DE10248459A1

DE10248459A1 - Powder-coating head for coating a work piece surface has a powder channel with a cross section and an inlet chamber for powder and gas flow and a nozzle section tapered for powder delivery

Info

Publication number: DE10248459A1
Application number: DE2002148459
Authority: DE
Inventors: Bert Dr. Schürmann
Original assignee: Precitec KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: DE10248459B4

Abstract

A powder channel (PC) surrounding a central channel has a ring-shaped cross section with an inlet chamber (IC) for powder and gas flow and a ring-shaped conical nozzle section tapered in the direction of powder delivery. Powder/gas delivery devices (30) apply powder/gas into the IC. Regarding volume, the PC splits into two subsections (36) each with a powder stream distributor (37).

Description

Die Erfindung betrifft einen Pulverbeschichtungskopf zum Beschichten einer Werkstückoberfläche.The invention relates to a powder coating head for coating a workpiece surface.

Ein bekannter Pulverbeschichtungskopf (WO 95/20 458) weist eine Düse auf, in der ein zentraler Kanal für einen Laserbearbeitungsstrahl und ein ringförmiger, konisch zulaufender Pulverkanal vorgesehen ist, der den zentralen Kanal konzentrisch umgibt. Die Spitze des konischen Pulverkanals liegt dabei in einem Bereich vor einer Austrittsöffnung der Düse, durch die auch der Laserbearbeitungsstrahl austritt. Das von seiner Öffnung abgewandte Ende des Pulverkanals ist über vier umfangsmäßig verteilte Pulverzuführöffnungen mit entsprechenden Pulverzuführmitteln verbunden. Die Spitze des konisch zulaufenden Pulverstroms, im folgenden auch Pulverfokus genannt liegt hier also innerhalb der Düse.A known powder coating head (WO 95/20 458) has a nozzle on in which is a central channel for a laser machining beam and a ring-shaped, tapered powder channel is provided, the central Channel concentrically surrounds. The tip of the conical powder channel lies in an area in front of an outlet opening of the nozzle which the laser processing beam also exits. The one facing away from its opening The end of the powder channel is over four circumferentially distributed Pulverzuführöffnungen with appropriate powder feeders connected. The tip of the tapered powder stream, in the following also called powder focus is located inside the nozzle.

Zum Beschichten einer Werkstückoberfläche wird das Pulver, z.B. ein Metallpulver, einer Wechselwirkungszone zugeführt, dort auf die Werkstückoberfläche aufgebracht und mit Hilfe des Laserstrahls aufgeschmolzen, so dass es sich metallurgisch mit der Werkstückoberfläche verbindet.For coating a workpiece surface the powder, e.g. a metal powder, fed to an interaction zone, there applied to the workpiece surface and melted with the help of the laser beam, making it metallurgical connects to the workpiece surface.

Aus dem Abschlussbericht 13 N 5596 0 zum BMFT-Verbundprojekt "Oberflächenbearbeitung mit CO2-Lasern; Verfahrensuntersuchung zum Laserrandschichtveredeln mit Zusatzwerkstoffen- Erweiterung und Abgrenzung der Verfahrensvarianten", Institut für schweißtechnische Fertigungsverfahren der RWTH Aachen, ist ein weiterer Pulverbeschichtungskopf bekannt, der einen ringförmigen, konisch zulaufenden Pulverkanal aufweist, der konzentrisch um einen zentralen Kanal für einen Laserbearbeitungsstrahl herum angeordnet ist (Vergleiche Bild 1a, Abschnitt 15.1 "Anforderungsprofil, Modell- und Bearbeitungskopfentwicklung" (Seite 38 ff)). Bei diesem bekannten Pulverbeschichtungskopf umfasst der Pulverkanal einen Verwirbelungsraum, in dem der aufzutragende pulverförmige Zusatzwerkstoff über den Umfang des ringförmigen Pulverkanals verteilt wird. Ausgehend von diesem Verwirbelungsraum wird der pulverförmige Zusatzwerkstoff, also das Pulver mit Hilfe eines Transportgases dem Laserstrahl noch im Pulverbeschichtungskopf, also vor der Austrittsöffnung zugeführt, so dass zusammen mit dem Laserstrahl ein divergenter Pulverstrom austritt.From the final report 13 N 5596 0 on the BMFT joint project "Surface treatment with CO2 lasers; Process investigation for laser edge layer finishing with additional materials - extension and delimitation of the process variants ", Institute for welding technology The RWTH Aachen manufacturing process is another powder coating head known to have an annular, has a tapered powder channel concentric around one central channel for a laser processing beam is arranged around it (compare picture 1a, section 15.1 "requirement profile, Model and machining head development "(page 38 ff)) Powder coating head, the powder channel includes a swirling space, in which the powder to be applied Filler material over the Circumference of the annular Powder channel is distributed. Starting from this swirl space the powdery Filler material, i.e. the powder with the help of a transport gas the laser beam still in the powder coating head, that is, in front of the outlet opening, see above that a divergent powder stream emerges together with the laser beam.

Bild 2 dieses Abschlussberichtes zeigt einen anderen Pulverbeschichtungskopf mit einem ringförmigen, sich konisch zu seiner ringförmigen Austrittsöffnung hin verjüngenden Pulverkanal, bei dem zum Aufschmelzen des Pulvers das heiße Plasma eines Lichtbogens genutzt wird.Picture 2 of this final report shows another powder coating head with an annular, itself conical to its ring-shaped outlet opening tapering Powder channel in which the hot plasma melts the powder an arc is used.

Aus der Dissertation von E. Hoffman, "Herstellung metallischer Bauteile durch Laserstrahlgetterieren ", Shaker Verlag 1998, Achen, Kapitel 4.3.1, Seite 63 bis 65 ist noch ein weiterer Pulverbeschichtungskopf bekannt, der einen sich konisch verjüngenden, ringförmigen Pulverkanal aufweist, der so konzentrisch zu einem zentralen Kanal für einen Laserbearbeitungsstrahl angeordnet ist, dass der Laserfokus im wesentlichen mit dem Pulverfokus zusammenfällt. Um eine gleichmäßige Verteilung des Pulver-Gas-Gemischs in dem als konischen oder kegligen Ringspalt ausgebildeten Pulverkanal zu erreichen, wird das Pulver-Gas-Gemisch dem Eingangsbereich des Pulverkanals an drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Stellen tangential zugeführt.From the dissertation by E. Hoffman, "Manufacture of metallic Components by laser beam gettering ", Shaker Verlag 1998, Achen, Kapitel 4.3.1, pages 63 to 65 is yet another powder coating head known, the a tapered, annular powder channel which is so concentric with a central channel for one Laser processing beam is arranged that the laser focus essentially coincides with the powder focus. For an even distribution of the powder-gas mixture in the conical or conical annular gap trained powder channel, the powder-gas mixture the entrance area of the powder channel at three evenly above the Circumferentially distributed places fed tangentially.

Um eine weitere Verwirbelung des Pulvers und eine Geschwindigkeitssteigerung im ringspaltförmigen Pulverkanal zu erreichen, ist das Einblasen von reinem Zusatzgas an drei weiteren separaten Eingängen ebenfalls tangential in den Ringspalt möglich. Der Zusatzgasstrom wird dabei in einer zur Austrittsöffnung des Pulverkanals hin gegen die Einlassebene des Pulvers versetzten Ebene mit gleicher Orientierung zugeführt. Es ist aber auch bereits bekannt, dass Zusatzgas mit entgegengesetzter Orientierung zuzuführen.To further swirl the Powder and an increase in speed in the ring-shaped powder channel To achieve this, pure additional gas is blown into three more separate entrances also possible tangentially in the annular gap. The additional gas flow is thereby in one to the outlet opening of the powder channel towards the inlet level of the powder Placed with the same orientation. But it is already known to supply additional gas with the opposite orientation.

Die DE 100 35 622 A1 zeigt einen anderen Pulverbeschichtungskopf zum Beschichten einer Werkstückoberfläche, mit einem zentralen Kanal und mit einem sich in Pulvertransportrichtung verjüngenden, konischen Pulverkanal mit ringförmigen Querschnitt, der den zentralen Kanal koaxial umgibt. In einen Einlassbereich des Pulverkanals münden Pulverzuführmittel, um Pulver in diesen einzubringen. Gaszuführmittel münden bezüglich der Pulvertransportrichtung stromaufwärts von den Pulverzuführmitteln in den Einlassbereich.The DE 100 35 622 A1 shows another powder coating head for coating a workpiece surface, with a central channel and with a conical powder channel tapering in the powder transport direction with an annular cross-section, which coaxially surrounds the central channel. Powder feed means open into an inlet region of the powder channel in order to introduce powder into the latter. Gas supply means open upstream of the powder supply means into the inlet area with respect to the powder transport direction.

Aus der DE 199 09 390 C1 ist noch ein weiterer Pulverbeschichtungskopf bekannt, der einen zentralen Kanal für den Durchtritt eines Laserstrahls aufweist. Konzentrisch zu diesem Kanal ist eine Verwirbelungskammer vorgesehen, in die ein Pulverstrom eingeleitet werden kann. Im Bereich der Aus lassöffnung des Laserkanals ist koaxial zu diesem ein sich in Pulvertransportrichtung kegelstumpfförmiger Ringspalt als Pulverkanal vorgesehen, durch den hindurch ein Pulverstrom austreten kann. Um das Pulver aus der Verwirbelungskammer in den Ringspalt einzuleiten, sind eine Vielzahl von Pulverkanälen vorgesehen, die um den zentralen Kanal herum in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet angeordnet sind. Eingangsseitig ist den Pulverkanälen ein Einlauftrichter zugeordnet, während sie aus ausgangsseitig in einen weiteren Einlauftrichter des ringspaltförmigen konisch zulaufenden Pulverkanals münden.From the DE 199 09 390 C1 a further powder coating head is known which has a central channel for the passage of a laser beam. A swirl chamber is provided concentrically to this channel, into which a powder stream can be introduced. In the area of the outlet opening of the laser channel, an annular gap, which is frustoconical in the powder transport direction, is provided as a powder channel, through which a powder stream can emerge. In order to introduce the powder from the swirling chamber into the annular gap, a multiplicity of powder channels are provided, which are arranged evenly spaced around the central channel in the circumferential direction. On the input side, an inlet funnel is assigned to the powder channels, while on the output side they open into a further inlet funnel of the annularly tapered powder channel.

Auf diese Weise ist es möglich, dem Einlauftrichter des Ringspalts, eine Vielzahl von einzelnen Teilpulverströmen zuzuführen, die der Verwirbelungskammer entnommen werden.In this way it is possible for the Inlet funnel of the annular gap to feed a large number of individual partial powder streams are taken from the swirl chamber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteren Pulverbeschichtungskopf zum Beschichten einer Werkstückoberfläche bereitzustellen, bei dem die umfangsmäßige Verteilung des in den Pulverkanal eingeleiteten Pulvers verbessert ist, um mit hoher Zuverlässigkeit unabhängig von der Vorschubrichtung eine gleichmäßige Versorgung einer Wechselwirkungszone mit Pulver zu ermöglichen.The invention has for its object to provide a further powder coating head for coating a workpiece surface, in which the circumferential distribution of the powder introduced into the powder channel is improved in order to be highly reliable regardless of the prior direction of thrust to enable an even supply of an interaction zone with powder.

Diese Aufgabe wird durch den Pulverbeschichtungskopf nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This task is accomplished through the powder coating head solved according to claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention are in the subclaims described.

Ein erfindungsgemäßer Pulverbeschichtungskopf weist also einen Pulverkanal auf, bei dem zwischen einer Einlasskammer für Pulver- und Gasströme und einem ringförmigen, sich in Pulvertransportrichtung verjüngenden, konischen Düsenabschnitt ein Verteilerbereich vorgesehen ist, der umfangsmäßig in zumindest zwei sich axial erstreckende Teilabschnitte unterteilt ist. In jedem dieser Teilabschnitte ist zumindest ein Pulverstromteiler vorgesehen, der einen eingeleiteten Pulverstrom in zumindest zwei Teilpulverströme aufteilt.A powder coating head according to the invention thus has a powder channel in which between an inlet chamber for powder and gas flows and an annular, conical nozzle section tapering in the powder transport direction a distribution area is provided, the circumference in at least is divided into two axially extending sections. In each of these sections, at least one powder flow divider is provided, which divides an introduced powder stream into at least two partial powder streams.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die in eine Einlasskammer des Pulverkanals eingeleiteten Pulverströme direkt in Teilpulverströme aufzuteilen, um so in Umfangsrichtung eine gleichmäßige Pulververteilung im Eingangsbereich des Düsenabschnitts des Pulverkanals zu er zielen, ohne dass vorher eine spezielle Pulververwirbelung in einem Verwirbelungsraum erfolgt, der sich über den gesamten Pulverkanalumfang erstreckt.The basic idea of the present The invention thus consists in that in an inlet chamber of the powder channel initiated powder flows directly into partial powder flows to divide, so that a uniform powder distribution in the circumferential direction in the entrance area of the nozzle section of the powder channel without having to swirl a special powder beforehand takes place in a swirling space that extends over the entire circumference of the powder channel extends.

Die Gleichmäßigkeit der Pulververteilung im Eingangsbereich des Düsenabschnitts hängt dabei von der Anzahl der sich axial erstreckenden Teilabschnitte ab. Je mehr Teilabschnitte vorliegen, um so mehr Teilströme können im Eingangsbereich des Düsenabschnitts erhalten werden. Theoretisch ist es denkbar, die Anzahl der in die Einlasskammer des Pulverkanals einzuleitenden Pulverströme beliebig zu erhöhen, um dann im Eingangsbereich des Düsenkanals die doppelte Anzahl von Teilpulverströmen vorzuliegen zu haben.The uniformity of the powder distribution in the entrance area of the nozzle section depends on the number of axially extending sections. The more Sections are present, the more partial flows can be in the entrance area of the nozzle portion be preserved. Theoretically, it is conceivable to limit the number of Powder flows to be introduced into the inlet chamber of the powder channel as desired increase, then in the entrance area of the nozzle channel to have twice the number of partial powder flows.

In der Praxis ist es jedoch insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig, die Anzahl der einzuleitenden Pulverströme auf einige wenige, beispielsweise auf 3, 4 oder 6 zu begrenzen.In practice, however, it is particular for manufacturing reasons expedient, the Number of powder flows to be introduced to a few, for example limit to 3, 4 or 6.

Um auch in diesem Fall eine hohe Anzahl von Teilpulverströmen im Eingangsbereich des Düsenabschnitts des Pulverkanals zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in jedem der sich axial erstreckenden Teilabschnitte mehrere Pulverstromverteiler kaskadenförmig angeordnet sind, sodass die zumindest zwei Teilpulverströme in weitere Teilpulverströme aufgeteilt werden, wobei die sich axial erstreckenden Teilabschnitte in Umfangsrichtung jeweils die gleiche Breite aufweisen.To be high even in this case Number of partial powder flows in the entrance area of the nozzle section To obtain the powder channel, it is provided according to the invention that in each of the axially extending sections a plurality of powder flow distributors cascaded are arranged so that the at least two partial powder flows are divided into further partial powder flows be, the axially extending portions in the circumferential direction each have the same width.

Durch die Verwendung mehrerer kaskadenförmig hintereinander geschalteter Pulverstromteiler wird erreicht, dass sich die Anzahl der Pulverströme im Verteilerbereich an jeder Kaskadenstufe verdoppelt. Mit einer zweistufigen Kaskade lassen sich somit aus einem eingeleiteten Pulverstrom vier Teilpulverströme bilden. Mit einer weiteren Kaskadenstufe würde sich dann die Zahl der Teilpulverströme auf acht erhöhen lassen.By using several cascades in a row switched powder flow divider is achieved that the number of powder flows in the Distribution area doubled at each cascade level. With a two-stage Cascade can thus be four from an introduced powder stream Part powder streams form. With a further cascade level, the number of Part powder streams increase to eight to let.

Zweckmäßigerweise sind die sich axial erstreckenden Teilabschnitte mittels sich axial erstreckender Trennwände voneinander getrennt, die auch die Einlasskammer in Teileinlasskammern unterteilen.Appropriately, they are axial extending sections by means of axially extending partitions from each other separated, which also divide the inlet chamber into partial inlet chambers.

Bei einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in jede einem der sich axial erstreckenden Teilabschnitte zugeordnete Teileinlasskammer ein Pulverstrom so eingeleitet wird, dass er auf einen der zentral im jeweiligen sich axial erstreckenden Teilabschnitt angeordneten Pulverstromteiler auftrifft, wobei die Gaszuführmittel so angeordnet sind, dass in die Einlasskammer eingeleitete Gasströme jeweils von einer Trennwand in Teilgasströme aufgeteilt und in benachbarte der sich axial erstreckenden Teilabschnitte eingeleitet werden.With a practical design the invention provides that in each one of the axially extending partial sections associated partial inlet chamber a powder flow is initiated in such a way that it addresses one of the central axially extending portion arranged powder flow divider strikes, the gas supply means are arranged so that gas flows introduced into the inlet chamber in each case divided by a partition into partial gas flows and into neighboring ones of the axially extending sections are introduced.

Durch diese Art der Einleitung des Pulverstroms in die Teilpulverkammern des Eingangsbereichs des Pulverkanals wird eine weitgehend symmetrische und gleichmäßige Pulververteilung über den entsprechenden Umfangsabschnitt des Pulverkanals erreicht.Through this type of initiation of the Powder flow into the partial powder chambers of the entrance area of the powder channel is a largely symmetrical and even powder distribution over the corresponding peripheral portion of the powder channel is reached.

Die gleichmäßige Aufteilung des Pulvers auf die Teilpulverströme lässt sich weiter dadurch verbessern, dass in jedem der sich axial erstreckenden Teilabschnitte mehrere Pulverstromteiler kaskadenförmig angeordnet sind, so dass die zumindest zwei Teilpulverströme in weitere Teilpulverströme aufgeteilt werden. Um zu erreichen, dass sich die einzelnen mit Hilfe der Pulverstromteiler gebildeten Teilpulverströme beim Eintreten in den Eingangsbereich des Düsenabschnitts miteinander vermischen und so zu einer weiteren Vergleichmäßigung der umfangsmäßigen Pulververteilung beitragen, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Teilpulverströme jeweils durch eine düsenartig verengten Kanalabschnitt geführt werden, der sich trichterförmig zu einem Eingangsbereich des Düsenabschnitts hin erweitert.The even distribution of the powder on the partial powder flows let yourself further improve in that in each of the axially extending portions several powder flow dividers are arranged in cascade, so that the at least two partial powder flows into further partial powder flows be divided. To achieve that the individual with Partial powder flows formed with the aid of the powder flow divider Mix into the entrance area of the nozzle section and thus to further equalize the circumferential powder distribution Contribute is in an advantageous embodiment of the invention provided that the partial powder flows each through a nozzle-like narrowed channel section led become funnel-shaped to an entrance area of the nozzle section expanded.

Durch die düsenartige Verengung des Kanalabschnitts für jeden der Teilpulverströme, der sich dann trichterförmig erweitert, wird eine Art Sprüheffekt erzielt, der eine fächerförmige Aufweitung des Pulverstroms bewirkt, sodass sich einander benachbarte Teilpulverströme überlappen und vermischen, was zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Pulververteilung in Umfangsrichtung führt.Due to the nozzle-like narrowing of the channel section for each the partial powder flows, which then becomes funnel-shaped expanded, a kind of spray effect achieved a fan-shaped expansion of the powder flow so that adjacent partial powder flows overlap and mix, further homogenizing the powder distribution leads in the circumferential direction.

Bei einer konkreten praktischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Pulverstromteiler und Trennwände an einer den Pulverkanal radial innen begrenzenden Umfangswand angebracht sind, und dass zwischen radial außen liegenden Kanten der Pulverstromteiler und Trennwände und einer den Pulverkanal radial außen begrenzenden Umfangswand ein Abstand vorgesehen ist wobei, der Abstand zwischen den radial außen liegenden Kanten der Pulver stromteiler und Trennwände und der den Pulverkanal radial außen begrenzenden Umfangswand einen Bruchteil des Abstandes zwischen innerer und äußerer Umfangswand aber ein Vielfaches des mittleren Pulverteilchendurchmessers beträgt.In a concrete practical embodiment, it is provided that the powder flow dividers and dividing walls are attached to a circumferential wall delimiting the powder channel radially on the inside, and that a distance is provided between radially outer edges of the powder flow dividers and dividing walls and a circumferential wall delimiting the powder duct radially outside Distance between the radially outer edges of the powder flow dividers and partition walls and the peripheral wall delimiting the powder channel radially outside a fraction of the distance between the inner and outer peripheral wall but is a multiple of the average powder particle diameter.

Hierdurch lässt sich ein Verstopfen des Pulverkanals wirksam verhindern, da auf diese Weise Sammelfallen für Pulver im Pulverkanal vermieden werden.This can clog the Effectively prevent the powder channel, as this will result in collection traps for powder be avoided in the powder channel.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine Teil der Pulverstromteiler und Trennwände aus zwei sich axial erstreckenden stegförmigen Elementen gebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine große konstruktive Freiheit bei einer relativ geringen Anzahl von Einzelbauteilen.It is also useful if at least part of the powder flow dividers and partitions of two axially extending web-shaped Elements is formed. This results in a great constructive Freedom with a relatively small number of individual components.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below of an embodiment shown in the drawing. It demonstrate:

1 einen Schnitt durch ein Düsenmodul für einen erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungskopfes, 1 3 shows a section through a nozzle module for a powder coating head according to the invention,

2a eine Seitenansicht des Düsenmoduls, bei dem Trennwände und Pulverstromteiler eines Verteilerbereichs freigelegt sind, 2a 2 shows a side view of the nozzle module, in which partitions and powder flow dividers of a distribution area are exposed,

2b eine Seitenansicht ähnlich wie in 2a, jedoch um 45° gedreht, und 2 B a side view similar to in 2a , but rotated by 45 °, and

3 eine Schnitt ähnlich wie in 1, dessen Lage der Seitenansicht in 2b entspricht. 3 a cut similar to that in 1 , whose position the side view in 2 B equivalent.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the various figures of the Drawing are corresponding components with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt ein Düsenmodul 10 für einen erfindungsgemäßen Pulverbeschichtungskopf, das ein Anschlusselement 11 mit einem Befestigungsflanch 12 und einem hülsenförmigen Anschlussstutzen 13, einen im Wesentlichen zylindrischen Tragkörper 14 mit einer gestuften Durchgangsbohrung 15, eine den Tragkörper 14 unter Bildung einer Einlasskammer 16 und eines Verteilerbereichs 17 umgebenden Außenwand 18 sowie eine konische Düse 19 um fasst, die aus einem inneren Düsenkörper 20 und einer äußeren Düsenhülse 21 aufgebaut ist. 1 shows a nozzle module 10 for a powder coating head according to the invention, which has a connection element 11 with a mounting flange 12 and a sleeve-shaped connecting piece 13 , an essentially cylindrical support body 14 with a stepped through hole 15 , one the support body 14 forming an inlet chamber 16 and a distribution area 17 surrounding outer wall 18 as well as a conical nozzle 19 to summarize that from an inner nozzle body 20 and an outer nozzle sleeve 21 is constructed.

Die Durchgangsbohrung 15 weist einen ersten Abschnitt 22 mit größerem Durchmesser auf, mit dem der Tragkörper 14 auf einen Außengewindeabschnitt 23 des Anschlussstutzens 13 aufschraubbar ist. Eine Durchgangsbohrung 24 des Anschlussstutzens 13 bildet zusammen mit einem zweiten Abschnitt 25 der Durchgangsbohrung 15 des Tragkörpers 14 und einem konisch zulaufenden Durchgang 26 im Düsenkörper 20 einen zentralen Kanal, durch den beispielsweise ein Laserstrahl geführt werden kann, der zur Bearbeitung eines nicht dargestellten Werkstücks dient. Um den Tragkörper 14 auf dem Anschlussstutzen 13 zu fixieren, ist ein als Kontermutter dienender Gewindering 27 auf den Gewindeabschnitt 23 des Anschlussstutzens 13 aufgeschraubt.The through hole 15 has a first section 22 with a larger diameter with which the support body 14 on an external thread section 23 the connecting piece 13 can be screwed on. A through hole 24 the connecting piece 13 forms together with a second section 25 the through hole 15 of the supporting body 14 and a tapered passage 26 in the nozzle body 20 a central channel through which, for example, a laser beam can be guided, which is used to machine a workpiece, not shown. To the supporting body 14 on the connector 13 to be fixed is a threaded ring that serves as a lock nut 27 on the threaded section 23 the connecting piece 13 screwed.

Die Außenwandhülse 18 weist einen in 1 oberen Anschlussabschnitt 28 und einen mit diesem verbundenen unteren konischen Abschnitt 29 auf, an dem die äußere Düsenhülse 21 angebracht ist. Der Anschlussabschnitt 28 weist, wie in 3 zu erkennen ist, Anschlussmittel 30 sowie in die Einlasskammer 16 des Pulverkanals mündende Durchgangsbohrungen 31 auf, die jeweils als Gas- oder Pulverzuführmittel dienen.The outer wall sleeve 18 has one in 1 upper connection section 28 and a lower conical section connected thereto 29 on which the outer nozzle sleeve 21 is appropriate. The connection section 28 points, as in 3 can be seen, connection means 30 as well as in the inlet chamber 16 through holes opening into the powder channel 31 on, each serving as a gas or powder supply.

Die Durchgangsbohrungen 31 sind gleichmäßig über den Umfang des Anschlussabschnitts 28 verteilt. Bevorzugterweise werden die Durchgangsbohrungen 31, deren umfangsmäßige Lage später noch näher erläutert wird, abwechselnd für die Zufuhr von Pulver und Gas zur Einlasskammer 16 genutzt.The through holes 31 are even over the circumference of the connection section 28 distributed. The through holes are preferred 31 , whose circumferential position will be explained in more detail later, alternately for the supply of powder and gas to the inlet chamber 16 used.

Der Verteilerbereich 17 weist benachbart zur Einlasskammer 16 einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich auf, der über einen im Bereich des konischen Abschnitts 29 der Außenwandhülse 18 konischen Pulverkanalabschnitt in einen wiederum zylindrischen Einlass- oder Eingangsbereich 32 des ringförmigen, sich in Pulvertransportrichtung verjüngenden konischen Düsenabschnitts 33 des Pulverkanals übergeht. Der Düsenabschnitt 33 des Pulverkanals mündet in einen ringspaltförmige Öffnung 34, durch die Pulver dem zu bearbeitenden Werkstück zugeführt wird.The distribution area 17 points adjacent to the inlet chamber 16 a substantially cylindrical region, which over a in the region of the conical section 29 the outer wall sleeve 18 conical powder channel section in a cylindrical inlet or entrance area 32 of the annular conical nozzle section tapering in the powder transport direction 33 of the powder channel. The nozzle section 33 of the powder channel opens into an annular gap-shaped opening 34 , through which powder is fed to the workpiece to be machined.

Um eine übermäßige Erwärmung des Düsenmoduls 10 zu vermeiden, kann dieses mit einem ringförmigen Kühlelement 35 versehen werden.To overheat the nozzle module 10 To avoid this, use an annular cooling element 35 be provided.

Wie besonders gut in den 2a und 2b zu erkennen ist, sind am Außenumfang des Tragkörpers 14 stegartige Trennwände 35 angebracht, um den Pulverkanal im Verteilerbereich 17 in sich axial erstreckende Teilabschnitte 36 zu unterteilen. Wie 2a entnommen werden kann, sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 Trennwände vorgesehen, um den Pulverkanal in vier in Axialrichtung verlaufende Teilabschnitte 36 zu unterteilen, die sich umfangsmäßig jeweils über etwa 90° erstrecken.How particularly good in the 2a and 2 B can be seen are on the outer circumference of the support body 14 web-like partitions 35 attached to the powder channel in the distribution area 17 in axially extending sections 36 to divide. How 2a 4 partition walls are provided in the exemplary embodiment described, around the powder channel in four axial sections 36 to subdivide, which extend circumferentially each about 90 °.

Wie in 2b besonders deutlich zu sehen ist, ist in der Mitte der Teilabschnitte 36 jeweils ein erster Pulverstromteiler 37 angebracht, dessen Spitze einer (in 2a oder 2b nicht gezeigten) Durchgangsbohrung 31 gegenüber liegt, an die über ein entsprechendes Anschlussmittel 30 eine Pulverzuführleitung 38 angeschlossen ist, sodass ein dem Verteilerbereich 17 zugeführter Pulverstrom auf den Pulverteiler 37 auftritt und von diesem in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die in die benachbart zum Pulverteiler 37 liegenden Abschnitte 38 eingeleitet werden.As in 2 B can be seen particularly clearly is in the middle of the sections 36 each a first powder flow divider 37 attached, the tip of one (in 2a or 2 B through hole (not shown) 31 opposite, to which via an appropriate connection means 30 a powder feed line 38 is connected, so that the distribution area 17 supplied powder flow to the powder divider 37 occurs and from this is divided into two sub-streams, which are adjacent to the powder divider 37 lying sections 38 be initiated.

In den Teilabschnitten 38, die jeweils von einer Trennwand 35 und einem Pulverstromteiler 37 begrenzt werden, sind zweite Pulverstromteiler 39 vorgesehen, die die beiden Teilpulverströme in weitere Teilpulverströme unterteilen, die in düsenartig verengte Kanalabschnitte 40 eingeleitet werden. Die verengten Kanalabschnitte erweitern sich an ihren dem Eingangsbereich 32 des Düsenabschnitts 33 des Pulverkanals gegenüberliegenden Ende trichterförmig, sodass das aus dem verengten Kanalabschnitten 40 kommende Pulver infolge eines Sprüheffekts fächerförmig aus diesen Bereichen austritt.In the subsections 38 , each by a partition 35 and a powder flow divider 37 are limited, are second powder flow dividers 39 provided that subdivide the two partial powder streams into further partial powder streams, the nozzle-like narrowed channel sections 40 be initiated. The narrowed channel sections widen at the entrance area 32 of the nozzle section 33 opposite end of the powder channel funnel-shaped, so that from the narrowed channel sections 40 coming powder emerges fan-shaped from these areas due to a spray effect.

Um den Pulvertransport von der Einlasskammer 16 durch den Pulverkanal zur ringspaltförmigen Öffnung 34 des Düsenabschnitts 33 zu unterstützen, wird der Einlasskammer 16 des Pulverkanals durch entsprechende Durchgangsbohrungen 31 Hilfsgas zugeführt. Zu diesem Zweck sind die ausgewählten Durchgangsbohrungen 31 über entsprechende Anschlussmittel 30 mit einer Hilfsgasleitung 41 verbunden.To get the powder from the inlet mer 16 through the powder channel to the annular gap-shaped opening 34 of the nozzle section 33 to support the inlet chamber 16 the powder channel through appropriate through holes 31 Auxiliary gas supplied. For this purpose, the selected through holes 31 via appropriate connection means 30 with an auxiliary gas line 41 connected.

Wie in 2a anhand der Anordnung der Anschlussmittel 30 für das Zusatzgas zu erkennen ist, sind die entsprechenden Gaszuführmittel, also die Durchgangsbohrungen 31 (in 2a nicht gezeigt) so bezüglich der Trennwände 35 am Tragkörper 14 angeordnet, dass der in den Einlassbereich 16 eingeleitete Zusatz- oder Hilfsgasstrom von den Trennwänden 35 aufgespalten wird und in zwei benachbarte Teilabschnitte 36 des Verteilerbereichs 17 strömt. Der in einen Teilabschnitt 36 des Verteilerbereichs 17 gelangende Gasstrom trifft unter einem Winkel auf einen der Teilpulverströme und bewirkt dadurch eine gewisse Verwirbelung des Teilpulverstroms im Verteilerbereich 17, die zu einer umfangsmäßigen Vergleichmäßigung der Pulververteilung in Umfangsrichtung im Teilabschnitt 38 beiträgt. Auf diese Weise wird die gleichmäßige Aufteilung des ersten Teilpulverstroms in zweite Teilpulverströme mittels der zweiten Pulverstromteiler 39 unterstützt.As in 2a based on the arrangement of the connection means 30 for the additional gas, the corresponding gas supply means, i.e. the through holes, can be seen 31 (in 2a not shown) so with respect to the partitions 35 on the support body 14 arranged that of the inlet area 16 Introduced additional or auxiliary gas flow from the partitions 35 is split up into two adjacent sections 36 of the distribution area 17 flows. The one in a section 36 of the distribution area 17 arriving gas stream meets one of the partial powder streams at an angle and thereby causes a certain swirling of the partial powder stream in the distributor area 17 , which leads to a circumferential equalization of the powder distribution in the circumferential direction in the subsection 38 contributes. In this way, the uniform division of the first partial powder stream into second partial powder streams by means of the second powder flow divider 39 supported.

Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur vier Pulverströme in die Einlasskammer 16 des Pulverkanals eingeleitet werden, wird durch zweimalige kaskadenförmige Pulverstromteilung erreicht, dass insgesamt 16 Teilpulverströme in den Eingangsbereich 32 des Düsenabschnitts 33 des Pulverkanals gelangen. Die trichterförmige Erweiterung 40' der düsenartig verengten Kanalabschnitte 40 führt dabei dazu, dass sich die Teilpulverströme im Eingangsbereich 32 überlappen, was zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Pulververteilung in Umfangsrichtung führt.Although only four powder flows into the inlet chamber in the illustrated embodiment 16 of the powder channel are introduced, by means of two cascade-shaped powder flow division, a total of 16 partial powder flows into the entrance area 32 of the nozzle section 33 of the powder channel. The funnel-shaped extension 40 ' of the nozzle-like narrowed channel sections 40 leads to the partial powder flows in the entrance area 32 overlap, which leads to a further equalization of the powder distribution in the circumferential direction.

Wie besonders gut in 3 zu erkennen ist, sind die ersten Pulverstromteiler 37 aus in 3 oberen und unteren stegartigen Teilerelementen 37' bzw. 37'' aufgebaut, die in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Schrauben angebracht sind. In entsprechender Weise sind auch die Trennwände aus zwei Elementen aufgebaut, wobei die in 2a, 2b und 3 unteren Trennwandelemente den Teilerelementen 37'' entsprechen. Die zweiten Pulverstromteiler 39, die im Wesentlichen nur im konischen Bereich des Verteilerbereichs 17 angeordnet sind, sind hingegen einstückig ausgebildet, weisen aber auch an ihrem dem Eingangsbereich 32 des Düsenabschnitts 33 des Pulverkanals zugewandten Ende die gleiche Form auf, wie die unteren Stromteilerelemente 37'' der ersten Pulverstromteiler 35.How particularly good in 3 can be seen, the first powder flow dividers 37 from in 3 upper and lower web-like divider elements 37 ' respectively. 37 '' built up, which are attached in a suitable manner, for example by means of screws. In a corresponding manner, the partitions are constructed from two elements, the in 2a . 2 B and 3 lower partition elements the divider elements 37 '' correspond. The second powder flow divider 39 which are essentially only in the conical area of the distribution area 17 are arranged, on the other hand, are formed in one piece, but also point at their entrance area 32 of the nozzle section 33 of the powder channel end facing the same shape as the lower flow divider elements 37 '' the first powder flow divider 35 ,

Wie in 3 zu erkennen ist, ist zwischen der Innenumfangsfläche der Außenwandhülse 18, die den Pulverkanal begrenzt, und den äußeren Kanten der Trennwände 35, sowie der ersten und zweiten Pulverstromteiler 37, 39 ein Abstand vorgesehen, der so gewählt ist, dass er deutlich größer als der mittlere Durchmesser der Pulverteilchen ist, während er wesentlich kleiner als die radiale Weite des Pulverkanals im Verteilerbereich ist. Hierdurch wird erreicht, dass einerseits eine wirksame Trennung der einzelnen sich axial erstreckenden Teilabschnitte 36 und damit eine wirksame Pulverstromteilung erzielt werden kann, während andererseits die Anlagerung von Pulver an Oberflächen im Pulverkanal verhindert wird, da das Pulver durch das Transport- und das Hilfs- oder Zusatzgas von allen Wandbereichen im Pulverkanal weggerissen und mitgenommen wird.As in 3 can be seen is between the inner peripheral surface of the outer wall sleeve 18 that bounds the powder channel, and the outer edges of the partitions 35 , as well as the first and second powder flow dividers 37 . 39 a distance is provided which is selected such that it is significantly larger than the average diameter of the powder particles, while it is significantly smaller than the radial width of the powder channel in the distributor area. This ensures that on the one hand an effective separation of the individual axially extending sections 36 and thus an effective powder flow division can be achieved, while on the other hand the accumulation of powder on surfaces in the powder channel is prevented, since the powder is torn away and taken away from all wall areas in the powder channel by the transport gas and the auxiliary or additional gas.

Obwohl im dargestellten Ausführungsbeispiel von vier Pulverströmen ausgegangen wurde, die durch einen zweistufige kaskadenförmige Pulverstromteilung in 16 Teilpulverströme aufgeteilt wurden, ist es denkbar, eine größere oder eine geringere Anzahl von zugeführten Pulverströmen vorzusehen. Ebenso kann anstelle einer zweistufigen kaskadenförmigen Pulverstromteilung auch eine 3- oder 4-stufige Teilung vorgesehen werden, oder auch nur eine einstufige Teilung der zugeführten Pulverströme. Die Anzahl der zugeführten Pulverströme sowie der kaskadenförmig aufeinanderfolgenden Pulverstromteilungen ist insbesondere auf die umfangsmäßige Länge der Einlasskammer 16 sowie des Eingangsbereichs 32 des Düsenabschnitts 33 des Pulverkanals abzustimmen.Although four powder streams were assumed in the exemplary embodiment shown, which were divided into 16 partial powder streams by a two-stage cascade-shaped powder stream division, it is conceivable to provide a greater or lesser number of powder streams supplied. Likewise, instead of a two-stage cascade-shaped powder flow division, a 3- or 4-stage division can also be provided, or just a one-stage division of the supplied powder flows. The number of powder flows supplied and the powder flow divisions which follow one another in cascade is in particular based on the circumferential length of the inlet chamber 16 and the entrance area 32 of the nozzle section 33 of the powder channel.

Claims

Powder coating head for coating a workpiece surface, with - a central channel ( 24 . 25 . 26 ); - the central channel ( 24 . 25 . 26 ) coaxially surrounding powder channel ( 16 . 17 . 32 . 33 ) with a substantially ring-shaped cross section, which - an inlet chamber ( 16 ) for powder and gas flows, - a distribution area ( 17 ) and– an annular, conical nozzle section that tapers in the powder transport direction ( 33 ) includes, - powder supply means ( 30 . 31 ) for introducing powder into the inlet chamber ( 16 ), and - gas supply means ( 30 . 31 ) for introducing gas into the inlet chamber ( 16 ), whereby - the powder channel ( 16 . 17 . 32 . 33 ) at least in the distribution area ( 17 ) circumferentially in at least two axially extending sections ( 36 ) is divided and - in each of the axially extending sections ( 36 ) at least one powder flow divider ( 37 ) is provided in order to divide an introduced powder stream into at least two partial powder streams.

Powder coating head according to claim 1, characterized in that in each of the axially extending sections ( 36 ) several powder flow distributors ( 37 ) are arranged in cascade, so that the at least two partial powder flows in wide re partial powder flows can be divided.

Powder coating head according to claim 1, characterized in that the axially extending sections ( 36 ) have the same width in the circumferential direction.

Powder coating head according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the axially extending sections ( 36 ) by means of axially extending partitions ( 35 ) which are also the inlet chamber ( 16 ) divide into partial inlet chambers.

Powder coating head according to claim 4, characterized in that in each one of the axially extending sections ( 36 ) assigned partial inlet chamber, a powder stream is introduced in such a way that it is directed to one of the powder flow dividers arranged centrally in the respective axially extending partial section ( 37 ) hits.

Powder coating head according to claim 4 or 5, characterized in that the gas supply means ( 30 . 31 ) are arranged so that in the inlet chamber ( 16 ) gas flows introduced from a partition ( 35 ) divided into partial gas flows and into neighboring ones of the axially extending partial sections ( 36 ) be initiated.

Powder coating head according to one of the preceding claims, characterized in that the partial powder streams each through a nozzle-like narrowed channel section ( 40 ) which are funnel-shaped to an entrance area ( 32 ) of the nozzle section ( 33 ) expanded.

Powder coating head according to one of the preceding claims, characterized in that the powder flow divider ( 37 ) and partitions ( 35 ) are attached to a peripheral wall delimiting the powder channel radially on the inside, and that the powder flow divider (radially outside) 37 ) and partitions ( 32 ) and a circumferential wall delimiting the powder channel radially on the outside is provided a distance.

Powder coating head according to claim 8, characterized in that the distance between the radially outer edges of the powder flow divider ( 37 ) and partitions ( 35 ) and the peripheral wall delimiting the powder channel radially on the outside is a fraction of the distance between the inner and outer peripheral wall but a multiple of the average powder particle diameter.

Powder coating head according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the powder flow dividers ( 37 ) and partitions ( 32 ) from two axially extending web-shaped elements ( 37 ' . 37 '' ) is formed.