DE102021118093A1 - Powder injector holder and plasma torch to create a thermal spray coating - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Pulverinjektorhalter (10), umfassend einen Grundkörper (14) zur Anordnung im Bereich einer Plasmadüse (16) eines Plasmabrenners (18), wobei der Grundkörper (14) wenigstens eine erste Aufnahme (20a) zum Halten eines ersten Pulverinjektors (22a) und eine zweite Aufnahme (20b) zum Halten eines zweiten Pulverinjektors (20b) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Plasmabrenner (18) zum Erzeugen einer thermischen Spritzschicht aus wenigstens zwei Spritzpulvern.The invention relates to a powder injector holder (10), comprising a base body (14) for arrangement in the area of a plasma nozzle (16) of a plasma torch (18), the base body (14) having at least one first receptacle (20a) for holding a first powder injector (22a ) and a second receptacle (20b) for holding a second powder injector (20b). The invention also relates to a plasma torch (18) for producing a thermal spray coating from at least two spray powders.
Description
Die Erfindung betrifft einen Pulverinjektorhalter und einen Plasmabrenner zum Erzeugen einer thermischen Spritzschicht mit einem derartigen Pulverinjektorhalter.The invention relates to a powder injector holder and a plasma torch for producing a thermally sprayed layer with such a powder injector holder.
Thermisches Spritzen bezeichnet Oberflächenbeschichtungsverfahren, bei denen in manchen Ausführungsformen spezifische Spritzpulver über ein Pulverrohr bzw. einen Pulverinjektor in einen Plasmastrahl eindosiert werden. Das Spritzpulver wird im Plasmastrahl an- oder aufgeschmolzen, in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Die Bauteiloberfläche wird dabei durch die Spritzpartikel beschichtet, aber nicht angeschmolzen und nicht oder nur geringfügig thermisch belastet. Die Schichteigenschaften werden beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche.Thermal spraying refers to surface coating processes in which, in some embodiments, specific spray powders are metered into a plasma jet via a powder tube or a powder injector. The spray powder is partially melted or melted in the plasma jet, accelerated in the form of spray particles and thrown onto the surface of the component to be coated. The component surface is coated by the spray particles, but not melted and not or only slightly thermally stressed. The coating properties are influenced by the temperature and the speed of the spray particles when they hit the surface to be coated.
Für Plasmabrenner existieren serienmäßig Pulverinjektorhalter, an die Pulverinjektoren angebracht werden können. Allerdings ist der Aufbau der gängigen Pulverinjektorhalter sehr kompliziert und aufwändig, wenn mehr als ein Spritzpulver verarbeitet werden soll.There are standard powder injector holders for plasma torches, to which powder injectors can be attached. However, the structure of the common powder injector holder is very complicated and expensive if more than one spray powder is to be processed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pulverinjektorhalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat und flexibel mit mindestens zwei Pulverinjektoren bestückt werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plasmabrenner mit einem solchen Pulverinjektorhalter zum Erzeugen einer thermischen Spritzschicht zu schaffen.The object of the present invention is to create a powder injector holder of the type mentioned at the outset, which has a simple structure and can be flexibly equipped with at least two powder injectors. A further object of the invention is to provide a plasma torch with such a powder injector holder for producing a thermally sprayed layer.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Pulverinjektorhalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Plasmabrenner gemäß Patentanspruch 8 mit einem solchen Pulverinjektorhalter zum Erzeugen einer thermischen Spritzschicht gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts anzusehen sind.The objects are achieved according to the invention by a powder injector holder having the features of patent claim 1 and by a plasma torch according to patent claim 8 with such a powder injector holder for producing a thermal spray layer. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the respective dependent claims, advantageous configurations of the first aspect of the invention being to be regarded as advantageous configurations of the second aspect of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Pulverinjektorhalter, der einen Grundkörper zur Anordnung im Bereich einer Plasmadüse eines Plasmabrenners umfasst, wobei der Grundkörper wenigstens eine erste Aufnahme zum Halten eines ersten Pulverinjektors und eine zweite Aufnahme zum Halten eines zweiten Pulverinjektors aufweist. Der erfindungsgemäße Pulverinjektorhalter weist damit einen konstruktiv besonders einfachen, kostengünstigen und flexiblen Aufbau auf. Der Grundkörper kann in einfachster Ausgestaltung einstückig ausgebildet sein. Es können in den Aufnahmen mindestens zwei Pulverinjektoren, insbesondere Standard-Pulverinjektoren montiert werden, so dass mindestens zwei gleiche oder zwei unterschiedliche Spritzpulver zur Herstellung von thermischen Spritzschichten verwendet werden können. Eine Adaption der Aufnahmen und/oder des Grundkörpers an unterschiedliche Plasmabrenner ist durch leichte konstruktive Änderungen ohne weiteres möglich. Zusätzliche spezielle Reinigungs-, Verstell-, Kühl- oder Abblas-Vorrichtungen an dem Pulverinjektorhalter oder am zugeordneten Plasmabrenner sind nicht notwendig und können entfallen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Grundköper bzw. der gesamte Pulverinjektorhalter genau zwei Aufnahmen für genau zwei Pulverinjektoren aufweist. Die Reduktion auf zwei Pulverlinien vermindert die technische Komplexität erheblich, eliminiert mögliche Fehlerquellen und erhöht dadurch die Prozessstabilität. Zudem werden Rüst- und Wartungsaufwände deutlich reduziert. Außerdem ist grundsätzlich das Montieren von geraden oder gebogenen Pulverinjektoren möglich. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Aufnahme senkrecht oder schräg bezüglich einer Mittelachse der Plasmaflamme angeordnet ist bzw. sind, wenn der Pulverinjektorhalter bestimmungsgemäß am Plasmabrenner montiert ist.A first aspect of the invention relates to a powder injector holder, which comprises a base body for arrangement in the area of a plasma nozzle of a plasma torch, the base body having at least a first receptacle for holding a first powder injector and a second receptacle for holding a second powder injector. The powder injector holder according to the invention thus has a structurally particularly simple, cost-effective and flexible structure. In the simplest configuration, the base body can be formed in one piece. At least two powder injectors, in particular standard powder injectors, can be mounted in the receptacles, so that at least two identical or two different spray powders can be used to produce thermal spray layers. An adaptation of the receptacles and/or the base body to different plasma torches is easily possible by means of slight structural changes. Additional special cleaning, adjustment, cooling or blow-off devices on the powder injector holder or on the associated plasma torch are not necessary and can be omitted. It can also be provided that the base body or the entire powder injector holder has exactly two receptacles for exactly two powder injectors. The reduction to two powder lines significantly reduces the technical complexity, eliminates possible sources of error and thus increases process stability. In addition, set-up and maintenance costs are significantly reduced. In addition, it is basically possible to mount straight or curved powder injectors. Provision can furthermore be made for the first and/or the second receptacle to be arranged perpendicularly or at an angle with respect to a central axis of the plasma flame when the powder injector holder is mounted on the plasma torch as intended.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Aufnahme bezüglich einer Hauptachse des Grundkörpers axial von der zweiten Aufnahme beabstandet ist und/oder dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme bezüglich der Hauptachse einen radialen Versatz zueinander aufweisen. Mit Hilfe der bekannten Pulverinjektorhaltern können Spritzschichten aus zwei gegebenenfalls unterschiedlichen Spritzpulvern häufig nicht prozessstabil und spezifikationsgerecht erzeugt werden. Umfangreiche Versuche haben gezeigt, dass Spritzpulver mit unterschiedlichen Eigenschaften, die an axial und/oder radial identischen Positionen in den Plasmastrahl eindosiert werden, Instabilitäten und Verdrängungseffekte zeigen, die ein prozessstabiles und spezifikationsgerechtes Aufbringen der gewünschten Beschichtung unmöglich machen. Ein wichtiger Grund für dieses Verhalten stellen die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Spritzpulver wie beispielsweise unterschiedliche Dichte, Schmelztemperatur bzw. Temperaturbeständigkeit dar. Indem die erste und zweite Aufnahme axial und/oder radial beabstandet sind, können die Spritzpulver in unterschiedliche Zonen des Plasmastrahls eindosiert und damit bei unterschiedlichen Temperaturen eingebracht werden. Über den jeweiligen axialen Abstand zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme bzw. über den radialen Abstand der ersten und der zweiten Aufnahme voneinander und damit vom Plasmastrahl können unterschiedliche Spritzpulver gleichmäßig aufgeschmolzen werden oder jeweils eine optimale Zeit im Plasma verbleiben. Dasjenige Spritzpulver mit der geringeren Aufschmelztemperatur wird dabei üblicherweise über den axial bzw. radial weiter beabstandeten Pulverinjektor in die Plasmaflamme eingebracht. Probleme wie unzureichende oder zu starke Aufschmelzung, eintretende Oxidationen und dergleichen können damit zuverlässig vermieden werden, was zu entsprechend hohen Beschichtungsqualitäten führt. Der axiale Abstand kann generell maximal ca. 5 cm betragen, also beispielsweise 0,1 cm, 0,2 cm, 0,3 cm, 0,4 cm, 0,5 cm, 0,6 cm, 0,7 cm, 0,8 cm, 0,9 cm, 1,0 cm, 1,1 cm, 1,2 cm, 1,3 cm, 1,4 cm, 1,5 cm, 1,6 cm, 1,7 cm, 1,8 cm, 1,9 cm, 2,0 cm, 2,1 cm, 2,2 cm, 2,3 cm, 2,4 cm, 2,5 cm, 2,6 cm, 2,7 cm, 2,8 cm, 2,9 cm, 3,0 cm, 3,1 cm, 3,2 cm, 3,3 cm, 3,4 cm, 3,5 cm, 3,6 cm, 3,7 cm, 3,8 cm, 3,9 cm, 4,0 cm, 4,1 cm, 4,2 cm, 4,3 cm, 4,4 cm, 4,5 cm, 4,6 cm, 4,7 cm, 4,8 cm, 4,9 cm oder 5,0 cm. Der genaue Abstand hängt vom zu verwendenden Spritzpulver und dem Plasmabrenner ab. Bei axialen Abständen über 5 cm ist das Plasma in der Regel nicht mehr heiß genug für die meisten Spritzpulver. Der radialer Versatz kann generell maximal ca. 2 cm, also beispielsweise 0,1 cm, 0,2 cm, 0,3 cm, 0,4 cm, 0,5 cm, 0,6 cm, 0,7 cm, 0,8 cm, 0,9 cm, 1,0 cm, 1,1 cm, 1,2 cm, 1,3 cm, 1,4 cm, 1,5 cm, 1,6 cm, 1,7 cm, 1,8 cm, 1,9 cm oder 2,0 cm betragen. Auch hier ist beim Überschreiten des maximalen Abstands in der Regel keine zuverlässige Aufschmelzung der meisten Spritzpulver möglich.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first receptacle is spaced axially from the second receptacle with respect to a main axis of the base body and/or that the first receptacle and the second receptacle have a radial offset relative to one another with respect to the main axis. With the help of the known powder injector holders, it is often not possible to produce sprayed layers from two possibly different spray powders in a process-stable manner and in accordance with the specifications. Extensive tests have shown that spray powders with different properties that are metered into the plasma jet at axially and/or radially identical positions show instabilities and displacement effects that make it impossible to apply the desired coating in a process-stable and specification-compliant manner. An important reason for this behavior is the different physical properties of the spray powders, such as different densities, melting temperatures and temperature resistance. Because the first and second receptacles are spaced apart axially and/or radially, the spray powders can be metered into different zones of the plasma jet and thus different temperatures are introduced. About the respective axial distance between the first and the second recording or on the Due to the radial distance between the first and the second recording and thus from the plasma jet, different spray powders can be melted evenly or an optimal time can remain in the plasma. The spray powder with the lower melting temperature is usually introduced into the plasma flame via the powder injector that is further spaced axially or radially. Problems such as insufficient or excessive melting, oxidation and the like can thus be reliably avoided, which leads to correspondingly high coating qualities. The axial distance can generally be a maximum of approx. 5 cm, for example 0.1 cm, 0.2 cm, 0.3 cm, 0.4 cm, 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7 cm, 0 .8cm, 0.9cm, 1.0cm, 1.1cm, 1.2cm, 1.3cm, 1.4cm, 1.5cm, 1.6cm, 1.7cm, 1 .8cm, 1.9cm, 2.0cm, 2.1cm, 2.2cm, 2.3cm, 2.4cm, 2.5cm, 2.6cm, 2.7cm, 2 .8cm, 2.9cm, 3.0cm, 3.1cm, 3.2cm, 3.3cm, 3.4cm, 3.5cm, 3.6cm, 3.7cm, 3 .8cm, 3.9cm, 4.0cm, 4.1cm, 4.2cm, 4.3cm, 4.4cm, 4.5cm, 4.6cm, 4.7cm, 4 .8 cm, 4.9 cm or 5.0 cm. The exact distance depends on the spray powder to be used and the plasma torch. At axial distances greater than 5 cm, the plasma is usually no longer hot enough for most spray powders. The radial offset can generally be a maximum of approx. 2 cm, for example 0.1 cm, 0.2 cm, 0.3 cm, 0.4 cm, 0.5 cm, 0.6 cm, 0.7 cm, 0, 8cm, 0.9cm, 1.0cm, 1.1cm, 1.2cm, 1.3cm, 1.4cm, 1.5cm, 1.6cm, 1.7cm, 1, 8 cm, 1.9 cm or 2.0 cm. Here, too, reliable melting of most spray powders is generally not possible when the maximum distance is exceeded.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme relativ zueinander axial und/oder radial bewegbar und/oder unabhängig voneinander an einem Umfang der Plasmadüse anordernbar sind. Hierdurch kann der Pulverinjektorhalter besonders einfach an unterschiedliche Plasmabrenner, Spritzpulver und Beschichtungsverfahren angepasst werden. Indem die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme unabhängig voneinander an einem Umfang der Plasmadüse anordernbar sind, können gleiche oder unterschiedliche Spritzpulver in unterschiedlichen Umfangswinkeln in die Plasmaflamme eingebracht werden. Beispielsweise kann auf der „9 Uhr“-Position (270°) ein Haftschichtspritzpulver eingebracht werden, während auf der „3 Uhr“-Position (90°) ein Deckschichtspritzpulver eingebracht werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first receptacle and the second receptacle can be moved relative to one another axially and/or radially and/or independently of one another on a circumference of the plasma nozzle. As a result, the powder injector holder can be easily adapted to different plasma torches, spray powders and coating processes. Because the first receptacle and the second receptacle can be arranged independently of one another on a circumference of the plasma nozzle, identical or different spray powders can be introduced into the plasma flame at different circumferential angles. For example, a bond coat spray powder can be applied at the "9 o'clock" position (270°) while a top coat spray powder can be applied at the "3 o'clock" position (90°).
Weitere Vorteile ergeben sich, indem die erste und/oder die zweite Aufnahme ein Innengewinde aufweist, in welches der erste und/oder zweite Pulverinjektor zur Montage einschraubbar ist. Dies erlaubt eine einfache Montage und Demontage der Pulverinjektoren sowie eine einfache Verstellung der radialen Position jedes Pulverinj ektors bezüglich einer Mittelachse der Plasmaflamme. Zusätzlich können auf diese Weise unterschiedliche Pulverinjektoren einfach gegeneinander ausgetauscht werden, ohne dass der Pulverinjektorhalter bzw. der Grundkörper vom Plasmabrenner entfernt werden muss, was zu entsprechend kurzen Umrüstzeiten beiträgt.Further advantages result from the fact that the first and/or the second receptacle has an internal thread into which the first and/or second powder injector can be screwed for assembly. This allows easy assembly and disassembly of the powder injectors and simple adjustment of the radial position of each Pulverinj ector with respect to a central axis of the plasma flame. In addition, different powder injectors can be easily exchanged for one another in this way without having to remove the powder injector holder or the base body from the plasma torch, which contributes to correspondingly short changeover times.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper entlang seiner Hauptachse einen ersten Abschnitt mit der ersten Aufnahme und einen zweiten Abschnitt mit der zweiten Aufnahme aufweist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt durch einen Übergangsabschnitt miteinander verbunden sind. Hierdurch kann die Geometrie des Grundkörpers optimal an das gewünschte Einbringen der Spritzpulver in die Plasmaflamme angepasst werden. Beispielsweise kann mit Hilfe des Übergangsabschnitts ein axialer und/oder radialer Versatz zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme realisiert werden. Weiterhin kann der Übergangsabschnitt austauschbar bzw. als eine Art Adapter zum lösbaren Verbinden des ersten und zweiten Abschnitts gestaltet sein, um den Grundkörper einfach an unterschiedliche Einsatzzwecke anzupassen.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the main body has a first section with the first receptacle and a second section with the second receptacle along its main axis, the first section and the second section being connected to one another by a transition section. As a result, the geometry of the base body can be optimally adapted to the desired introduction of the spray powder into the plasma flame. For example, an axial and/or radial offset between the first and the second receptacle can be realized with the aid of the transition section. Furthermore, the transition section can be designed to be exchangeable or as a type of adapter for detachably connecting the first and second section in order to easily adapt the base body to different purposes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Pulverinjektorhalter ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Pulverrohrklammer, zum Festlegen des Grundkörpers am Plasmabrenner im Bereich von dessen Plasmadüse umfasst. Auf diese Weise kann der Grundkörper einfach am Plasmabrenner montiert bzw. vom Plasmabrenner demontiert werden. Indem das Befestigungsmittel austauschbar ist, kann der Grundkörper zudem besonders einfach an unterschiedliche Plasmabrennertypen angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the powder injector holder includes a fastening means, in particular a powder tube clamp, for fixing the base body to the plasma torch in the area of its plasma nozzle. In this way, the base body can be easily mounted on the plasma torch or dismantled from the plasma torch. Since the fastening means can be exchanged, the base body can also be adapted particularly easily to different types of plasma torches.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Befestigungsmittel und der Grundkörper miteinander korrespondierende Drehsicherungselemente zum Verhindern einer relativen Verdrehung von Befestigungsmittel und Grundkörper zueinander und/oder Befestigungselemente zum lösbaren Festlegen des Grundkörpers am Befestigungsmittel umfassen. Hierdurch wird auf konstruktiv einfache Weise sichergestellt, dass das Befestigungsmittel und der Grundkörper korrekt zueinander ausgerichtet sind.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fastening means and the base body comprise corresponding anti-rotation elements to prevent relative rotation of the fastening means and base body to one another and/or fastening elements for releasably fixing the base body to the fastening means. This ensures in a structurally simple manner that the fastening means and the base body are correctly aligned with one another.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Plasmabrenner zum Erzeugen einer thermischen Spritzschicht aus wenigstens zwei Spritzpulvern, umfassend eine Plasmadüse für einen Plasmastrahl, wobei im Bereich der Plasmadüse ein Pulverinjektorhalter gemäß dem ersten Erfindungsaspekt angeordnet ist. Hierdurch ist erfindungsgemäß ein Plasmabrenner geschaffen, welcher einen Pulverinjektorhalter aufweist, der einen einfachen Aufbau hat und flexibel mit mindestens zwei Pulverinjektoren bestückt werden kann. Weitere Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Pulverinjektorhalters als vorteilhafte Ausgestaltungen des Plasmabrenners und umgekehrt anzusehen sind.A second aspect of the invention relates to a plasma torch for producing a thermal spray layer from at least two spray powders, comprising a plasma nozzle for a plasma jet, with a powder injector holder according to the first aspect of the invention being arranged in the area of the plasma nozzle. This is erfindungsge created according to a plasma torch, which has a powder injector holder, which has a simple structure and can be flexibly equipped with at least two powder injectors. Further features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, advantageous configurations of the powder injector holder being to be regarded as advantageous configurations of the plasma torch and vice versa.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Aufnahme ein erster Pulverinjektor zum Einbringen eines ersten Spritzpulvers in den Plasmastrahl und in der zweiten Aufnahme ein zweiter Pulverinjektor zum Einbringen eines zweiten Spritzpulvers in den Plasmastrahl angeordnet sind, wobei die erste Aufnahme bezüglich einer Hauptachse des Grundkörpers axial von der zweiten Aufnahme beabstandet ist und die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme bezüglich der Hauptachse einen radialen Versatz zueinander aufweisen, so dass das erste und das zweite Spritzpulver an axial und radial unterschiedlichen Positionen in den Plasmastrahl einbringbar sind. Mit dieser Pulverrohrkonfiguration kann eine thermische Oberflächenbeschichtung, beispielsweise ein Einlaufbelag (Outer Air Seal) eines Hoch- oder Niederdruckverdichtergehäuses, wesentlich besser und prozessstabiler erzeugt werden. Durch die axial frühere und radial nähere Eindosierung des ersten Spritzpulvers bzw. der Pulverkomponente 1 (leichter, geringere Dichte) kann diese ungestört in den Plasmastrahl des Plasmabrenners eintreten. Pulverkomponente 2 wird axial weiter entfernt in den Plasmastrahl eindosiert. Dadurch vermischen sich die beiden Komponenten ideal. Der radial größere Abstand des zweiten Pulverinjektors von einer Mittelachse des Plasmastrahls bewirkt, dass der zweite oder stromabliegende Pulverinj ektor nicht direkt in den durch die Pulverkomponente 1 aufgefächerten Plasma- bzw. Spritzstrahl ragt.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that a first powder injector for introducing a first spray powder into the plasma jet is arranged in the first receptacle and a second powder injector for introducing a second spray powder into the plasma jet is arranged in the second receptacle, the first receptacle being arranged with respect to a The main axis of the base body is spaced axially from the second receptacle and the first receptacle and the second receptacle have a radial offset relative to one another with respect to the main axis, so that the first and the second spray powder can be introduced into the plasma jet at axially and radially different positions. With this powder tube configuration, a thermal surface coating, for example an inlet coating (outer air seal) of a high- or low-pressure compressor housing, can be produced in a much better and more stable manner. Because the first spray powder or powder component 1 (lighter, lower density) is metered in earlier in the axial direction and closer in radially, it can enter the plasma jet of the plasma torch undisturbed. Powder component 2 is dosed axially further away into the plasma jet. This mixes the two components ideally. The radially greater distance of the second powder injector from a central axis of the plasma jet means that the second or downstream powder injector does not protrude directly into the plasma or spray jet fanned out by the powder component 1 .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Pulverinjektor mittels wenigstens einer Kontermutter in der ersten und/oder der zweiten Aufnahme lagegesichert ist. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Lagesicherung der Pulverinjektoren am bzw. im Grundkörper dar.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first and/or second powder injector is secured in position in the first and/or second receptacle by means of at least one lock nut. This represents a structurally simple option for securing the position of the powder injectors on or in the base body.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Dabei zeigt:
-
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulverinjektorhalters mit zwei axial und radial beabstandeten Pulverinjektoren; -
2 eine perspektivische Ansicht des Pulverinjektorhalters von oben, wobei zusätzlich ein Befestigungsmittel in Form einer Pulverrohrklammer am Grundkörper angebracht ist; -
3 eine schematische Konstruktionszeichnung des erfindungsgemäßen Pulverinjektorhalters aus unterschiedlichen Blickrichtungen; und -
4 eine perspektivische Seitenansicht eines Plasmabrenners, an welchem der erfindungsgemäße Pulverinjektorhalter gemäß einer weiteren Ausführungsform angeordnet ist.
-
1 a side view of an embodiment of the powder injector holder according to the invention with two axially and radially spaced powder injectors; -
2 a perspective view of the powder injector holder from above, with an additional fastening means in the form of a powder tube clamp being attached to the base body; -
3 a schematic construction drawing of the powder injector holder according to the invention from different perspectives; and -
4 a perspective side view of a plasma torch on which the powder injector holder according to the invention is arranged according to a further embodiment.
Wie man erkennt, ist die erste Aufnahme 20a bezüglich einer Hauptachse H des Grundkörpers 14 axial von der zweiten Aufnahme 20b beabstandet. Zusätzlich weisen die erste Aufnahme 20a und die zweite Aufnahme 20b bezüglich der Hauptachse H einen radialen Versatz zueinander auf. Die erste und die zweite Aufnahme 20a, 20b stehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel senkrecht auf der Hauptachse A des Grundkörpers 14. Grundsätzlich können die erste und/oder die zweite Aufnahme 20a, 20b aber auch in einem Winkel ≠ 90° bzw. windschief zur Hauptachse H stehen.As can be seen, the
Man erkennt, dass die Pulverinjektoren 22a, 22b axial bzw. in Strömungsrichtung der Plasmaflamme hintereinander angeordnet sind. Zusätzlich sind die Pulverinjektoren 22a, 22b radial innerhalb ihrer jeweiligen Aufnahmen 20a, 20b beweglich. Der radiale Versatz bezüglich einer Mittelachse der Plasmaflamme beträgt maximal etwa 2 cm. Damit können Spritzpulver mit unterschiedlichen Schmelzpunkten in unterschiedliche Flammentemperaturen der Plasmaflamme eingebracht werden, um sie kontrolliert aufzuschmelzen. Dabei sind auch gebogene Pulverinjektoren 22a, 22b bzw. schräge Bohrung 20a, 20b möglich.It can be seen that the
Vorzugsweise weist der Pulverinjektorhalter 10 ausschließlich zwei Aufnahmen 20a, 20b für insgesamt zwei Pulverinjektoren 22a, 22b auf. Grundsätzlich können aber auch noch weitere Pulverinjektoren am Umfang verteilt werden, wenn mehr Spritzpulver pro Zeiteinheit, ternäre Pulvermischungen oder sehr feines und damit schwer zu förderndes Spritzpulver verwendet werden soll.The
In einer Ausführung wird zunächst ein Haftschichtpulver durch einen der Pulverinjektoren 22a oder 22b gefördert, um eine Haftschicht auf einem zu beschichtenden Bauteil zu erzeugen. Anschließend wird auf die gezeigte Doppelrohraufnahme umgeschaltet und eine Deckschicht aus 2 Spritzpulvern hergestellt. Ein solches mehrstufiges Beschichtungsverfahren kann dabei ohne Umrüsten der Anlage erzeugt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Pulverinjektoren 22a, 22b nicht wie gezeigt axial hintereinander angeordnet sind, sondern in unterschiedlichen Umfangswinkeln um die Plasmadüse bzw. -flamme angeordnet sind. Beispielsweise kann der erste Pulverinjektor 22a in der „9 Uhr“-Stellung zum Aufbringen der Haftschicht und der Deckschicht und der zweite Pulverinjektor 22b in der „3 Uhr“ Stellung zum Erzeugen der Deckschicht stehen.In one embodiment, an adhesive layer powder is first conveyed through one of the
Versuche mit dem erfindungsgemäßen Pulverinjektorhalter 10 haben gezeigt, dass Beschichtungen wie beispielsweise ein Einlaufbelag mit dieser Pulverrohrkonfiguration wesentlich besser und prozessstabiler erzeugt werden können. Durch die axial frühere und radial nähere Eindosierung der Pulverkomponente 1 (geringere Dichte, z. B. Bornitridpulver) kann diese ungestört in den Spitzstrahl eintreten. Pulverkomponente 2 (z. B. Nickelpulver) wird axial weiter entfernt in den Strahl eindosiert. Dadurch vermischen sich die beiden Komponenten ideal. Der radial größere Abstand des zweiten Pulverinjektors 22b bewirkt, dass das Rohr nicht direkt in den durch Pulverkomponente 1 aufgefächerten Spritzstrahl ragt. Die beiden Pulver werden über individuell geregelte Pulverförderraten und Trägergasströme direkt in der Plasmaflamme vermischt, so dass ein homogenes Schichtgefüge entsteht.Experiments with the
Die Reduktion auf zwei Pulverlinien vermindert die technische Komplexität erheblich, eliminiert mögliche Fehlerquellen und erhöht dadurch die Prozessstabilität. Zudem werden Rüst- und Wartungsaufwände deutlich reduziert. Da durch die die genannte Lösung häufig bereits vorhandene Plasmabrenner 18 weiterverwendet und nachgerüstet werden können, werden hohe Investitionsaufwände vermieden.The reduction to two powder lines significantly reduces the technical complexity, eliminates possible sources of error and thus increases process stability. In addition, set-up and maintenance costs are significantly reduced. Since plasma torches 18 that are already present can often continue to be used and retrofitted using the solution mentioned, high investment costs are avoided.
Zudem kann der Pulverinjektorhalter 10 nicht nur für Plasmabrenner 18, sondern auch für weitere Einlaufsystemen eingesetzt werden, sofern diese ebenfalls zwei Pulverkomponenten verwenden, die zeitlich und räumlich gestaffelt vermischt werden sollen.In addition, the
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.The parameter values specified in the documents for the definition of process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject matter of the invention are also to be regarded as included within the scope of the invention within the scope of deviations - for example due to measurement errors, system errors, DIN tolerances and the like.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Pulverinjektorhalterpowder injector holder
- 1212
- Befestigungsmittelfasteners
- 1414
- Grundkörperbody
- 1616
- Plasmadüseplasma jet
- 1818
- Plasmabrennerplasma torch
- 20a20a
- Aufnahmerecording
- 20b20b
- Aufnahmerecording
- 22a22a
- Pulverinjektorpowder injector
- 22b22b
- Pulverinjektorpowder injector
- 2424
- Öffnungenopenings
- 26a26a
- Abschnittsection
- 26b26b
- Abschnittsection
- 2828
- Übergangsabschnitttransition section
- HH
- Hauptachsemain axis
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021118093A1 true DE102021118093A1 (en) | 2022-10-20 |
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ID=83447573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021118093.7A Withdrawn DE102021118093A1 (en) | 2021-04-14 | 2021-07-13 | Powder injector holder and plasma torch to create a thermal spray coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021118093A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4129120A1 (en) | 1991-09-02 | 1993-03-04 | Haldenwanger Tech Keramik Gmbh | METHOD AND DEVICE FOR COATING SUBSTRATES WITH HIGH-TEMPERATURE-RESISTANT PLASTICS |
DE10037276A1 (en) | 2000-07-28 | 2002-02-21 | Erwin Huehne Gmbh | An attachment for flame spraying equipment has sliding and angle adjustments for one or more injection jets. |
-
2021
- 2021-07-13 DE DE102021118093.7A patent/DE102021118093A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4129120A1 (en) | 1991-09-02 | 1993-03-04 | Haldenwanger Tech Keramik Gmbh | METHOD AND DEVICE FOR COATING SUBSTRATES WITH HIGH-TEMPERATURE-RESISTANT PLASTICS |
DE10037276A1 (en) | 2000-07-28 | 2002-02-21 | Erwin Huehne Gmbh | An attachment for flame spraying equipment has sliding and angle adjustments for one or more injection jets. |
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