Einleitung des Spülfluids gewährleistet ist und andererseits eine einfache Leitung in Form eines Koppelrohres, welches den Gehäuseblock durchsetzt und den Diffusor lediglich lokal kontaktiert, verwendet werden kann. Der Diffusor kann beispielsweise als eine Metallschaum-Manschette oder eine Manschette aus einem Drahtgewirkt oder -gestrick ausgebildet sein.The flushing fluid is preferably introduced into the bearing gap by means of a diffuser which projects into the bearing gap and is preferably designed as the end of the flushing fluid supply line. The diffuser can be designed as a hollow cylinder and cover the entire circumference of the rotatable/rotating tube res encompass, so that on the one hand an introduction of the flushing fluid distributed over the circumference is ensured and on the other hand a simple line in the form of a coupling tube, which penetrates the housing block and only contacts the diffuser locally, can be used. The diffuser can be designed, for example, as a metal foam cuff or a cuff made of a knitted or knitted wire.
Der Übergang vom Lagerspalt zum Ringspalt ist bevorzugt durch einen ringscheibenförmigen Übergangsspalt gebildet. Bei dieser Geometrie werden spitze Winkel vermieden, sodass die Fertigung der einzelnen Drehdurchführungsteile besonders einfach ist und die einzelnen Elemente robust gegen Beschädigung.The transition from the bearing gap to the annular gap is preferably formed by a transition gap in the shape of an annular disk. With this geometry, acute angles are avoided, so that the production of the individual rotary union parts is particularly easy and the individual elements are robust against damage.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further details and advantages of the invention result from the following specific description and the drawings.
Figurenlistecharacter list
Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung des Herzstücks einer erfindungsgemäßen Zuführvorrichtung.
-
1 a schematic representation of the heart of a feeding device according to the invention.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed Description of Preferred Embodiments
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit soll die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels aus dem bevorzugten Einsatzbereich der Erfindung, nämlich dem Bereich der Plasmabeschichtung insbesondere von Zylinderlaufflächen von Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren, illustriert werden.Without restricting the generality, the invention is to be illustrated below using an exemplary embodiment from the preferred area of application of the invention, namely the area of plasma coating, in particular of cylinder running surfaces of crankcases for internal combustion engines.
Das rotierbare/rotierende Rohr 18 ist koaxial zum feststehenden Rohr 16 angeordnet und überlappt dieses axial bereichsweise. Insbesondere zeigt das rotierbare/rotierende Rohr 18 im Überlappungsbereich eine abschnittsweise konische Erweiterung seines Innendurchmessers, wohingegen das feststehende Rohr 16 im Überlappungsbereich eine korrespondierend konische Verjüngung seines Außendurchmessers aufweist. Es resultiert ein abschnittsweise konischer Ringspalt 24, der bei der gezeigten Ausführungsform zusätzlich einen zylindrischen Abschnitt aufweist. Dieser Ringspalt bildet den Dichtspalt zwischen dem feststehenden Rohr 16 und dem rotierbaren/rotierenden Rohr 18 und ist in
Der Lagerspalt 22 steht über einen ringförmigen Diffusor 28 mit einem den Gehäuseblock 14 durchsetzenden Koppelrohr 31 der Spülgas-Zuleitung 30 in gasleitender Verbindung. Über die Spülgas-Zuleitung 30 zugeführtes Spülgas kann also, verteilt mittels des Diffusors 28 in den Lagerspalt 22 eindringen und über den Übergangsspalt 26 und den Ringspalt 24 in das Lumen der Rohre 16, 18 gelangen. Um ein Entweichen von Spülgas, welches dem Lagerspalt 22 zugeführt wurde, über die Lager 20 zu verhindern, ist axial zwischen dem Diffusor 28 und den Lagern 20 eine Drehdichtung 32 angeordnet, welche den Lagerspalt gasdicht abdichtet.The bearing
Das freie Ende des rotierbaren/rotierenden Rohres 18 ist mit einem nicht dargestellten Plasma-Brennerkopf verbunden. Das freie Ende des feststehenden Rohres 16 ist mit einer nur symbolhaft angedeuteten Arbeitsfluid-Zuleitung 34 verbunden.The free end of the rotatable/rotating
Über die Arbeitsfluid-Zuleitung 34 kann Arbeitsfluid, insbesondere ein mit Beschichtungspulver versetztes Trägergas, aus einer entsprechenden Quelle Q1 zugeführt werden. Über die Spülgas-Zuführleitung 30 kann Spülgas aus einer entsprechenden Quelle Q2 zugeführt werden. Der Fachmann wird verstehen, dass die Quellen Q1, Q2, insbesondere die Arbeitsfluid-Quelle Q1 nicht auf eine Ausbildung als einfaches Reservoir beschränkt sind, sondern eine komplexe Struktur aufweisen und beispielsweise eine Mischvorrichtung für unterschiedliche Fluidkomponenten umfassen können.Working fluid, in particular a carrier gas mixed with coating powder, can be supplied from a corresponding source Q1 via the working
Ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Zuleitungen 30, 34 jeweils über einen separaten Regler ctrl V1 bzw. ctrl V2, die als Volumenstromregler für das jeweils geförderte Fluid ausgebildet sind, verlaufen. Damit können die Fluidströme von den Quellen Q1, Q2 in volumenstromgeregelter Weise zur Drehdurchführung 12 gefördert werden. An essential component of the present invention is that the
Der am Ausgang des rotierbaren/rotierenden Rohres, mithin am Plasma-Brennerkopf zur Verfügung stehende Fluidstrom entspricht daher der Summe der einzeln fluidstromgeregelten Teil-Fluidströme und kann in Größe und Zusammensetzung stets exakt den gewünschten Vorgaben angepasst werden. Selbst Verschleißerscheinungen im Bereich des Ringspaltes 24 zwischen den Rohren 16, 18, die zu einer Veränderung von Druckverhältnissen innerhalb der Drehdurchführung führen können, resultieren auf diese Weise nicht in einer Variation der Größe oder Zusammensetzung des am Plasma-Brennerkopf bereitgestellten Fluids, sodass das Ergebnis einer stark parameterabhängigen Plasmabeschichtung hiervon völlig unbeeinflusst bleibt.The fluid flow available at the outlet of the rotatable/rotating tube, and consequently at the plasma burner head, therefore corresponds to the sum of the individual fluid flow-controlled partial fluids flows and can always be precisely adapted to the desired specifications in terms of size and composition. Even signs of wear in the area of the
Umgekehrt kann eine Überwachung der zur Volumenstromregelung konkret variierten Stellgrößen, insbesondere des jeweiligen Drucks, dazu genutzt werden, Unregelmäßigkeiten, insbesondere Verschleiß, in den einzelnen Strömungspfaden zu detektieren.Conversely, monitoring of the manipulated variables specifically varied for volume flow control, in particular the respective pressure, can be used to detect irregularities, in particular wear, in the individual flow paths.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist die Erfindung weder auf die Anwendung im Bereich der Plasma-Beschichtung, d. h. zur Beschickung von Plasma-Brennern, noch auf die Verwendung gasförmiger bzw. gashaltiger Arbeits- und/oder Spülfluide beschränkt.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures only represent illustrative exemplary embodiments of the present invention. In the light of the present disclosure, a wide range of possible variations is available to those skilled in the art. In particular, the invention is not limited to application in the field of plasma coating, i. H. for feeding plasma burners, is still limited to the use of gaseous or gaseous working and/or rinsing fluids.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Zuführvorrichtungfeeding device
- 1212
- Drehdurchführungrotary joint
- 1414
- Gehäuseblockhousing block
- 1616
- feststehendes Rohrfixed pipe
- 1818
- rotierbares/rotierendes Rohrrotatable/rotating tube
- 2020
- Lagerwarehouse
- 2222
- Lagerspaltbearing gap
- 2424
- Ringspaltannular gap
- 2626
- Übergangsspalttransition gap
- 2828
- Diffusordiffuser
- 3030
- Spülfluid-Zuleitungflushing fluid supply line
- 3131
- Koppelrohr von 30Coupling tube from 30
- 3232
- Drehdichtungrotary seal
- 3434
- Arbeitsfluid-Zuleitungworking fluid supply line
- Q1Q1
- Arbeitsfluid-Quelleworking fluid source
- Q2Q2
- Spülfluid-Quelleflushing fluid source
- ctrlV1ctrlV1
- Volumenstromreglervolumetric flow controller
- ctrlV2ctrlV2
- Volumenstromreglervolumetric flow controller
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DD 236972 A1 [0003]DD 236972 A1 [0003]
- DE 102016112470 A1 [0005]DE 102016112470 A1 [0005]
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD236972A1 (en) | 1985-05-02 | 1986-06-25 | Zeiss Jena Veb Carl | TURNING PROCESSING RESISTANT TO AGGRESSIVE GASES |
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DE102016112470A1 (en) | 2016-07-07 | 2018-01-11 | GAT Gesellschaft für Antriebstechnik mbH | Powder rotary feedthrough with rinsing chamber |
-
2020
- 2020-11-20 DE DE102020130779.9A patent/DE102020130779A1/en active Pending
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