DE10357440B4

DE10357440B4 - Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten von Oberflächen und/oder zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen

Info

Publication number: DE10357440B4
Application number: DE10357440A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dieter Huehne
Original assignee: Individual
Current assignee: Ibeda Sicherheitsgeraete und Gastechnik & Co GmbH
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: DE10357440A1

Abstract

Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, mit
a) mindestens einem Anschluss zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen in eine Brennkammer, wobei dieser mindestens eine Anschluss so ausgebildet ist, dass flüssiger und gasförmiger Brennstoff und Oxidationsgas jeweils separat in die Brennkammer geführt werden können, und
b) einer Expansionsdüse,
dadurch gekennzeichnet, daß
c) stromabwärts der Brennkammer (30) eine zusätzliche Kammer als Mischkammer (28; X) mit einem Injektionssystem (43, A1) für Wasser vorgesehen ist,
d) die Temperatur des aus der Brennkammer (30) ausströmenden und in die Mischkammer (28; X) mit einer Gastemperatur von 1,600° C bis 3,165° C einströmenden Hypersonic-Flammstrahls durch Zumischen des Wassers mit einer Temperatur, die der Entnahmetemperatur aus Stahlflaschen, Flaschenbündeln oder Tankanlagen entspricht, einstellbar absenkbar ist,
e) ein Massenflussmessgerät vorgesehen ist, das bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer (30) durch expandierende Wasserzugabe...

Description

Die Erfindung betrifft ein Niedertemperatur Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten von Oberflächen und/oder zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen und eine Zusatzeinrichtung für Plasmabrenner zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Spritzen mit den Merkmalen der Oberbegriffe von Ansprüchen 1, 3 und 18.

Die DE 199 05 811 A1 offenbart eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzkanone zum thermischen Spritzen von stab-, draht-, und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen mit einem Anschluss zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen und einer Brennkammer mit Expansionsdüse. Edelgase, wie Argon, Helium u. a., als nicht brennbare Gase können der Brennkammer zugemischt werden und schaffen die Möglichkeit, die physikalischen und chemischen Eigenschaften des hochenergetischen Hypersonicgasstrahls exakt auf den jeweiligen Spritzzusatzwerkstoff optimal abzustimmen. Durch das Zumischen von Edelgasen werden gemäß diesem Stand der Technik beim Verarbeiten hochreaktiver Spritzzusatzwerkstoffe, wie z. B. Reinnickel oder Superlegierungen, wie sie z. B. beim Beschichten von Flugzeugtriebwerksteilen vorteilhaft zum Einsatz gebracht werden, in den Spritzschichten wesentlich geringere Sauerstoffanteile gefunden. Durch das Zumischen von Edelgasen in die Brennkammer gemäß diesem Stand der Technik darf die Temperatur der Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen allerdings nicht zu weit abgesenkt werden, da sonst die Flamme ausgeht und die Verbrennung in der Brennkammer zum Erliegen kommt, was einem Totalausfall der Hochgeschwindigkeits-Flammspritzkanone entsprechen würde.

Beim Plasmaspritzen wird ein elektrischer Hochenergie-Lichtbogen zwischen einer thorierten Wolframelektrode (Wolframkathode) und einer sich einengenden Kupferdüse als Anode gezündet. Die in einem Zwischenraum zwischen Kathode und Anode strömenden Gase, Stickstoff, Wasserstoff, Argon, Helium und deren Gemische, werden sehr hoch erhitzt, so dass einatomige Gase teilweise ionisieren, zweiatomige Gase dissozieren und teilweise ionisieren und einen Plasmastrahl bilden. Spritzzusatzwerkstoffe, die mittels eines Trägergases, wie Z. B. Ar, N₂ o. a. in das hoch erhitzte Gasgemisch des Plasmastrahls radial aus einem oder mehreren der Anode nachgeschalteten Pulverinjektoren eingeblasen werden, haften im wesentlichen durch mechanische Verankerung auf dem durch Aufrauhen, z. B. Sandstrahlen, vorbereiteten Grundwerkstoff. Als Spritzeinrichtungen dienen vorzugsweise mit Stickstoff-Wasserstoff-Gemischen betriebene Gleichstrom-Plasmaspritzbrenner mit „nicht übertragenem Lichtbogen" bei einer Leistung von etwa 30 bis 100 kW. Verspritzt werden vorzugsweise metallische, keramische und metallkeramische Pulversorten, die mit dem bisher üblichen Flamm- oder Lichtbogenspritzen nicht oder nur bedingt verarbeitet werden konnten.

Plasmagespritzte Schichten erweitern den wirtschaftlichen Einsatz des Metallspritzens und übertreffen in Bezug auf ihre Homogenität die technischen und physikalischen Eigenschaften herkömmlicher Spritzschichten. Auf Grund der hohen Gasstrahltemperatur des aus der Stirnseite des Plasmabrenners austretenden Plasmastrahls, in die Spritzzusatzwerkstoffe eingebracht werden, tritt in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der Kornform, der Partikelstruktur und -größe, eine mehr oder weniger starke Oberflächenoxidation der einzelnen schmelzplastischen- und oder schmelzflüssigen Spritzpartikel ein. Diese Oxide verursachen nach dem Auftreffen der Spritzpartikel auf die Substratoberfläche eine abgeminderte Interpartikelhaftung. Die chemischen- und physikalischen Eigenschaften einer Spritzschicht mit hohen Oxidgehalten sind für spezielle Anwendungen in der Beschichtungstechnik nicht geeignet.

Der Oberflächenvorbereitung kommt beim thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen eine erhöhte Bedeutung zu. Nur optimal vorbereitete Werkstoffoberflächen ergeben eine zufriedenstellende Haftung zwischen Werkstoff und Spritzschicht. Stand der Technik zur Oberflächenvorbereitung beim thermischen Spritzen ist:

1. Merkblatt DVS 2311, Mai 1989, „Haftgrundvorbereitung von nichtmetallischen Werkstoffen für thermisch gespritzte Schichten".
2. DIN 8567, April 1976, „Vorbereitung metallischer Oberflächen für das thermische Spritzen".
3. DIN 8567, September 1994 „Vorbereitung metallischer Oberflächen für das thermische Spritzen.

In der Medizintechnik, z. B. beim Beschichten von Implantaten aus Titan, Chromnickelstahl u. a. oder Anwendungen in der Automobilindustrie, Turbinenbau sowie Luft- und Raumfahrt sind bekannte Oberflächenreinigungs- und -strahltechniken nur bedingt oder überhaupt nicht geeignet. Strahlmittelrückstände, wie z. B. Elektrokorund oder Aluminiumoxid, führen bei mit konventioneller Strahltechnik vorbereiteten Bauteiloberflächen zu Fehlstellen beim thermischen Spritzen in der Beschichtung und somit zu Ausschuss.

Aus der DE 44 29 142 A1 ist ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystem zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen mit mindestens einem Anschluß zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen in eine Brennkammer bekannt. Dieser mindestens eine Anschluß ist so ausgebildet, daß flüssiger und gasförmiger Brennstoff und Oxidationsgas jeweils separat in die Brennkammer geführt werden können. Der Brennkammer ist eine Expansionsdüse nachgeschaltet. Stromabwärts der Brennkammer ist eine zusätzliche Kammer als weitere Brennkammer vorgesehen mit einer Zufuhr für Kühlgas, das zur Kühlung der Kammerwand aber nicht zur einstellbaren Absenkung der Temperatur des Flammstrahls in der zusätzlichen Kammer dient. Der zusätzlichen Kammer nachgeschaltet sind zwei Injektoren zum Einleiten von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen.

Die US 5330798 offenbart ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystem zum Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen stromabwärts der Brennkammer, welcher eine Expansionsdüse nachgeschaltet ist und ein Injektionssystem für Kühlwasser oder Kühlgas.

Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte und kostengünstige Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsysteme zu schaffen, welche die Verarbeitung oxidationsempfindlicher, nicht duktiler Spritzzusatzwerkstoffe mit Schmelztemperaturen > 800° C aber auch mit niedrigen Schmelztemperaturen ermöglicht und gleichzeitig die Oxidation der Wirkstoffe während ihrer Flugphase praktisch verhindert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsysteme zu schaffen, die den bisherigen Verwendern der HVOF-Technologie Nachrüstperspektiven bieten, um vorhandene, dem Stand der Technik entsprechende HVOF-Brennersysteme oder Plasmapulverspritzbrenner aufzuwerten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes und kostengünstiges System und Verfahren zur Oberflächenvorbereitung von Werkstoffen für das thermische Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen zu schaffen.

Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß mit Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystemen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 3 oder einer Zusatzeinrichtung für Plasmabrenner zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Spritzen mit den Merkmalen von Anspruch 18 und mit Verfahren gemäß Ansprüchen 26 oder 28. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind mit der Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung wird der Brennkammer von bekannten HVOF Brennsystemen zum Betrieb mit gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen in Verbindung mit Oxidationsgasen, eine Mischkammer mit einem Injektionssystem mit nachgeschalteter Expansionsdüse hinzu gefügt, in die Wasser in steuerbaren Mengen und mit wählbarem Zuströmdruck durch eine Vielzahl von radial und/oder axial in Strömungsrichtung angeordnete Zuführungskanäle des Injektionssystems mengen- und druckmäßig steuerbar so zuführbar ist, dass nach der Austrittsmündung der Brennkammer der mit einer Gastemperatur von 1600 – 3,165° C in die Mischkammer einströmende Hypersonic Flammstrahl durch Zumischen von Wasser mit einer Temperatur, die der Entnahmetemperatur aus Stahlflaschen, Flaschenbündel oder Tankanlagen entspricht, auf gewünschte Gasstrahltemperaturen bis zum vollständiger. Erlöschen der Flamme absenkbar ist. Ein Massenflussmessgerät regelt bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer (30) durch expandierende Wasserzugabe nach der Austrittsöffnung der Brennkammer (30) die Strömungsmenge der gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen und Oxidationsgase auf einen vorher eingestellten Wert. Erfindungsgemäß ist gleichzeitig eine beliebig einstellbare Erhöhung der Geschwindigkeit bis > 1000 m/sec des Flammstrahls möglich, mit dem Oberflächen direkt vor einem Beschichtungsprozess zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen vorbereitbar sind mit dem selben Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem, das zum Beschichten mit Spritzzusatzwerkstoffen einsetzbar ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden dem HVOF-Brennsystem, vorzugsweise nach dem Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche mit dem selben HVOF-Brennsystem, Spritzzusatzwerkstoffe mit einem Schmelzpunkt > 1200° C wie z.B. Cr-Stahl, CrNI-Stahl, sowie die Superlegierungen "M-CrAIY" u.a. zum Beschichten zugegeben. Fluorhaltige Kunststoffe, wie z. B. Teflon, Halar, sowie neuartige Spritzzusatzwerkstoffe, wie metallische, karbidische und/oder oxidkeramische, pulverförmige Werkstoffe mit Anteilen von fluorhaltigen Kunststoffen von 5% bis 30% Gewichtsanteilen, deren Verarbeitung eine genau einstellbare Temperatur von z. B. ca. 430° C voraussetzt, können gemäß der Erfindung auch verarbeitet werden, weil die Gasstrahltemperatur exakt auf die erforderliche Prozesstemperatur eingestellt werden kann, so dass es zu keinem Zersetzungsprozess durch Überhitzen der fluorhaltigen Kunststoff und dadurch zur Bildung von giftigen, neurosen Gasen kommen und die spezifischen, technisch physikalischen Eigenschaften der fluorhaltigen Kunststoffe dabei verloren gehen würden. Die Zugabe des Wassers in die Mischkammer beeinträchtigt die Verbrennung in der stromaufwärts gelegenen Brennkammer in keiner Weise, so dass die Verbrennung in der Brennkammer durch die Zumischung des Wassers in die Mischkammer nicht eingeschränkt ist. Der aus der Mischkammer in die nachgeschaltete, wahlweise zylindrisch, konisch und/oder lavaldüsenförmig ausgebildete Expansionsdüse einströmende, auf seine Solltemperatur abgesenkte Gasstrahl wird aus mindestens zwei, radialen oder mit eingestelltem Winkel zwischen 45° bis 90° der Mischkammeraustrittsmündung nachgeordneten Injektoren mit dem entsprechenden pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoff beschickt, der im Gasstrahl auf dessen Temperatur aufgeheizt, beschleunigt und mit der kinetischen Energie des Gasstrahles auf die Substratoberfläche aufgeschossen wird. Der erfindungsgemäße "Low Temperature Hyperkinetik" HVOF-Brenner ist bezüglich Werkstoff, Funktionsbauteilen und in seiner Dimensionierung so ausgelegt, dass ausreichende Betriebssicherheit des Brennersystems bei ausreichend hohen Zuströmdrücken der gasförmigen- und/oder flüssigen Brennstoffe zur Absicherung gegen Rückströmung zwischen 5 und 20 bar sowie Primär- und Mischkammerdrücken in der gleichen Größenordnung gewährleistet ist.

Mit der Erfindung wurde eine neue Technologie entwickelt, die es mit geringem Kostenaufwand ermöglicht, Spezialwerkstoffe, wie z. B. Tantal, Niob, Titan, Titanhydrid, Silber und Silberlegierungen, sowie die große Palette an Superlegierungen (M-CrAlY,s), Zinn, Lote auf Kupfer- und / oder Silberbasis, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Zink und Zinklegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Molybdän, oxidfrei zu verspritzen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem sauerstofffreie Schichten erzeugt werden können und ein neues HVOF-Beschichtungsverfahren damit den Anwendern die Möglichkeit eröffnet, die vorgenannten Spritzzusatzwerkstoffe auf nichtmetallische Substratoberflächen, wie z. B. Keramik oder Kunststoffe aufzuspritzen, was mit den dem Stand der Technik entsprechenden HVOF-Verfahren, auf Grund ihrer hohen auf die Substratoberflächen einwirkenden Gasstrahltemperatur > 2000° C nicht möglich ist.

Das erfindungsgemäße Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem ermöglicht die Nachrüstung, bzw. Modifikation von dem Stand der Technik entsprechenden HVOF-Brennersystemen durch die Nachrüstung einer Mischkammer mit z.B. radialer Injektion und Zumischung von Wasser zur beliebigen Absenkung der hohen Temperatur des Hypersonic-Gasstrahls, der aus der Brennkammer (Primärkammer) die nachgerüstete Mischkammer durchströmt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtungstechnologie liegt u.a. darin begründet, dass praktisch alle pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffe im Schmelzpunktbereich 100 – 2000° C verarbeitet werden können. In dem in seiner Temperatur auf die gewünschte Solltemperatur abgesenkten und beschleunigten Gasstrahl erwärmen sich die Spritzpartikel beim Eintreten in den Gasstrahl nur sehr geringfügig, so dass sie auf der Flugstrecke bis zum Auftreffen auf die Substratoberfläche nicht oxidieren und auf Grund der extremen kinetischen Energie des bescheunigten Gasstrahles beim Auftreffen auf die Substratoberfläche sich plastisch verformen, wobei durch die Umformung der Spritzpartikel thermische Energie entsteht, so dass letztendlich eine sehr dichte, optimal haftende, oxidfreie Spritzschicht entsteht.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtungstechnologie liegt darin begründet, dass beim Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem die Gasstrahltemperatur von zwischen 1600 und 3.165 Grad Celsius durch Zumischen von Wasser geregelt auf wahlweise bis zu 60° Celsius angesenkt werden kann, wobei gleichzeitig durch den Einspeisdruck, die Mengen pro Zeiteinheit, sowie die chemisch physikalischen Eigenschaften des Wassers, der Massestrom erhöht und der in seiner Temperatur abgesenkte Gasstrahl extrem beschleunigt wird. Dieser Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl kann zum Reinigen und / oder Strahlen der mit Substrat zu beschichtenden Oberflächen beliebig den erforderlichen Bedingungen und Erfordernissen angepasst eingestellt werden, indem z. B. auch Strahlmittel durch die Injektoren für die pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoff in den Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl einleitbar ist zum Reinigen und/oder Strahlen der mit Substrat zu beschichtenden Oberflächen.

Durch die steuerbare Wahl der Mischungsverhältnisse zwischen gasförmigen- bzw. flüssigen Brennstoffen mit Oxidationsgasen kann je nach Bedarf eine unter-, über- oder stöchiometrische Hypersonic-HVOF Flamme eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem ist mit einem sogenannten "Mass Flow Meter" geregelt, so dass bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer durch expandierende Wasserzugaben nach der Austrittsöffnung der Brennkammer die Strömungsmenge der gasförmigen- bzw. flüssigen Brennstoffen mit Oxidationsgasen auf einem vorher eingestellten Wert gehalten werden kann. Störungen der Regelung werden vom Mass Flow Meter akustisch und/oder optisch angezeigt.

Durch die Möglichkeit der Zumischung steuerbarer Mengen und bei steuerbar einstellbaren Zuströmdrücken und/oder -temperaturen von Wasser in den "HyperKinetic-Gasstrahl" kann dessen Strahltemperatur und dessen kinetische Energie den jeweiligen Erfordernissen flexibel angepasst werden. Durch die spezifische Ausbildung im Bereich der Pulverzuführung in das Gerätesystem kann mit kostengünstigen, extremen Niederdruck-Pulverfördersystemen gearbeitet werden.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das HVOF-Brennsystem mit mindestens einem Injektor versehen, durch den fein zerstäubtes entmineralisiertes Wasser separat in die Brenn- oder Mischkammer geführt werden kann. In Abhängigkeit vom jeweiligen Wasserzuströmdruck und der davon abhängigen Einspritzmenge des fein zerstäubten entmineralisierten Wassers in die Brennkammer ist die Verbrennungstemperatur bei getesteten Brennstoff-Sauerstoffkombinationen beliebig abgesenkbar, ohne dass die Flamme in der Brennkammer erlischt. Bei einem Brennversuch mit einer Wasserstoff-Sauerstoff Mischung bei einem Mischverhältnis 1:2, z. B. stöchiometrische Verbrennung von 40 m³/h Wasserstoff + 20 m³/h Sauerstoff, in der Brennkammer des HVOF-Brennsystems der alternativen Ausgestaltung der Erfindung wurde eine Flammtemperatur von ca. 2950° C erzielt und durch die Injektion von 50 dm³/h entmineralisierten, fein zerstäubten Wassers direkt in die Brennkammer während der Verbrennung konnte die Gasstrahltemperatur bis auf 300° C abgesenkt werden. Der aus der Brennkammer austretende, abgekühlte, geregelte Gasstrahl wird aus einem oder mehreren der Brennkammer nachgeschalteten Radial-Pulverinjektoren mit Spritzpulver beschickt und mit sehr hoher kinetischer Energie bei niedriger Spritzpartikeltemperatur auf die zu beschichtende Oberfläche aufgeschossen, auf der sich eine optimal haftende, dichte, oxidfreie Spritzschicht ablagert aus Spezialpulver mit sehr hohem Reinheitsgrad aus Kupfer, Aluminium, Zink und CrNi-Stahl(316L) im Korngrößenbereich kleiner 25 μm und größer 5 μm. Vorzugsweise sind die Zuströmdrücke des fein zerstäubten Wassers zwischen 3 und 15 bar. HVOF Standard TopGun Brenner mit zentrischer Pulverzuführung vom Heckanschlussflansch durch das Zentrum des Gasmischblockträgers, den Gasmischblock und die Brennkammer in die wassergekühlte Expansionsdüse und stirnseitig austretend wie beim Stand der Technik sind erfindungsgemäß durch einfache Umrüstung, nämlich durch den Austausch des zentralen Verschleissschutzinserts im Gasmischblock gegen einen Wasserinjektor mit mindestens einer oder mehreren divergierend angeordneten Einspritzdüsenbohrungen und Austausch der Brennkammer mit nach geschalteter Expansionsdüse, Zwischen- und Außenschraubhülse des Standes der Technik gegen die erfindungsgemäß entsprechenden Bauteile für Radialpulverinjektion mit einem oder mehreren Pulverinjektoren zum Niedertemperatur-HVOF-Beschichtungssystem umrüstbar. Der Injektor des fein zerstäubten Wassers ist mit mindestens einer axial oder fokussierend im Mündungsbereich zur Brennkammer angeordneten, feinen Zerstäuberdüsenbohrung versehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Gehäuse der Brennkammer und vorzugsweise einer stirnseitigen Planfläche eines Mischblocks des HVOF-Brennsystems mindestens eine Metalldichtung vorgesehen. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zusatzeinrichtung stromabwärts, zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen an einen dem Stand der Technik entsprechenden Plasmabrenner montierbar angeordnet, der eine als Misch- oder Kühlkammer ausgebildete Kammer, ein Injektionssystem für Wasser in diese Kammer, Injektoren für pulverförmige Spritzzusatzwerk-stoffe und eine der Kammer nachgeschaltete Expansionsdüse aufweist. Die erfindungsgemäße Zusatzeinrichturg eignet sich flexibel und kostengünstig zum Adaptieren an praktisch alle bekannten Plasmabrenner, mit radialer oder zentrischer Zufuhreinrichtung, zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Werkstoffen. Der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung mit bekannten Plasmabrennern ermöglicht das Vorbereiten von zu beschichtenden Oberflächen durch Reinigen und Strahlen und Verspritzen von hochreaktiven pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen in einem „Hyperkinetik"-Niedertemparatur-Hochgeschwindigkeits-Plasmagasstrahl, und erzeugt dadurch Spritzschichtqualitäten mit extrem niedrigen Sauerstoffgehalten und exzellenter Anbindung (Haftung) an der Substratoberfläche, bei hervoragender Dichte der Spritzschicht und optimaler Interpartikelhaftung, wie dies bisher nur durch Vakuumplasmaspritzen möglich ist. Erfindungsgemäß ist die Plasmastrahltemperatur beliebig, regelbar absenkbar außerhalb des Plasmabrenners ohne Absenkung der voreinge stellten Leistungsdaten und -werte, wie z. B. Zündspannung, Stromstärke und Plasmagasmengen bei gleichzeitiger beliebiger Erhöhung der Plasmagasstrahlgeschwindigkeit bis > 1000 m/sec. Die erfindungsgemäße Flasmabeschichtungstechnik ist anwendbar in der Luft- und Raumfahrtindustrie, zum Vorbereiten und Beschichten von Turbienenschaufeln von Gasturbinen, der Chemischen Industrie, Papierfabriken, in der Druckmaschinenindustrie u. a.. Die erfindungsgemäße Flasmabeschichtungstechnik ist anwendbar im Bereich der modernen Medizintechnik, z. B. für Beschichtungsapplikationen wie Implantaten aus Titan u. oder CrNi-Stahl u. a. Trägerwerkstoffe.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist an einen Plasmabrenner, der mit einer Kathode und einer Anode ausgestattet ist, eine Frontplatte mit zentraler Auslassbohrung vorgesehen, aus der der Hochenergie – Plasmastrahl austritt und in den zylindrischen Ringraum (Kühlraum) der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung einmündet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein auswechselbarer Injektor des Injektionssystem vorgesehen, durch den fein zerstäubtes, entmineralisiertes Wasser in die Kammer zuführbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Injektoren für pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe dem mindestens einen Injektor des Injektionssystem für Kühlmedien nach geschaltet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind für den mindestens einen Injektor des Injektionssystem auswechselbare Einspritzdüsen verschiedener Düsenbohrungsdurchmesser vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Einmündungsbereich des Plasmastrahles, bei sehr hoch eingestellter Leistung, in die zylindrische Kammer (Mischkammer) mit einer Innenwandung versehen aus einem mit Kupfer umgossenen, maßgenau bearbeiteten Wolframprofilteil.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind an der Zusatzeinrichtung Zugangs- und Abgangsanschlüsse für Kühlwasser eines zusätzlichen, unabhängig vom Kühlkreislauf des Plasmabrenners, eigenen Kühlsystem vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Zugabe von fein zerstäubtem Wasser in die zylindrische Kammer oder Mischkammer der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung, die an die Frontplatte des Plasmabrenner adaptiert ist, beeinträchtigt den Lichtbogen – Übergang von der negativ gepolten Kathode zur positiv gepolten Anode und die durch den Zwischenraum strömenden, ionisierten und expandierenden Plasmagase und den daraus entstehenden Plasmastrahl in keiner Weise.

Der aus der zylindrischen Kammer oder Mischkammer in die nachgeschaltete, wahlweise zylindrisch, konisch und/oder lavaldüsenförmig ausgebildete Expansionsdüse einströmende, auf seine Solltemperatur abgesenkte Gasstrahl wird aus mindestens zwei, radialen oder mit eingestelltem Winkel zwischen 45° bis 90° der Mischkammeraustittsmündung nachgeordneten Injektoren mit dem entsprechenden pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoff beschickt, der im Gasstrahl auf dessen Temperatur aufgeheizt, beschleunigt und mit der kinetischen Energie des Gasstrahles auf die Substratoberfläche aufgeschossen wird. Die erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung zum Adaptieren an Plasmabrenner ist bezüglich Werkstoff, Funktionsbauteilen und in ihrer Dimensionierung so ausgelegt, dass ausreichende Betriebssicherheit des Brennersystems, bei ausreichend hohen Zuströmdrücken des fein zerstäubten, entmineralisierten Wasser zwischen 5 und 20 bar gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung für Plasmabrenner für Niedertemperatur Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ermöglicht die Nachrüstung, bzw. Modifikation von dem Stand der Technik entsprechenden Plasmabrennersystemen durch die Nachrüstung einer Zusatzeinrichtung mit einer Mischkammer mit z. B. radialer Injektion und Zumischung von Wasser zur beliebigen Absenkung der hohen Temperatur des Plasma-Gasstrahls, der aus der Zentralbohrung der Frontplatte des Plasmabrenners die nachgeschaltete, zylindrische Kammer (Mischkammer) der erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtung durchströmt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtungstechnologie liegt u.a. darin begründet, dass praktisch alle pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffe im Schmelzpunktbereich 200 bis 2000° C kostengünstig und flexibel verarbeitet werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren nun näher beschrieben. Es zeigen:

1: ein Hypersonic HVOF Brennersystem Typ: TopGun K" (Kerosin) des Standes der Technik und

2: einen Querschnitt durch das Brennersystem von 1,

3: ein Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß der Erfindung,

4: ein weitere Ausgestaltung des Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems gemäß der Erfindung,

5: eine Ansicht des Heckflanschs des Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems von 4,

6: einen Querschnitt durch ein alternatives Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß der Erfindung,

7: einen Querschnitt durch einen Gasmischblock des Injektors gemäß 6,

8: eine Zusatzeinrichtung für einen Plasmabrenner zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen gemäß der Erfindung, und

9: einen Ausschnitt eines alternativen Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems gemäß 6 der Erfindung.

1: Eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzkanone 10 enthält einen Anschluss 9 zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen, die dem Anschluss 9 unter Hochdruck zugeführt werden. Durch einen Kanal 1 mit einer nadelförmigen Einspritzdüse 11 des Anschlusses 9 wird flüssiger Brennstoff, wie z. B. Kerosin, durch Kanäle 2 des Anschlusses 9 wird gasförmiger Brennstoff, wie z. B. Wasserstoff, und durch Kanäle 3 des Anschlusses 9 wird Oxidationsgas, wie z. B. Luft oder Sauerstoff, geleitet.

Anschluss 9 ist am äußeren Umfang und an einer planen Endfläche 12 gas- und flüssigkeitsdicht in ein Mundstück 4 eingefasst. An das Mundstück 4 ist mit einer Dichtung ein Brennkammergehäuse 6 angeflanscht. Das Brennkammergehäuse 6 enthält eine Brennkammer 8 und anschließend an die Brennkammer 8 eine Expansionsdüse 13. Radial an der Expansionsdüse 13 sind Düsen 7 für die Injektion von Spritzzusatzwerkstoffen vorgesehen.

Mundstück 4 liegt an der planen Endfläche 12 von Anschluss 9 plan und gas- und flüssigkeitsdicht an. Durch eine Zentralbohrung 14 in Mundstück 4 ragt die nadelförmige Einspritzdüse 11 ein kleines Stück über eine Stirnseite 19 des Mundstücks 4 hinaus in die Brennkammer 8. Koaxial zu den Kanälen 2 sind im Mundstück 4 Anschlussbohrungen 15 mit engerem Querschnitt enthalten. Kanäle 3 münden in eine Kammer 16 zwischen äußerem Umfang des Anschlusses 9 und Mundstück 4. Bohrungen 17 in Mundstück 4 verbinden Kammer 16 mit der Brennkammer 8. Das über die Stirnseite 19 des Mundstücks 4 in die Brennkammer 8 ragende Stück der nadelförmigen Einspritzdüse 11 ist im Betrieb vorzugsweise glühend heiß, so dass das hindurchtretende Kerosin verdampft wird und gasförmig in die Brennkammer 8 strömt.

Die Hochgeschwindigkeitsflammspritzkanone 10 kann in eine Peripherie montiert sein, die der aus der DE 197 32 815.6 entspricht. Die Offenbarung der DE 197 32 815.6 wird vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung aufgenommen. Die einzelnen Kanäle können variabel mit unterschiedlichen Brennstoffen beaufschlagt sein.

2: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 1 versehen. Die Stirnseite 19 des Mundstücks 4 weist auf konzentrischen Ringen die Bohrungen 17, die Anschlussbohrungen 15 und die Zentralbohrung 14 auf.

3: Vor Inbetriebnahme wird einem Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem am Anschluss 33 Kühlwasser bei einem Zuströmdruck > 8 bar zugeführt. Das Kühlwasser gelangt über die Kanäle 119, 121 über die Radialbohrungen 27 in den Kühlwasserringraum 18, der durch die Zwischenhülse 53 und die Außenwand der Expansionsdüse 13 gebildet wird, – strömt alsdann über den Ringraum, der durch die Zwischenhülse 53 und die Sekundärkammer-Außenwand 56 gebildet wird, um letztendlich über eine Abström-bohrung, die mit dem Anschluss 47 verbunden ist, auszuströmen. Durch die voran beschriebene Kühlwasserführung werden alle der Betriebstemperatur ausgesetzten Funktionsteile um die Brennkammer 30 während des Betriebes optimal gekühlt.

Nachdem das Kühlsystem des Niedertemperatur Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem aktiviert ist, wird an den Anschlussstutzen 1 über eine vorgeschaltete Explosionsschutzsicherung mit integrierter Gas-Rückstromsicherung Oxidationsgas (vorwiegend Sauerstoff) bei einem Zuströmdruck > 5 bar (max. 40 bar) zugeführt und gelangt über die Verteilernute 5 und eine axiale Bohrung in die radiale Sauerstoffverteilernute 54 von Mischblockträger 39. Von hier aus gelangt es über eine Vielzahl von Axialkanälen in den Ringraum 35, um dann in axiale bzw. fokussierend in Strömungsrichtung angeordnete verengte Injektormischbohrungen 48, 49 zu gelangen. Die hoch beschleunigten Sauerstoffströme durchströmen den mit Wasserstoff als Brenngas gefüllten Injektorringkanal 34, der über den Anschluss 44 mit vorgeschaltetem Sicherungsautomat mit integrierter Gasrückströmsicherung mittels der Zuführungskanäle 36 in den Injektorringraum 34 bei einem Zuströmdruck > 8 bar eingespeist wird, um alsdann stirnseitig aus den konzentrisch um die Zentralbohrung angeordneten Injektormischbohrungen 48 und 49 in den Brennkammerraum 30 als vorgemischtes Brenngas-/Sauerstoffgemisch (vorwiegend Wasserstoff-/Sauerstoffgemisch) einzumünden.

Das Brenngas-Sauerstoffgemisch wird bezüglich des Mischungsverhältnisses so gewählt, dass bei der Zündung des Gemisches eine stöchiometrische Verbrennung in der Brennkammer 30 stattfindet. Vor der Zündung strömt das Gemisch aus Sauerstoff und Brenngas aus der verengten Austrittsbohrung 29 und durchströmt die Mischkammer 28, um dann die zentrale Abgangsbohrung X der Mischkammer 28 zu durchströmen und schlussendlich als Brenngas-Sauerstoffgemisch aus der lavaldüsenförmig ausgebildeten Expansionsdüsenbohrung 26 stirnseitig auszutreten, wo das Brenngas-Sauerstoffgemisch elektrisch gezündet wird.

Bei dieser Operation wird der Zuströmdruck für Brenngas und Sauerstoff so gewählt, dass die Zündgeschwindigkeit des aus der Expansionsdüsenmündung austretenden Brenngas-Sauerstoffgemisches höher ist, als die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas-Sauerstoffgemisches so dass die Flamme in die Brennkammer 30 zurück zündet. Nun werden die Zuströmdrücke für beide Betriebsgase, Brenngas und Sauerstoff, in einem vorgegebenen Zeitintervall von z. B. 5 sec auf die Sollwerte hochgefahren, so dass aus der Ausgangsbohrung 29 ein Hypersonic-Flammenstrahl mit einer Temperatur > 2.600° C entsteht, der mit sehr hoher Geschwindigkeit die Mischkammer 28 durchströmt, um über die zentrale Abgangsbohrung X in die Expansionsdüsenbohrung 26 zu gelangen und stirnseitig auszutreten.

Dann wird über die Anschlüsse 2 und/oder 43 Wasser mit einem Zuströmdruck > 10 bar eingespeist, welches über entsprechende Bohrungen und Kanäle 124, 31, 51 über die konzentrisch, teilweise fokussierend um die zentrale Austrittsbohrung 29 angeordneten Bohrungen 46, 47 in die Mischkammer 28 einmündet und den Hypersonic-Flammenstrahl auf die gewünschte Temperatur von bis zu 100° C absenken. Der abgekühlte "HyperKinetic-Gasstrahl" besitzt nun die gewünschte Temperatur und strömt durch die zentrale Abgangsbohrung X, um dann die Expansionsdüsenbohrung 26 zu durchströmen und stirnseitig mit sehr hoher kinetischer Strahlgeschwindigkeit von > 1.000 m/sec. auszutreten.

Der abgekühlte "HyperKinetic-Gasstrahl" kann zum Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche verwendet werden, indem die Austrittsmündung der Expansionsdüsenbohrung 26 zwischen 30 – 100 mm vor die zu beschichtende Oberfläche gehalten wird. Bei Bedarf kann durch eine alternative Zuleitung (nicht dargestellt) Strahlmittel zum Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche durch die Injektoren 22 für die Spritzpulverzuführung dem "HyperKinetic-Gasstrahl zugegeben werden.

Die Spritzpulverzuführung in den "HyperKinetic-Gasstrahl" erfolgt über zwei oder mehrere radial zur Strahlrichtung, zwischen der Abgangsbohrung X und der Expansionsdüsenbohrung 26 angeordnete Injektoren 22 in die im Durchmesser erweiterte Expansionsdüsenbohrung 26 in dem HyperKinetic-Gasstrahl, in dem das Pulver auf die Gasstrahltemperatur aufgeheizt und mit der kinetischen Energie des Hyper-Kinetic-Gasstrahls von > 1.000 m/sec, auf die Substratoberfläche aufgeschossen wird, um eine praktisch oxidfreie, dichte Spritzschicht mit hervorragender Interpartikelhaftung und exzellenter Anbindung an den Grundwerkstoff zu bilden.

Die Zentralbohrung 45 kann zur Messung des Drucks in der Brennkammer 30 herangezogen werden. Die so ermittelten Messdaten werden über eine Prozesssteuerung (nicht dargestellt) digital angezeigt und u. a. als Parameter zur Prozesssteuerung herangezogen.

4, 5: Ein an sich bekanntes Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem mit Kerosin als Brennstoff weist zur Aufrüstung zum Niedertemperatur Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem einander gegenüber liegende Injektoren A1 für nichtbrennbares Gas auf, die mit einem Einsatz 62 an einen Endquerschnitt 37 des bekannten Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems montierbar sind. Der Einsatz 62 bildet nach einem Durchlass eine Mischkammer X zu einer Expansionsdüse 55 mit einem Injektionssystem B2 für Pulverinjektoren 24.

Vor Inbetriebnahme wird dem Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem an einem Anschlussstutzen 33 Kühlwasser bei einem Zuströmdruck > 5 bar mit ca. 16 – 20° C Eingangstemperatur zugeführt. Brennkammer 30 und Flanschmutter 58 bilden einen Kühlwasserringraum. Das Kühlwasser gelangt über Kanäle zwischen einem Wassermantel 61 und einer Zwischenhülse 53 bis zur Austrittsmündung der Expansionsdüse 55, – strömt dann durch eine Vielzahl von Radialbohrungen in der Zwischenhülse 53 und kühlt die Wandung der Expansionsdüse 55, die Wandung der zylindrischen Mischkammer X mit den Injektoren A1 für Kühlmedien. Beim Rückströmen kühlt das Kühlwasser die Außenwand der Brennkammer 30 und einen Sauerstoff-Kerosin-Gemischblock 117, um letztendlich über Kanäle aus dem Anschlussstutzen 34 auszuströmen über eine Schlauchleitung zu einem externen Kühlsystem (nicht dargestellt). Durch die voran beschriebene Kühlwasserführung erwärmt sich das Kühlwasser auf über 60° C. Brennkammer 30 wird während des Betriebes optimal gekühlt. Im externen Kühlsystem des Kreislaufs wird das Kühlwasser auf 16 – 20° C abgekühlt, bevor es wieder in den Anschlussstutzen 33 eingespeist wird.

Nachdem das Kühlsystem des Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem aktiviert ist, wird das Kerosin-Sauerstoffgemisch mit einer in die Brennkammer 30 ragenden Spezial-Zündkerze 59 gezündet. Sauerstoff wird bei einem Zuströmdruck > 8 bar über Anschlussstutzen 52 zugeführt und gelangt über konzentrisch um die Zentralbohrung des Düsenträgers 200 angeordnete axiale Bohrungen und radial-axiale Druckausgleichskammern für Sauerstoff und Kerosin über eine Vielzahl von axial bzw. fokussierend in Strömungsrichtung angeordneten Bohrungen in die Brennkammer 30.

Über den Anschluss 60 wird Kerosin mittels einer Kraftstoffpumpe mit einem Zuströmdruck > 8 bar eingespeist und gelangt über die radial-axiale Druckausgleichskammer des Düsenträgers 200 über konzentrisch, axial um die Zentralbohrung des Düsenträgers 200 angeordnete Kanäle in mindestens vier Zerstäuberbohrungen des Mischblocks 117, die auf einem inneren Teilkreis konzentrisch fokussierend um die Zentralbohrung mit Spezial-Zündkerze 59 angeordnet sind und in die Brennkammer 30 münden. In der Brennkammer 30 wird das fein zerstäubte Kerosin mit dem Sauerstoff gemischt und gezündet.

Die bei der Verbrennung des Kerosin-Sauerstoffgemisches entstehende Hochgeschwindigkeitsflamme durchströmt die zentrale Austrittsbohrung der Brennkammer 30 und die Mischkammer X mit mindestens 2 Injektoren A1 für Wasser und gelangt dann in den Bereich des Injektionssystems B2 für Pulverinjektoren 24 der injektorförmigen, wassergekühlten Expansionsdüse 55, wo die Flamme stirnseitig austritt.

Nach Zündung des Kerosin- Sauerstoffgemisches werden die jeweiligen Zuströmdrücke für das Kerosin und den Sauerstoff auf die Sollwerte größer 8 bar hochgefahren und das Mischungsverhältnis so gewählt, dass bei der Zündung des Gemisches eine stöchiometrische Verbrennung in der Brennkammer 30 stattfindet. Der Brennkammerdruck steigt dabei auf Werte größer 8 bis größer 20 bar an. Die extreme Gasexpansion bei der Verbrennung führt zu einem Hypersonic-Gasstrahl, der mit einer Gasstrahltemperatur von ca. 2 600 – 2 900° C aus der verengten Zentralbohrung der wassergekühlten Brennkammer 30, der Mischkammer X, und durch die zylindrisch- oder lavaldüsenförmig ausgebildete Expansionsdüsenbohrung 55 stirnseitig austritt.

Über die Injektoren A1 kann Wasser mit beliebigen Zuströmdrücken und Mengen in die zylindrische Mischkammer X in den hochenergetischen Hypersonic-Flammenstrahl eingebracht werden, um diesen auf die gewünschte Temperatur abzusenken.

Der abgekühlte "HyperKinetic-Gasstrahl" besitzt nun die gewünschte Temperatur und strömt durch die zentrale Abgangsbohrung X, um dann die Expansionsdüsenbohrung 55 zu durchströmen und stirnseitig mit hohe kinetischer Strahlgeschwindigkeit von > 1.000 m/sec. auszutreten. Der abgekühlte "HyperKinetic-Gasstrahl" ist zum Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche geeignet, wie für 3 dargestellt.

Die Spritzpulverzuführung in den "HyperKinetic-Gasstrahl" erfolgt über zwei oder mehrere radial zur Strahlrichtung zwischen der Abgangsbohrung X und der Expansionsdüsenbohrung 55 angeordnete Injektoren "B2" in die Expansionsdüse 55 in den "HyperKinetic-Gasstrahl", in dem das Pulver auf die Gasstrahltemperatur aufgeheizt und mit der kinetischen Energie des "HyperKinetic-Gasstrahls" von > 1.000 m/sec auf die Substratoberfläche aufgeschossen wird, um eine superdichte, oxidfreie Spritzschicht mit hervorragender Interpartikelhaftung und exzellenter Anbindung an den Grundwerkstoff zu bilden.

6, 7: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 4, 5 bezeichnet. Ein alternativer Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner 50 weist eine Außenschraubhülse 61, eine Steckhülse 37a und ein Gerätegehäuse 6a auf. Im Gerätegehäuse 6a sind ein Anschlussstutzen 45, ein Oxidationsgasanschlussstutzen 76, ein Brennstoffanschlussstutzen 60 und Kühlwasseranschlüsse 33 an einem Geräteanschlussflansch 25 vorgesehen, der mit Gerätegehäuse 6a verschraubt ist.

Im Gerätegehäuse 6a ist ein Mischblock 77 für die Mischung der Betriebsmedien, nämlich von flüssigen Brennstoffen mit mindestens einem Oxidationsgas, vorzugsweise Sauerstoff, enthalten. Eine Überwurfmutter 78 liegt axial an einem radial außen gelegenen Anschlag des Mischblocks 77 an und hält den Mischblock 77 gegen einen Mischblock träger 80, der koaxial im Geräteanschlussflansch 25 und im Gerätegehäuse 6a angeordnet ist. Zwischen Geräteanschlussflansch 25 und Gerätegehäuse 6a ist eine Verteilerplatte 82 für die Betriebskomponenten vorgesehen.

Vom Anschlussstutzen 45 führt koaxial durch den Mischblockträger 80 und Mischblock 77 anstelle von Verschleißschutzinsert 83 ein Injektor 56 für entmineralisiertes Wasser mit mindestens einer Düsenbohrung 51, die axial oder divergierend im Mündungsbereich zur Brennkammer 30 angeordnet ist. Mit Sauerstoffkanälen 158, 159 fluchtende achsial-radial gerichtete Mischdüsen 154, 155 münden in Brennkammer 30.

Zwischen Mischblock 77 und Mischblockträger 80 ist ein Ringkanal 160 für flüssige Brennstoffe, insbesondere Kerosin, angeordnet.

An die Brennkammer 30 schließt koaxial ein Expansionsdüsenrohr 55 an. Koaxial zu Expansionsdüsenrohr 55 ummantelt in der Außenschraubhülse 61 eine Zwischensteckhülse 53 als Abgrenzung zwischen Kühlwasservor- und -rücklauf das Expansionsdüsenrohr 55. Außenschraubhülse 61 ist mit Außenschraubsteckhülse 37a verschraubt.

Eine Pressmutter 81 ist auf ein Gewinde im Gerätegehäuse 6a geschraubt und hält die Außenschraubsteckhülse 37a im Gerätegehäuse 6a. Außenschraubsteckhülse 37a liegt an einer Flanschmutter 84 für die Befestigung der Brennkammer 30 an. Flanschmutter 84 ist in Gerätegehäuse 6a verschraubt.

In die Außenschraubsteckhülse 37a sind Düsen 65, 66 eingeschraubt, die mit ihren Düsenköpfen in das Innere des Expansionsdüsenrohrs 55 münden. Durch die Düsen 65, 66 werden die Spritzzusatzwerkstoffe in den Hypersonicflammstrahl in der Expansionsdüse eingedüst. Die zur Montage der Düsen 65, 66 erforderliche Justierung zwischen Außenschraubsteckhülse 37a und Expansionsdüsenrohr 55 erfolgt mittels Zylinderstiften 38.

Der alternative Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner 50 wird gezündet analog dem für 3 beschriebenen Verfahren, wobei die Injektion von entmineralisiertem Wasser durch Injektor 56 in die Brennkammer 30 vorzugsweise erst nach stabilem Brennzustand in der Brennkammer 30 erfolgt. Der abgekühlte "HyperKinetic-Gasstrahl" ist zum Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche geeignet, wie für 3 dargestellt.

8: Ein Plasmabrenner 90 enthält einen Anschluss 76a zum Einleiten von Plasmagasen, Stickstoff, Argon u. a., sowie Plasmagasgemischen mit Wasserstoffanteilen. An ein Plasmabrennergehäuse 6a ist ein Heckanschluss 125 mit einen Kühlwassereingangs- und Stromanschluss (Minus Pol) 33, Kühlwasserrücklauf- und Stromanschluss (Plus Pol) 57, angeflanscht. Im Plasmabrennergehäuse 6a ist eine Wolframkathode 93 und eine Anode 91 angeordnet. Radial im Plasmabrennergehäuse 6a an der Anode 91 sind Pulvereinlassbohrungen für ein angeschlossenes Pulverzufuhranschlussrohr 92 mit Anschlussgewinde für Spritzzusatzwerkstoffe vorgesehen. Die Kathode 91 weist eine plane Endfläche auf, mit einer zentralen Ausrittsbohrung für den Plasmastrahl (Plasmaflamme). Zwischen der Kathode 93 und der Anode 91 wird der übertragende Plasmalichtbogen gezogen. Durch die Einengung der Anode 91 wird das durch die hocherhitzte Wolframkathode 93 sich ausdehnende Plasmagas stark beschleunigt und erhält dadurch Ausströmgeschwindigkeiten in der Größenordnung von bis > ca. 800 m/sek.

Bei der Inbetriebnahme wird dem Plasmabrenner zunächst am Anschluss 33 Kühlwasser bei einem Zuströmdruck > 5 bar zugeführt. Das Kühlwasser gelangt über Kanäle, Radialbohrungen und Kühlwasserringräume des Plasmabrenners zum Kühlwasserabgangsanschluss 57. Durch die beschriebene Kühlwasserführung werden alle der Betriebstemperatur ausgesetzten Funktionsteile um die Brennkammer zwischen Kathode 93 und Anode 91 während des Betriebes optimal gekühlt. Nachdem der Kühlwasserkreislauf aktiviert ist, wird am Anschluss 33 und dem Anschluss 57 zunächst ein Hf Strom zugeführt und ein Pilotlichtbogen zwischen der negativ gepolten Wolframkathode 93 und der positiv gepolten Kupferanode 91 gezündet. Während dieser Operation wird gleichzeitig vom Anschluss 76a aus Plasmagas zwischen der Kathode 93 und der Anode 91 durchgeleitet und dabei ionisiert, d. h. elektrisch leitend gemacht, dann wird der Hauptstrom durch die Folgesteuerung eingeschaltet, der über das zwischen der negativ gepolten Kathode 93 und der positiv gepolten Anode 91 strömende, ionisierte Plasmagas von der Kathode 93 zur Anode 91 überspringt, so dass es zu einer extremen Expansion des Plamagases kommt und der zwischen der Kathode 93 und Anode 91 brennende Hochenergielichtbogen aus der Zentralbohrung geblasen wird, so dass eine hellleuchtend Plasmaflamme entsteht.

An der planen Endfläche liegt plan, gas- und flüssigkeitsdicht montiert eine Zusatzeinrichtung 100 an zur Aufrüstung des in 1 schematisch dargestellten Plasmabrenners zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem. Einander gegenüber liegende Injektoren 96 für fein zerstäubtes, entmineralisiertes Wasser münden in eine Kühlkammer 98 der Zusatzeinrichtung 100. Ein Injektionssystem mit Pulverinjektoren 22 für pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe mündet in eine Mischkammer X, an die eine Expansionsdüse 55 mit einer zentralen Austrittsbohrung der Zusatzeinrichtung 100 anschließt Der Plasmabrenner 90 wird eingeschaltet, indem zwischen der Wolframkathode 93 und der Kupferanode 91 ein Hochenergielichtbogen erzeugt wird, wodurch das zwischen der Kathode 93 und Anode 91 strömende, extrem expandierende Plasmagas stirnseitig aus dem Plasmabrenner 90 geblasen und über die Zentralbohrung 113 des Anschlussflansches 111 der Zusatzeinrichtung 100 in den zylindrischen Ringraum der Mischkammer 98 gelangt. Die Plasmastrahltemperatur beträgt zu diesen Zeitpunkt, je nach eingestellter Stromstärke und verwendetem Plasmagas > 5000 Grad K.

Beim Einmünden der Plasmaflamme in die Zusatzeinrichtung 100 über die Zentralbohrung 113 in den zylindrischen Ringraum der Mischkammer 98 wirkt sehr hohe Temperatur auf die betroffenen Baukomponenten. Die Innenwandung der Zentralbohrung 113 ist aus einem Wolframprofilteil 114 gefertigt, das aus wärmetechnischen Gründen mit Kupfer umgossen und alsdann auf Maß bearbeitet ist.

Nach dem Einschalten eines Kühlsystems durchströmt Kühlwasser mit einer Eingangstemperatur von ca. 18° C zunächst das Kühlsystem des Plasmabrenners 90 und mündet über Kühlwasserkanäle 112 und dem sich anschließenden Radialkühlwasserringraum über Radial/ Axialbohrungen 95 in den stirnseitig angeordneten Kühlwasserringraum 101, der u. a. stirnseitig von dem Schraubverschlussdeckel 104 mit der zentralen Austrittsbohrung 103 gebildet wird. Das Kühlwasser strömt dann mit einer Temperatur von max. 60° C über radial/axial angeordnete Kühlwasserkanäle 106, radial angeordnete Verteilernute 107 und radial/axial angeordnete Kühlwasserkanäle 101 wieder in das Kühlwassersystem des Plasmabrenners zurück zu einem Kühlblocksystem, wo es wieder auf ca. 18 Grad Celsius abgekühlt wird und der Kühlkreislauf aufs Neue beginnt.

Das Kühlsystem der Zusatzeinrichtung kann mit Zugangs- bzw. Abgangsanschlüssen für Kühlwasser an den Kühlwasserzugang 112 und Kühlwasserrücklauf 108 (nicht dargestellt) an einen zusätzlich Kühlkreislauf bez. Kühlblocksystem angeschlossen werden.

Die Zusatzeinrichtung 100 kann aber auch so ausgelegt sein, dass sie einen eigenen, von dem zu adaptierenden Plasmabrenner 90 unabhängigen Kühlwasserkreislauf, mit eigenen Anschlüssen „Kühlwassereingang" 33 und „Kühlwasserausgang" 57 aufweist und für eine bestmögliche Kühlung des gesamten Systems 100, 90 durch ein separates Kühlblocksystem gespeist wird.

Bereits während des Zündvorganges des Plasmabrenners 90 durch Zünden des Hf – Pilotlichtbogens, öffnen der Magnetventile für die Plasmagase und dem Einschalten des Hauptstromes wird über einen oder mehrere Injektoren 96 feinzerstäubtes, entmineralisiertes Wasser über eine Vielzahl von Radialbohrungen 96 mit austauschbaren Einspritzdüsen 105 mit verschiedenen Düsenbohrungsdurchmesser, in den Ringraum 98 bei einem Zuströmdruck von 1 – > 20 Bar injektiert, so dass die Gasstrahltemperatur des axial in den zylindrischen Ringraum 98 einströmende Hochenergie Plasmastrahls durch das injektierte Wasser abgesenkt wird.

Zu dem Zeitpunkt zu dem die Plasmaflamme ihre vorgegebene volle Leistung erreicht hat, wird über mindestens einen Injektor 96 so viel Wasser über die radial angeordneten Düsensysteme eingespeist, bis die gewünschte, vorgewählte Gasstrahltemperatur, sowie Gasstrahlgeschwindigkeit erreicht ist. Durch die jeweiligen Menge des eingespeisten Wassers kommt es beim Auftreffen auf den Plasmagasstrahl zu einer extremen Volumenexpansion des eingespeisten Wassers, was zu einer enormen Beschleunigung > 2000 m/sec des in seiner Temperatur abgesenkten Plasmagasstrahles führt. Der in seiner Temperatur abgesenkte, hoch beschleunigte Plasmagasstrahl durchströmt zunächst den gesamten Ringraum (Mischraum) 98 und mündet in die im Durchmesser reduzierte zylindrische Übergangsbohrung „X", um dann die im Durchmesser erweiterte Expansionsdüsenbohrung 55 zu durchströmen, um schlussendlich stirnseitig aus der Zentralbohrung 103 des Schraubverschlussdeckels 104 auszutreten.

Der abgekühlte "HyperKinetic-Plasmagasstrahl" ist zum Vorbereiten der zu beschichtenden Oberfläche geeignet, wie für 3 dargestellt.

Über mindestens einen oder mehrere Pulverinjektoren 22 wird radial Spritzpulver, vorzugsweise in den Korngrößenbereichen –25μm+10μm in den injektorartig ausgebildeten Übergang der Zylinderbohrung X in die Expansionsdüsenbohrung 55 in den in seiner Temperatur abgesenkten, beschleunigten Gasstrahl eingespeist. Die Spritzpulverpartikel werden von dem Gasstrahl hoch beschleunigt und erwärmen sich während der Verweilzeit – d. h. vom Eintreten in den Gasstrahl bis zum Auftreffen auf die Substratoberfläche – auf die vorgewählte Solltemperatur, wobei die Gasstrahltemperatur und -geschwindigkeit so vorgewählt wird, dass hochreaktive Spritzzusatzwerkstoffe, die eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff besitzen, während des Beschichtungsprozesses im Gasstrahl nicht oxidieren, d. h. keinen Sauerstoff aufnehmen. Die sich im auf Prozesstemperatur abgestimmten, hochbeschleunigten Gasstrahl befindlichen Spritzpulverpartikel werden mit der hohen kinetischen Energie des Gasstrahle auf die Substratoberfläche geschossen, wo sie sich durch die extrem hohe Aufprallenergie plastisch verformen, wobei die Aufprallenergie der Spritzpartikel in Wärmeenergie umgewandelt wird, was zu einer sehr dichten, extrem porenarmen, oxidfreien Spritzschicht führt mit optimaler Anbindung an den Grundwerkstoff.

9: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 6 bezeichnet. Zwischen dem Gehäuse der Brennkammer 30 und einer stirnseitigen Planfläche des Mischblocks 77 ist eine als sogenannter "Wills Ring" ausgebildete C-förmige Metalldichtung 67 vorgesehen für erhöhte Drücke und Temperaturen beim Betrieb des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners 50.

Claims

Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, mit a) mindestens einem Anschluss zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen in eine Brennkammer, wobei dieser mindestens eine Anschluss so ausgebildet ist, dass flüssiger und gasförmiger Brennstoff und Oxidationsgas jeweils separat in die Brennkammer geführt werden können, und b) einer Expansionsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß c) stromabwärts der Brennkammer (30) eine zusätzliche Kammer als Mischkammer (28; X) mit einem Injektionssystem (43, A1) für Wasser vorgesehen ist, d) die Temperatur des aus der Brennkammer (30) ausströmenden und in die Mischkammer (28; X) mit einer Gastemperatur von 1,600° C bis 3,165° C einströmenden Hypersonic-Flammstrahls durch Zumischen des Wassers mit einer Temperatur, die der Entnahmetemperatur aus Stahlflaschen, Flaschenbündeln oder Tankanlagen entspricht, einstellbar absenkbar ist, e) ein Massenflussmessgerät vorgesehen ist, das bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer (30) durch expandierende Wasserzugabe nach der Austrittsöffnung der Brennkammer (30) die Strömungsmenge der gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen und Oxidationsgase auf einen vorher eingestellten Wert regelt, und f) der Mischkammer (28; X) die Expansionsdüse (55; 26) nachgeschaltet ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystern zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen und zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkammer (28; X) mindestens zwei Injektoren (22) zum Einleiten von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen und die Expansionsdüse (55, 26) nachgeschaltet sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere zum thermischen Spritzen pulverförmiger Spritzzusatzwerkstoffe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Injektor (56), durch den fein zerstäubtes Wasser separat in die Brennkammer (30) geführt werden kann, und ein Massenflussmessgerät vorgesehen ist, das bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer (30) durch expandierende Wasserzugabe nach der Austrittsöffnung der Brennkammer die Strömungsmenge der gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen mit Oxidationsgasen auf einen vorher eingestellten Wert regelt, und der Brennkammer (30) die Expansionsdüse (55, 26) nachgeschaltet ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen und zum thermischen Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkammer (30) mindestens zwei Injektoren (22) zum Einleiten von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen und die Expansionsdüse (55; 26) nachgeschaltet sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionssystem (43; A1) mindestens einen radial und/oder axial in Strömungsrichtung angeordneten Zuführungskanal aufweist, durch den mit steuerbarem Zuströmdruck Wasser zuführbar ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mengen- und druckmäßig steuerbar ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Mischkammer (28; X) in die nachgeschaltete, wahlweise zylindrisch, konisch oder lavaldüsenförmig ausgebildete Expansionsdüse (55; 26) einströmende, auf seine Solltemperatur abgekühlte Gasstrahl aus mindestens zwei radialen oder mit eingestelltem Winkel zwischen 45° und 90° der Mischkammeraustrittsmündung nachgeordneten Injektoren (22) mit dem entsprechenden pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoff beschickbar ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmdrücke der gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffe zwischen 5 und 20 bar sowie die Primär- und Mischkammerdrücke in der gleichen Größenordnung liegen.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einen Endquerschnitt (37) eines Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems einander gegenüberliegende Injektoren (A1) für Wasser vorgesehen sind, die mit einem Einsatz (62) des Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems montierbar sind, wobei der Einsatz (62) nach einem Durchlass die Mischkammer (X) zu der Expansionsdüse (55) mit einem Injektionssystem (B2) für Pulverinjektoren (22) aufweist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzzusatzwerkstoffe Cr-Stahl, CrNI-Stahl oder die Superlegierungen "M-CrAIY" sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzzusatzwerkstoffe Teflon, Halar oder andere fluorhaltige Kunststoffe sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzzusatzwerkstoffe metallische, karbidische und/oder oxidkeramische, pulverförmige Werkstoffe mit Anteilen von fluorhaltigen Kunststoffen von 5% bis 30% Gewichtsanteilen sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Störungen der Regelung vom Massenflussmessgerät akustisch und/oder optisch anzeigbar sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmdrücke des fein zerstäubten, entmineralisierten Wassers zwischen 3 und 15 bar sind.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (56) mit mindestens einer axial oder fokussierend im Mündungsbereich zur Brennkammer (30) angeordneten, feinen Zerstäuberdüsenbohrung (51) versehen ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse der Brennkammer (30) und einer Planfläche eines Mischblocks (77) mindestens eine Metalldichtung (67) vorgesehen ist.
Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystem gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Planfläche stirnseitig ist.
Zusatzeinrichtung (100) zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, die an einen Plasmabrenner (90) montierbar ist und eine als Misch- oder Kühlkammer ausgebildete Kammer (28; X), ein Injektionssystem (96) für Wasser in die Kammer (28; X) sowie eine der Kammer (28; X) nachgeschaltete Expansionsdüse (55) aufweist und ein Massenflussmessgerät, das bei steigendem Gegendruck in der Brennkammer (30) durch die expandierende Wasserzugabe nach der Austrittsöffnung der Brennkammer die Strömungsmenge der gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe und Oxidationsgase auf einen vorher eingestellten Wert regelt.
Zusatzeinrichtung (100) zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen und zum Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer (28; X) Injektoren (22) für. pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe nachgeschaltet sind.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein auswechselbarer Injektor des Injektionssystems (96) vorgesehen ist, durch den fein zerstäubtes, entmineralisiertes Wasser in die Kammer (28; X) zuführbar ist.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektoren (22) für pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe dem mindestens einen Injektor des Injektionssystem (96) nachgeschaltet sind.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass für den mindestens einen Injektor des Injektionssystem (96) auswechselbare Einspritzdüsen verschiedener Düsenbohrungsdurchmesser vorgesehen sind.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (28; X) mit einer Innenwandung (114) versehen ist aus einem mit Kupfer umgossenen, maßgenau bearbeiteten Wolframprofilteil.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass Zugangs- und Abgangsanschlüsse für Kühlwasser eines zusätzlichen Kühlkreislaufs vorgesehen sind.
Zusatzeinrichtung (100) gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Kühlkreislauf an den Kühlkreislauf des Plasmabrenners anschließbar ist.
Verfahren zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere für das thermische Spritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, gekennzeichnet durch Positionieren eines Niedertemperatur-Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 17 mit dessen Expansionsdüsenmündung zwischen 30 mm und 100 mm Abstand bis zur Substratoberfläche, Betreiben des Niedertemperatur Hochgeschwindigkeits-Flammspritzsystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 17 und Zuschalten von Wasser durch die Injektoren (A1).
Verfahren gemäß Anspruch 26, gekennzeichnet durch Zuleiten von Strahlmittel durch die Injektoren (22, B2) zum Einleiten pulverförmiger Spritzzusatzwerkstoffe.
Verfahren zum Vorbereiten zu beschichtender Oberflächen durch Strahlen, insbesondere für das thermische Spritzen pulverförmiger Spritzzusatzwerkstoffe, gekennzeichnet durch Positionieren eines Plasmabrenners (90) mit Zusatzeinrichtung (100) gemäß den Ansprüchen 18 bis 25 mit deren Expansionsdüsenmündung zwischen 30 und 100 mm Abstand bis zur Substratoberfläche, Betreiben des Plasmabrenners (90) mit Zusatzeinrichtung (100) gemäß den Ansprüchen 18 bis 25 und Zuschalten von Wasser durch Injektionssystem (96).
Verfahren gemäß Anspruch 28, gekennzeichnet durch Zuleiten von Strahlmittel durch die Injektoren (22) zum Einleiten von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen.