DE102021003585A1 - Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln unterschiedlicher Dichte - Google Patents

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André Rieger
Elke Becker
Jörg Steger
Steffen Schramm
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln, die mindestens eine Pulverkammer mit zugeordnetem Pulverinjektor und eine Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Pulverpartikel unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate gemischt und nachfolgend in einen Plasmastrahl geleitet werden können. Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Baugruppe zur Fluidisierung alternativ als eine auf einem elektrodynamischen Wirkprinzip oder als eine auf einem akustischen Wirkprinzip basierende Baugruppe ausgestaltet ist, wobei für beide Ausgestaltungen jeweils konkrete technische Merkmale vorgeschlagen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate, wobei die Vorrichtung mindestens eine Pulverkammer mit einem zugeordneten Pulverinjektor aufweist, wobei die Pulverpartikel der Pulverkammer zugeführt und gemischt werden, indem die Mischung entweder in der einen Pulverkammer oder für jede Art der Pulverpartikel separat in jeweils einer Pulverkammer erfolgt, wobei das derart erzeugte Pulvergemisch über den Pulverinjektor bzw. über die mehreren Pulverinjektoren einem Plasmastrahl zugeführt wird, der die aus dem Pulverinjektor bzw. aus den Pulverinjektoren austretende Mischung von Pulverpartikeln auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes fördert und wobei die mindestens eine Pulverkammer mit einer Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel ausgestattet ist.
  • Für verschiedenartige technische Anwendungen müssen pulverförmige Ausgangsstoffe zunächst aufbereitet und/oder gemischt werden, bevor sie ihrer eigentlichen funktionellen Verwendung zugeführt werden. Hierfür sind zahlreiche technische Lösungen bekannt.
  • So beschreibt EP 1 454 675 A2 eine Vorrichtung mit einem Pulverbehälter, dessen untere Fläche als ein sog. Fluidisierboden ausgestaltet ist. Unter diesem Fluidisierboden ist ein Druckluftanschluss angeordnet, mit dem ein Überdruck im Pulverbehälter erzeugt werden kann. Durch den Überdruck werden die Pulverpartikel verwirbelt, miteinander vermischt und nach oben in Richtung einer Austrittsöffnung gefördert.
  • Aus US 5,615,832 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ebenfalls pneumatisch, hier jedoch mit einer direkt in den Pulverbehälter mündenden Leitung, eine druckluftinduzierte Mischung und Förderung von Pulverpartikeln ausgelöst wird.
  • Diese und weitere ähnliche Konstruktionen sind primär für Anwendungen geeignet, bei denen relativ große Pulverpartikel weitgehend gleicher Größe aufbereitet werden müssen. Diese Konstruktionen ergeben jedoch Probleme, sofern sehr kleine Pulverpartikel und/oder Pulverpartikel unterschiedlicher Größen aufzubereiten sind. Dann tritt häufig ein Agglomerieren des Pulvers bzw. des Pulver-Gasgemisches auf. Dies führt zwangsläufig dazu, dass dieses Vorrichtungsprinzip für einige Fachgebiete nicht geeignet ist.
  • Ein diesbezüglich typisches Einsatzgebiet ist das plasmainduzierte Metallisieren, das als eine vorteilhafte Alternative zum Sputtern zunehmend Anwendung findet. Dabei werden die Pulverpartikel nicht konventionell auf eine Oberfläche aufgetragen. Stattdessen werden die Pulverpartikel z.B. gemäß DE 10 2005 013 729 A1 über einen Pulverförderer in den Strahlengang eines Plasmastrahls geleitet, der die Pulverpartikel auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert und während der Transportbewegung gleichzeitig aufschmilzt.
  • Bei derartigen Anwendungen weisen die verwendeten Pulverpartikel häufig unterschiedliche Dichten auf. Somit ist das Pulvergemisch oftmals nicht homogen ausgebildet, so dass sich besondere Anforderungen an eine der Zuführung zum Plasmastrahl vorgeschaltete Vorrichtung zur Pulveraufbereitung ergeben. Mit einer solchen Vorrichtung muss ein Pulvergemisch erzeugt werden, bei dem Partikel unterschiedlicher Dichte bzw. Größe synchron beschleunigt und als ein homogenes Gemisch in den Plasmastrahl eingeblasen werden.
  • WO 2012 / 139 840 A1 betrifft eine diesbezügliche Pulverfördereinrichtung, die durch eine permanente Energieeinkopplung, insbesondere durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten, ein Agglomerieren des Pulver- Gasgemisches verhindern soll. Dabei erfolgt die eigentliche Pulverförderung durch Erzeugung eines Vakuums, das mittels einer Injektordüse im Bereich der Pulveransaugöffnung erzeugt wird. Um ein Anhaften von Pulver im Förderweg zu vermeiden, sind die vom Pulver durchströmten Baugruppen vorzugsweise mit einem Schwingungserreger verbunden, z.B. mit mechanischen Vibratoren oder mit Piezo-Schwingern. Somit wird das Pulver zusätzlich aufgelockert und eventuell bereits vorhandene Pulveragglomerate werden vor dem Ansaugen und in der für das Ansaugen konzipierten Baugruppe zerstört.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln zu schaffen, mit der Pulverpartikel unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate gemischt und nachfolgend in einen Plasmastrahl geleitet werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Vorrichtung mit einer Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel ausgestattet ist, die entweder auf einem elektrodynamischen Wirkprinzip oder auf einem akustischen Wirkprinzip basiert.
  • Bei der Ausführung nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip ist die Baugruppe zur Fluidisierung mit mindestens zwei Elektroden ausgestaltet, wobei diese Elektroden an sich gegenüberliegenden Innenseiten der Pulverkammer in Form einer Fluidplatte mit Bodenelektrode und einer Deckelelektrode oder zusätzlich auch in Form einer ersten Wandelektrode und einer zweiten Wandelektrode angeordnet sind. Unterhalb der Pulverkammer ist eine Rütteleinheit angeordnet. Die Fluidplatte mit Bodenelektrode weist Öffnungen für eine Durchströmung mit einem Fluidisiergas auf. In der Pulverkammer ist ein Absaugrohr und oberhalb der Pulverkammer ist ein Pulverinjektor angeordnet. Das Absaugrohr ist dazu ausgestaltet, die Pulverpartikel aus der Pulverkammer abzusaugen und dem Pulverinjektor zuzuführen.
  • Bei der Ausführung nach dem akustischen Wirkprinzip ist die Baugruppe zur Fluidisierung mit einem Ultraschallerzeuger, einem Schallkopf und einem Reflektor ausgestaltet ist, wobei der Ultraschallerzeuger unterhalb der Pulverkammer, der Schallkopf in der Pulverkammer oberhalb einer Fluidplatte und der Reflektor in der Pulverkammer an der dem Schallkopf gegenüberliegenden Innenseite der Pulverkammer angeordnet sind. Oberhalb der Pulverkammer ist eine Pulverzuführung mit einer Rütteleinheit angeordnet. In der Pulverkammer ist ein Absaugrohr und an einer Seitenfläche der Pulverkammer ist ein Pulverinjektor angeordnet. Das Absaugrohr ist bei dieser Ausführung ebenfalls dazu ausgestaltet, die Pulverpartikel aus der Pulverkammer abzusaugen und dem Pulverinjektor zuzuführen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Demzufolge wird eine technische Lösung verfügbar, mit der pulverförmige stoffliche Partikel gleicher oder unterschiedlicher Dichte / Größe unter Nutzung von variablen Gasströmen als agglomerationsarme Pulver oder Pulvergemische durch eine elektrodynamische bzw. eine akustische Fluidisierung gefördert und/oder gemischt werden können.
  • Die hierfür eingesetzte Gerätetechnik umfasst in Abhängigkeit der jeweils konkreten Ausführung als wesentliche Baugruppen einen Pulverbehälter, eine Baugruppe zur Fluidisierung, eine Venturidüse, einen Ultraschallerzeuger sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Felder oder eine Vorrichtung zur Erzeugung eines akustischen Schwebefeldes. Für eine Aufbereitung und Förderung von unterschiedlichen Pulvern können mehrere gerätetechnische Komponenten parallel geschaltet zur Anwendung kommen.
  • Die Baugruppe zur Fluidisierung dient dem Mischen und bevorzugt der Förderung von stofflichen Partikeln in einem Bereich von 100 nm bis 100 µm durch Steuerung mittels Fördergasen, Inertgasen sowie Fluidisierungsgasen, Das Material der stofflichen Partikel ist entweder elektrisch leitfähig bzw. polarisierbar oder es umfasst stoffliche Partikel, deren geometrische Größe signifikant kleiner ist als die Wellenlänge des eingesetzten Ultraschalls.
  • Durch die Fluidisierung unter Nutzung eines elektrodynamischen oder akustischen Feldes werden eine optimale Partikelbeladung des Gas-Partikel-Stroms und eine transiente Homogenität der Partikelbeladung im austretenden Gasstrom (ggf. Stationarität der Partikelbeladung und bei Mischungen ebenfalls der Anteile der Partikelarten) erzielt, wobei die Ausbildung von Ablagerungen (Fouling) durch Partikel in der Strömungsgeometrie weitgehend oder vollständig verhindert wird. Dabei wird auch eine gleichmäßige Förderung sehr kleiner Pulverpartikel bzw. auch von Gemischen unterschiedlicher Materialien gewährleistet.
  • Weiterhin wird das Agglomerationsverhalten deutlich reduziert und es wird eine weitgehende Homogenität erreicht.
  • Eine Optimierung der Strömungsverhältnisse ist über eine Modellbildung auf Grundlage multiphysikalischer Modelle möglich, um die Strömung, den Partikeltransport und die Fluidströmung den jeweils konkreten Einsatzbedingungen anzupassen. Weiterhin kann eine Drucküberwachung als Prozessüberwachung erfolgen.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.
    • 1 das Grundprinzip der elektrodynamischen Fluidisierung
    • 2 eine Variante mit zusätzlichen Deagglomerationsmöglichkeiten
    • 3 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung bei einer Ausführung nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip
    • 4 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung bei einer Ausführung nach dem akustischen Wirkprinzip
  • Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zur Aufbereitung von Pulverpartikeln 8 unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate konzipiert. Die Vorrichtung weist mindestens eine Pulverkammer 9 mit zugeordnetem Pulverinjektor 10 auf. Die Pulverpartikel 8 werden der Pulverkammer 9 zugeführt und gemischt. Die Mischung erfolgt entweder in der einen Pulverkammer 9 oder für jede Art der Pulverpartikel 8 separat in jeweils einer Pulverkammer 9. In Abhängigkeit der jeweils konkreten Ausführung wird das erzeugte Pulvergemisch über einen Pulverinjektor 10 bzw. über mehrere Pulverinjektoren 10 einem Plasmastrahl (nicht dargestellt) zugeführt. Der Plasmastrahl fördert die aus dem einen Pulverinjektor 10 bzw. aus den mehreren Pulverinjektoren 10 austretende Mischung von Pulverpartikeln 8 auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes (nicht dargestellt). Dieser Ablauf entspricht beispielsweise einem typischen Verfahren für das plasmainduzierte Metallisieren. Dabei werden die Pulverpartikel 8 nicht konventionell auf eine Oberfläche aufgetragen, sondern über einen Pulverförderer in einen Plasmastrahl geleitet, der die Pulverpartikel 8 auf eine zu beschichtende Oberfläche transportiert und während der Transportbewegung gleichzeitig aufschmilzt.
  • Die mindestens eine Pulverkammer 9 ist mit einer Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel 8 ausgestattet. Die Funktionsweise dieser Baugruppe beruht alternativ auf einem elektrodynamischen Wirkprinzip oder auf einem akustischen Wirkprinzip.
  • 1, 2 und 3 zeigen Ausführungen nach dem elektrodynamischen Wirkprinzip. Dabei ist die Baugruppe zur Fluidisierung mit mindestens zwei Elektroden 1 und 3 ausgestaltet, die beispielsweise als Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 und Deckelelektrode 3 ausgeführt sind. Optional können weitere Elektroden vorgesehen werden, die beispielsweise als eine linke Wandelektrode 2a und eine rechte Wandelektrode 2b ausgeführt sind. Dabei sind Elektroden unterschiedlicher elektrischer Potentiale einander gegenüber angeordnet, also die Bodenelektrode 1 gegenüberliegend zur Deckelelektrode 3 und die linke Wandelektrode 2a gegenüberliegend zur rechten Wandelektrode 2b.
  • Der in 1 nicht dargestellte, oberhalb der Pulverkammer 9 angeordnete Pulverinjektor 10 wird in Unterdruck p2 zur Pulverkammer 9 betrieben. Ein Fluidisiergas 6a (z.B. Druckluft) wird durch die als Elektrode ausgelegte Bodenplatte, die funktionell eine Fluidplatte mit einer Bodenelektrode 1 darstellt, mit einem Druck p1 der Pulverkammer 9 zugeführt. Dadurch werden die Pulverpartikel 8 fluidisiert. Weiterhin sind die Pulverpartikel 8 durch ihren Kontakt mit der Fluidplatte mit der Bodenelektrode 1 mit deren Potential geladen und werden von dieser elektrostatisch abgestoßen. Aufgrund der Aufladung der Pulverpartikel 8 an der Bodenelektrode 1 tragen diese alle das gleiche elektrische Potential und stoßen sich somit gegenseitig ab, wodurch eine Agglomeration der Pulverpartikel 8 mindestens verringert und bevorzugt gänzlich verhindert wird.
  • Durch das elektrische Feld 5 werden die Pulverpartikel 8 ausgehend von der Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 zur Deckelelektrode 3 beschleunigt. Die Deckelelektrode 3 ist mit einem elektrisch permittiven Material 4 von der Pulverkammer 9 abgeschirmt, so dass ein Kontakt zwischen den Pulverpartikeln 8 und der Deckelelektrode 3 verhindert wird. Folglich kann keine Umladung der Pulverpartikel 8 erfolgen. Dieser Effekt wird zusätzlich verstärkt durch eine optionale Infiltration von Fluidisiergas 6b durch die Deckelelektrode 3. Somit entsteht ein Gaspolster, welches die Pulverpartikel 8 von der Deckelelektrode 3 fernhält.
  • Die optional vorgesehenen Wandelektroden 2a und 2b haben ein gleiches oder ein größeres elektrisches Potential als die Fluidplatte mit Bodenelektrode 1. Somit verhindern diese Wandelektroden 2a und 2b einen Wandkontakt der Pulverpartikel 8 und beeinflussen die Feldgeometrie derart, dass sich die elektrischen Feldlinien auf das Absaugrohr 7 ausrichten. Dieser Effekt kann auch durch eine am Absaugrohr 7 angebrachte Ringelektrode (nicht dargestellt) erreicht werden.
  • Die zum Absaugrohr 7 durch das elektrische Feld und das Fluidisiergas 6a transportierten Pulverpartikel 8 werden aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Pulverinjektor 10 und der Pulverkammer 9 mittels der Fluidisiergasströmung 6c ausgetragen. Die Fluidisierung und die Reduzierung der Agglomerationsneigung der Pulverpartikel 8 wird zusätzlich verstärkt, indem unterhalb der Pulverkammer 9 eine Rütteleinheit 11 angeordnet ist.
  • Zusätzliche Möglichkeiten einer hohen Deagglomeration werden durch einen Polwechsel oder eine Rotation des elektrischen Feldes erzielt. Hierfür geeignete Ausgestaltungen sind insbesondere aus 2 ersichtlich.
  • Der prinzipielle Aufbau entspricht grundsätzlich dem in 1 dargestellten Aufbau. Die Pulverkammer 9 mit der Deckelelektrode 3 ist hier jedoch mit einer partitionierten Fluidplatte 1a mit mehreren Bodenelektroden 1b, 1c, 1d und 1e ausgestattet. Dabei werden diese Bodenelektroden 1b bis 1e unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Frequenz, Amplitude und Phase gesteuert. Durch die separate Ansteuerung dieser Parameter lassen sich komplexe Dynamiken des elektrischen Feldes erzeugen, die zum einen durch komplexe Trajektorien eine Fluidisierung und Durchmischung der Pulverpartikel 8 verbessern und zum anderen die Einstellung von dynamischen Scherkräften erlauben, so dass bestehende Agglomerate aufgebrochen werden und die Entstehung neuer Agglomerate mindestens verringert und bevorzugt verhindert wird.
  • Ais 3 ist eine konkrete konstruktive Ausführung einer derartigen Baugruppe zur Fluidisierung auf elektrodynamischem Wirkprinzip ersichtlich. Demzufolge ist die Vorrichtung mit einer gasdurchlässigen Fluidplatte mit Bodenelektrode 1, einer Deckelelektrode 3 und zwei Wandelektroden 2a und 2b ausgestaltet. Die Wandelektroden 2a und 2b sind an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten der Pulverkammer 9 angeordnet. Die Wandelektroden 2a und 2b können auch an anderen Wandabschnitten der Pulverkammer 9 angeordnet werden, z.B. in einer Form gemäß einem Plattenkondensator mit zusätzlicher Auslegung der Seitenwände als Elektrode oder in einer Form mit einer mittig angelegten Elektrode und einer zugeordneten Ringelektrode. Dabei haben die zusätzlich als Elektroden ausgelegten Wände der Pulverkammer 9 das gleiche oder ein größeres Potential als die Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 und die Ringelektrode (nicht dargestellt) hat ein mindestens kleineres, bevorzugt negatives Potential.
  • Unterhalb der Pulverkammer 9 ist eine Rütteleinheit 11 angeordnet. Weiterhin ist oberhalb der Pulverkammer 9 der Pulverinjektor 10 angeordnet.
  • Bei dieser Ausführung ist das Material der Pulverpartikel 8 entweder elektrisch leitfähig oder polarisierbar. Außerdem kann das elektrische Feld mit Polwechsel oder als rotierendes elektrisches Feld betrieben werden.
  • Bei elektrisch leitfähigen Materialien erfolgt eine Ladung der Pulverpartikel 8 beim Kontakt mit der Fluidplatte mit Bodenelektrode 1. Die Pulverpartikel 8 liegen vor dem Betriebsstart auf der Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 auf. Die geladenen Pulverpartikel 8 stoßen sich ab, sofern sie gleiche Ladung aufweisen. Somit wird eine Agglomeration von Pulverpartikeln 8 weitgehend verhindert. Das Agglomerationsverhalten wird ferner durch die Trägheitskraft auf die Pulverpartikel 8 in der Fluidströmung, durch die elektrische Feldkraft bei einem äußeren elektrischen Feld und durch Abstoßungskräfte von anderen Ladungsträgern beeinflusst.
  • Der Bahnverlauf der sich bewegenden Pulverpartikel 8 wird prinzipiell durch alle äußeren Kräfte bestimmt. Somit kann der Bahnverlauf beispielsweise durch eine Regelung von Fluidströmung und elektrischer Feldstärke in folgender Weise (hier theoretisch für ein einziges Partikel betrachtet) beeinflusst werden:
    • Ein Pulverpartikel 8 befindet sich in der Plattenkondensatoranordnung mit einer elektrischen Feldstärke E und die Fluidströmung ist mit entgegengesetzter Richtung orientiert. Sofern die Gegenelektrode 3 mit einem Nichtleiter abgeschirmt ist, besteht kein Kontakt zwischen dem an der unteren Elektrode 1 geladenen Pulverpartikel 8 und der Gegenelektrode 3. Somit wird die Gefahr einer Anhaftung des Pulverpartikels 8 an den Elektroden 1 bzw. 3 reduziert und eine Agglomeration mit einem entgegengesetzt geladenen Pulverpartikel 8 wird vermieden.
  • Die Fluidströmung kann mit speziellen Bauteilen und Schaltvarianten weiter modifiziert werden. So können partiell durchströmbare Elektroden (z.B. Lochbleche) und/oder partiell durchströmbare Nichtleiter (z.B. poröse Keramik oder Keramikfilterplatten) vorgesehen werden. Es können elektrisch verbundene Elektrodenwände zur Reduzierung von Wandkontakt und damit zur Reduzierung von Wandanhaftungen ausgebildet werden. Es können symmetrische elektrische Felder ausgebildet werden, indem orthogonal zum Feld von Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 und Deckelelektrode 3 zwischen zwei ebenen Elektroden mit dem gleichen oder einem höheren Potential als die Fluidplatte mit Bodenelektrode 1 zusätzlich von seitwärts nach innen gerichtete elektrische Felder mit einer Partikelverschiebung zum Zentrum ausgebildet werden. Weiterhin kann ein Austrag von Pulverpartikeln 8 aus der Mitte der Pulverkammer 9 (die funktionell eine Elektrodenkammer darstellt) durch eine Absaugung erfolgen. Weiterhin ist es möglich, elektrisch nicht leitende Werkstoffe, also funktionell elektrische Isolatoren metallisch zu ummanteln. Damit können diese wie elektrisch leitende Pulverpartikel 8 behandelt werden.
  • Ais 4 ist eine konkrete konstruktive Ausführung einer Baugruppe zur Fluidisierung auf einem alternativen akustischem Wirkprinzip ersichtlich. Demzufolge ist die Vorrichtung mit einem Ultraschallerzeuger 16, einem Schallkopf 14 und einem Reflektor 13 ausgestaltet. Der Ultraschallerzeuger 16 ist unterhalb der Pulverkammer 9 angeordnet. Der Schallkopf 14 ist in der Pulverkammer 9 oberhalb einer Fluidplatte 15 angeordnet. Der Reflektor 13 ist in der Pulverkammer 9 an der dem Schallkopf 14 gegenüberliegenden Innenseite angeordnet. Oberhalb der Pulverkammer 9 ist eine Pulverzuführung mit einer Rütteleinheit 12 angeordnet. Weiterhin ist an einer Seitenfläche der Pulverkammer 9 der Pulverinjektor 10 angeordnet. Bei dieser Ausführung ist ferner zu beachten, dass die typische geometrische Abmessung der Partikel kleiner ist als die Wellenlänge des eingesetzten Schalls.
  • Die erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtungen können unter Beachtung der jeweils konkreten Einsatzbedingungen weiter modifiziert werden, wobei derartige Varianten in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt sind:
    • So kann die Vorrichtung mit einer Drucküberwachung als Prozessüberwachung ausgestattet werden, um durch Detektion eines über dem bestimmungsgemäßen Betriebsdruck in der Pulverkammer liegenden Drucks z.B. eine Verstopfung des Injektors festzustellen. Ebenso können mehrere gleichartige Vorrichtungen parallel geschaltet und gemeinsam betrieben werden. Ferner kann die Vorrichtung in eine mit Kaltplasma betriebene Metallisierungsanlage oder eine Pulverschweißanlage baulich integriert werden. Die Strömungsverhältnisse können über eine Modellbildung auf Grundlage von multiphysikalischen Modellen optimiert werden.
  • Auch das eingesetzte Pulver kann anwendungsspezifisch modifiziert werden. So können Pulvergemische zur Erzeugung reaktiver Metallgemische hergestellt werden. Ebenso können geladene Metallpartikel in den Plasmastrahl zur Optimierung der Anschmelzbedingungen eingebracht werden. Ferner ist eine Fokussierung des Plasmastrahles durch Erzeugung elektrisch geladener Pulverpartikel möglich.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fluidplatte mit Bodenelektrode
    1a
    Fluidplatte, partitioniert
    1b
    Bodenelektrode in partitionierter Fluidplatte
    1c
    Bodenelektrode in partitionierter Fluidplatte
    1d
    Bodenelektrode in partitionierter Fluidplatte
    1e
    Bodenelektrode in partitionierter Fluidplatte
    2a
    Wandelektrode
    2b
    Wandelektrode
    3
    Deckelelektrode
    4
    Abschirmung der Deckelelektrode
    5
    exemplarisch elektrischer Feldvektor
    6a
    Fluidisiergas
    6b
    Gegenströmung Fluidisiergas
    6c
    Fluidisiergasströmung mit Partikeln
    7
    Absaugrohr
    8
    Partikel
    9
    Pulverkammer
    10
    Pulverinjektor
    11
    Rütteleinheit
    12
    Pulverzuführung mit Rütteleinheit
    13
    Reflektor
    14
    Schallkopf
    15
    Fluidplatte
    16
    Ultraschallerzeuger
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1454675 A2 [0003]
    • US 5615832 [0004]
    • DE 102005013729 A1 [0006]
    • WO 2012139840 A1 [0008]

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate, wobei die Vorrichtung mindestens eine Pulverkammer (9) mit einem zugeordneten Pulverinjektor (10) aufweist, wobei die Pulverpartikel (8) der Pulverkammer (9) zugeführt und gemischt werden, indem die Mischung entweder in der einen Pulverkammer (9) oder für jede Art der Pulverpartikel (8) separat in jeweils einer Pulverkammer (9) erfolgt, wobei das derart erzeugte Pulvergemisch über den Pulverinjektor (10) bzw. über die mehreren Pulverinjektoren (10) einem Plasmastrahl zugeführt wird, der die aus dem Pulverinjektor (10) bzw. aus den Pulverinjektoren (10) austretende Mischung von Pulverpartikeln (8) auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes fördert und wobei die mindestens eine Pulverkammer (9) mit einer Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel (8) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe zur Fluidisierung als eine auf einem elektrodynamischen Wirkprinzip basierende Baugruppe mit mindestens zwei Elektroden (1; 3) ausgestaltet ist, wobei die Elektroden (1; 3) an sich gegenüberliegenden Innenseiten der Pulverkammer (9) in Form einer Fluidplatte mit Bodenelektrode (1) und einer Deckelelektrode (3) angeordnet sind, wobei unterhalb der Pulverkammer (9) eine Rütteleinheit (11) angeordnet ist, wobei die Fluidplatte mit Bodenelektrode (1) Öffnungen für eine Durchströmung mit einem Fluidisiergas (6a) aufweist, wobei in der Pulverkammer (9) ein Absaugrohr (7) angeordnet ist, wobei oberhalb der Pulverkammer (9) ein Pulverinjektor (10) angeordnet ist und wobei das Absaugrohr (7) dazu ausgestaltet ist, die Pulverpartikel (8) aus der Pulverkammer (9) abzusaugen und dem Pulverinjektor (10) zuzuführen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe zwei weitere Elektroden (2a; 2b) aufweist, die in Form einer ersten Wandelektrode (2a) und einer zweiten Wandelektrode (2b) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidplatte mit Bodenelektrode (1) als eine partitionierte Fluidplatte (1a) mit mehreren Bodenelektroden (1b; 1c; 1 d; 1e) ausgestattet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckelelektrode (3) Öffnungen für eine Durchströmung mit einem Fluidisiergas (6b) aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Pulverpartikel (8) entweder elektrisch leitfähig oder polarisierbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld polwechselfähig betrieben ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld rotierend betrieben ist.
  8. Vorrichtung zur Aufbereitung von Pulverpartikeln unterschiedlicher Dichte zu einem homogenen Pulvergemisch ohne Agglomerate, wobei die Vorrichtung mindestens eine Pulverkammer (9) mit einem zugeordneten Pulverinjektor (10) aufweist, wobei die Pulverpartikel (8) der Pulverkammer (9) zugeführt und gemischt werden, indem die Mischung entweder in der einen Pulverkammer (9) oder für jede Art der Pulverpartikel (8) separat in jeweils einer Pulverkammer (9) erfolgt, wobei das derart erzeugte Pulvergemisch über den Pulverinjektor (10) bzw. über die mehreren Pulverinjektoren (10) einem Plasmastrahl zugeführt wird, der die aus dem Pulverinjektor (10) bzw. aus den Pulverinjektoren (10) austretende Mischung von Pulverpartikeln (8) auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes fördert und wobei die mindestens eine Pulverkammer (9) mit einer Baugruppe zur Fluidisierung der Pulverpartikel (8) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe zur Fluidisierung als eine auf einem akustischen Wirkprinzip basierende Baugruppe mit einem Ultraschallerzeuger (16), einem Schallkopf (14) und einem Reflektor (13) ausgestaltet ist, wobei der Ultraschallerzeuger (16) unterhalb der Pulverkammer (9), der Schallkopf (14) in der Pulverkammer (9) oberhalb einer Fluidplatte (15) und der Reflektor (13) in der Pulverkammer (9) an der dem Schallkopf (14) gegenüberliegenden Innenseite der Pulverkammer (9) angeordnet sind, wobei oberhalb der Pulverkammer (9) eine Pulverzuführung mit einer Rütteleinheit (12) angeordnet ist, wobei in der Pulverkammer (9) ein Absaugrohr (7) angeordnet ist, wobei an einer Seitenfläche der Pulverkammer (9) ein Pulverinjektor (10) angeordnet ist und wobei das Absaugrohr (7) dazu ausgestaltet ist, die Pulverpartikel (8) aus der Pulverkammer (9) abzusaugen und dem Pulverinjektor (10) zuzuführen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Pulverpartikel akustisch nicht transparent ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Drucküberwachung als Prozessüberwachung aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverhältnisse über eine Modellbildung auf Grundlage multiphysikalischer Modelle optimierbar sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 8 baulich in eine mit Kaltplasma betriebene Metallisierungsanlage oder in eine Pulverschweißanlage integriert ist.
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WO2012139840A1 (de) 2011-04-15 2012-10-18 Reinhausen Plasma Gmbh Vorrichtung und verfahren zum fördern von pulvern aus einem pulvervorrat

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