DE1150856B

DE1150856B - Spritzpistole

Info

Publication number: DE1150856B
Application number: DEU4014A
Authority: DE
Inventors: George Harvey Smith; Richard Kaffenberger
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1955-07-11
Filing date: 1956-07-11
Publication date: 1963-06-27
Also published as: GB818184A; US2920001A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

INTERNAT. KL.

U 4014 VIb/48b

iil

ANMELDETAG: 11. JULI 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 27. JUNI 1963

Die Erfindung betrifft eine Spritzpistole zum Flammspritzen von Überzugsmaterial mit mehreren getrennten Brennern, die in der Weise angeordnet sind, daß der gemeinsame Schnittpunkt ihrer Flammen unmittelbar vor der Pistolenmündung auf der verlängerten Achse des Zuführungskanals für das stab- oder pulverförmige Überzugsmaterial liegt. Die erfindungsgemäße Spritzpistoe ist insbesondere zum Flammspritzen von hochschmelzenden Materialien geeignet.

Flammspritzpistolen sind bekannt. Bei einer solchen bekannten Spritzpistole ist eine einzige ringförmige innere Verbrennungskammer vorgesehen, aus der die Verbrennungsgase ohne merkliche Beschleunigung austreten. Außerdem ist ein den Endabschnitt der Verbrennungskammer umgebender Mantel zum Zuführen von Zweitluft vorgesehen. Diese Zweitluft setzt die kinetische Energie der Strahlen herab. Diese Pistole ist daher nur für niedrigschmelzende Metalle und thermoplastische Stoffe geeignet.

Bei anderen bekannten Spritzpistolen wird die kinetische Energie den schmelzbaren Werkstoffen durch Druckluft zugeführt. Diese muß aber durch die durch einen äußeren Düsenring auf den Werkstoff gerichteten Brenngase mit erwärmt werden, so daß auch mit diesen Pistolen nur niedrigschmelzende Stoffe verspritzt werden können.

Es ist weiter eine Vorrichtung zum Herstellen von Überzügen aus schwerschmelzbaren Werkstoffen bekannt, bei der die bei Detonationen eines Gemisches aus Brennstoff und oxydierenden Gasen frei werdende Energie zum Schmelzen und Beschleunigen des pulverförmigen Werkstoffes ausgenutzt wird. Die periodisch auftretenden Detonationen haben eine starke Geräuschbildung zur Folge. Außerdem treten Schwierigkeiten bei der Zuführung des Überzugsmaterials in den Verbrennungsraum auf, da das Material dazu neigt, sich an den Wänden des Verbrennungsraumes festzusetzen und sich dann unter Klumpenbildung von Zeit zu Zeit zu lösen. Wenn auch mit dieser bekannten Vorrichtung gute Überzüge erhalten werden, so ist ihre Handhabung und Arbeitsweise nicht immer ganz befriedigend.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flammspritzpistole zu schaffen, mit der das Überzugsmaterial ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Druckluftstrahlen mit sehr hoher thermischer und kinetischer Energie auf die zu überziehende Fläche aufgespritzt werden kann und die daher besonders zum Flammspritzen schwerschmelzender Überzugsmaterialien geeignet ist.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erSpritzpistole

Anmelder:

Union Carbide Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E, Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Juli 1955 (Nr. 521 041)

George Harvey Smith, Kenmore, N. Y.,
und Richard Kaffenberger, BeUmore, N. Y.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

reicht, daß jeder Brenner in bekannter Weise als Innenbrenner ausgebildet ist und entweder aus einem Brennkanal mit gleichbleibendem Durchmesser oder aus einer erweiterten Brennkammer und einem Auslaßkanal mit einem in Strömungsrichtung allmählich zunehmenden Durchmesser besteht und daß die einzelnen Brennkanäle bzw. die Auslaßkanäle in eine an der Stirnfläche der Pistole vorgesehene flache Vertiefung münden. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird erreicht, daß die Verbrennungsgase mit sehr hoher Geschwindigkeit aus den Mündungen der einen Brennkammer bzw. der Auslaßkanäle austreten. Dementsprechend werden auch die im Kreuzungspunkt der Flammenstrahlen schmelzenden Überzugsstoffe mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu überziehende Fläche geschleudert. Durch die beim Aufprall frei werdende große Energie ergibt sich ein sehr dichter, porenloser Überzug. Da die hohe kinetische Energie des Überzugsmaterials ausschließlich durch die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Flammenstrahlen erreicht wird, also die Verwendung von Druckluftstrahlen unterbleibt, werden die Überzugsstoffe am Kreuzungspunkt der Flammenstrahlen

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auf sehr hohe Temperaturen gebracht, so daß mit der neuen Pistole auch schwerschmelzende Stoffe verarbeitet werden können. Die volle Ausnutzung der Energie der Flammenstrahlen ist natürlich nur dann gewährleistet, wenn die Strahlen bei ihrem Austritt nicht gestört werden. Es hat sich gezeigt, daß eine flache Ausnehmung an der Stirnseite der Pistole, in die die Brennkanäle oder Austrittskanäle münden, zur Stabilisierung der Verhältnisse und damit zur Er-

nächst außerhalb der Düse gezündet wird und daß dann durch geeignete Regelung des Drucks des zugeführten Brennstoffs und des Sauerstoffs ein Zurückschlagen der Flamme in den Brennkanal 14 bewirkt wird. Um dieses Zurückschlagen zu ermöglichen, soll der kleinste Durchmesser der Austrittsöffnung 14 b nicht wesentlich kleiner sein als etwa 0,05 mm.

Ein geeigneter Brennstoff, z. B. Azetylen, und ein die Verbrennung unterhaltender Stoff, wie Sauerstoff,

zielung eines optimalen Wirkungsgrades merklich bei- io werden über die Leitungen 16 und 17 unter einem

^trägt. hohen Druck, der vorzugsweise größer ist als etwa

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- 1 kg/cm², zu den Brennkanälen 14 geleitet. Während

tischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbei- des Einströmens in die Einlasse der Brennkanäle 14

spielen näher erläutert. erfolgt eine innige Durchmischung des Brennstoffs

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfin- ₁₅ mit dem Sauerstoff, und die Verbrennung geht nahezu

ngsgemäße Spritpistole nach der Schnittlinie 11 ilb h d Vih ih Di b

dungsgemäße Spritzpistole nach der Schnittlinie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 2 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete Stirnansicht des Austrittsendes der Spritzpistole nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Stirnansicht des anderen Endes der Spritzpistole nach Fig. 1;

Fig. 4 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausbildungsform längs der Linie 4-4 in Fig. 5;

Fig. 5 ist eine Stirnansicht in Richtung des Pfeils A und läßt die durch gestrichelte Linien angedeuteten innenliegenden Kanäle erkennen;

Fig. 6 ist ein senkrechter Längsschnitt durch die

unmittelbar nach dem Vermischen vor sich. Die brennenden Gase durchströmen die Kanäle oder Kammern 14 und werden in Form von Flammenstrahlen ausgestoßen, die auf die Achse des Zuführungskanals 12 für das Überzugsmaterial gerichtet sind. Die Geschwindigkeit der Gase steigert sich in Richtung zu den Auslaßöffnungen 14 b schnell. Das Überzugsmaterial wird dem Kanal 12 des Brenners in Form einer Stange oder in Gestalt eines Sprühstrahls aus feinem Pulver zugeführt.

Wenn das Uberzugsmaterial in Pulverform zugeführt wird, kann man dieses Pulver entweder in den Kanal 12 einleiten, durch den es infolge der Saugwirkung der Flammenstrahlen hindurchgesaugt wird, Spritzpistole nach Fig. 4, jedoch längs der Linie 6-6 ₃₀ oder man läßt die Pulverteilchen durch einen Strom in Fig. 5; eines Trägergases, z. B. durch einen Wasserstoff-

Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres strom, transportieren, oder — und zwar vorzugs-Ausführungsheispiel einer erfindungsgemäßen Spritz- weise — man sintert oder verkittet die Teilchen zu pistole, und zwar längs der Linie 7-7 in Fig. 8; einer zusammenhängenden Masse. Bei dem zuletzt

Fig. 8 ist eine Stimansicht des Austrittsendes der ₃₅ genannten bevorzugten Verfahren verbleiben die Teil-Spritzpistole nach Fig. 7. chen des Überzugsmaterials kurzzeitig in den Flam-Die in Fig. 1 bis 3 bei 10 allgemein angedeutete menstrahlen, bevor sie beschleunigt werden, so daß Spritzpistole umfaßt einen Block 11, vorzugsweise man eine höhere Temperatur der Teilchen erhält, die aus Kupfer, dessen Umfangsfläche sich von einem zu einer besseren Bindung des Überzugs führt. Zum zylindrischen Abschnitt an seinem vom Austrittsende 40 Zusammenkitten der Teilchen verwendet man zweckabgewandten Ende in Richtung auf das Austrittsende mäßigerweise einen durch Wärmeeinwirkung zersetzkonisch verjüngt. Der Block 11 besitzt eine axiale baren Kitt od. dgl.

Bohrung 12, die als Führung für das in Form einer Um den Block 11 der Spritzpistole gegen ÜberStange oder eines Pulvers zugeführte feste Überzugs- hitzung zu schützen, ist er in bekannter Weise mit material dient; ferner ist am Ende des sich verjüngen- 45 einem Kühlmittelmantel 20 umgeben, den Abschnitts eine Aussparung 13 vorgesehen, die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel, das

von einer die Bohrung 12 symmetrisch umgebenden dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten in mancher Behohlkegelförmigen Fläche gebildet wird. Weiterhin ziehung ähnelt. Im vorliegenden Falle ist ein flacher, besitzt der Block 11 drei Längsbohrungen 14, die um in einer Ebene allgemein keilförmiger Pistolenkörper die axiale Bohrung 12 herum in Winkelabständen von 50 21 vorgesehen. Dieser Spritzpistolenkörper besitzt 120° verteilt sind. Jede der Bohrungen 14 bildet eine zentrale Bohrung 25 zum Zuführen des Übereinen innenliegenden Verbrennungskanal, der zwi- zugsmaterials.

sehen seinem Eintritt und seinem Auslaß keinerlei Ferner weist der Pistolenkörper 21 an seinem verVerengungen aufweist. Die Zuführung von Brennstoff jungten Ende eine V-förmige Aussparung 26 auf, in und Sauerstoff zu den rückwärtigen Einlassen 14 a 55 deren Mitte die Bohrung 25 bei 27 mündet, und ferder Brennkanäle 14 erfolgt über geschlossene radiale ner sind zwei Längsbohrungen 28 vorhanden, die zu Bohrungen 15, an die über eingebohrte Kanäle 18
und 19 Brennstoff- bzw. Sauerstoffleitungen 16 bzw.
17 angeschlossen sind. Die Brennkanäle 14 konvergieren in Richtung auf die vordere Stirnfläche der 60
Pistole, und ihre Austrittsöffnungen 14 b hegen in
der hohlkegelförmigen Aussparung 13. Die brennenden Gase treten in Form von Flammenstrahlen hoher
Geschwindigkeit aus. Die Achsen der Brennkanäle

14 sind gegenüber der Achse der axialen Bohrung 12 65 und am anderen Ende an eine Sauerstoffzuführungsderart geneigt, daß sie letztere an einem Punkte leitung 30 angeschlossen sind. Die Zuführung des

schneiden, der unmittelbar vor der Spritzpistole liegt. Brennstoffs zu den Bohrungen 28 erfolgt über seit-Es sei bemerkt, daß das brennbare Gemisch zu- lieh verlaufende Kanäle 31, die in der Nähe der Ka-

beiden Seiten der Bohrung 25 in einer zu den Seitenflächen 22 parallelen Ebene symmetrisch zu der Bohrung 25 angeordnet sind.

Die Bohrungen 28 dienen in der gleichen Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als enge Verbrennungskanäle. Die Zuführung von Sauerstoff zu den Bohrungen 28 erfolgt über Kanäle 29, die in die rückwärtigen Enden der Bohrungen 28 münden

näle 29 in den hinteren Enden der Bohrungen 28 münden und an die Brennstoffzuführungsleitungen 32 angeschlossen sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem nur zwei innenliegende Brenner vorgesehen sind, sind die die verengungsfreien Verbrennungskanäle bildenden Bohrungen 28 ebenfalls zur Achse des Materialzuführungskanals 25 derart geneigt, daß sie die verlängerte Achse des Kanals 25 unmittelbar vor dem Körper der Spritzpistole schneiden. Infolgedessen treffen die aus den Brennern austretenden Flammenstrahlen auf das aus dem Kanal 25 austretende Überzugsmaterial auf, da sich die Flammenstrahlen an einer auf der Achse des Kanals 25 liegenden Stelle vereinigen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel zirkuliert innerhalb des Spritzpistolenkörpers 21 ein Kühlmittel in Bohrungen 33, die sich in Längsrichtung parallel zu den die Verbrennungskanäle bildenden Bohrungen 28 erstrecken. Die Bohrungen 33 sind an der Rückenfläche 24 offen und verlaufen bis zu einem in der Nähe des vorderen Endes des Pistolenkörpers liegenden Punkt. Dort sind die Bohrungen durch eine am äußeren Ende mittels eines Stopfens verschlossene Querbohrung 34 miteinander verbunden, so daß man durch die eine Bohrung 33 Wasser in den Pistolenkörper 21 einleiten und es durch die andere Bohrung 33 wieder ableiten kann, wie es in Fig. 6 angedeutet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 und 8 weist die Spritzpistole 40 einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Block 41 mit einer axialen Bohrung 42 zum Zuführen des festen Überzugsmaterials und mit einer ausgesparten Stirnfläche 43 am verjüngten Ende auf, welche die Bohrungen 42 symmetrisch umgibt und von der Bohrungsachse aus unter einem Winkel nach außen und nach vorn ansteigt. Wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen kann man das Überzugsmaterial durch die Bohrung 42 entweder in Form eines Stabes oder feiner Teilchen zuführen. Ferner weist der Körper 41 drei sich in Längsrichtung erstreckende Brennkammern 44 auf, die in Umfangsrichtung um die Bohrung 42 herum in Winkelabständen von 120° angeordnet sind. Die Brennkammern 44 besitzen jeweils am hinteren Ende eine zentral angeordnete, als Injektordüse wirkende Verengung 45, die den Eingang zu der betreffenden Brennkammer 44 bildet, deren Wandungen sich zum vorderen Ende des Pistolenkörpers erstrecken und innerhalb des vorderen Abschnitts des Körpers 41 auf eine Verengung 46 zu konvergieren, wobei sich an jede der Verengungen 46 eine Austrittsdüse 47 von sich erweiternder Form anschließt, die an der Stirnfläche 43 des Pistolenkörpers mündet. Der Brennstoff wird der Brennkammer 44 unter einem hohen Druck, der vorzugsweise höher ist als etwa 1 kg/cm², über einen exzentrisch angeordneten Zuführungskanal 53 in dem Verbindungsstück 50 sowie über den vorderen Abschnitt der Bohrung 49 und den Injektorkanal 45 zugeführt. Ein die Verbrennung unterhaltender Stoff wird gleichzeitig — jedoch von dem Brennstoff getrennt — unter einem Druck zugeführt, der mindestens ebenso hoch ist wie der Brennstoffdruck, und zwar erfolgt die Zuführung dieses Stoffes zu der Brennkammer 44 über den Injektorkanal 45 von einer Düse 51 aus, die in einen Zuführungskanal 52 in dem Verbindungsstück 50 eingeschraubt ist und in axialer Fluchtung mit dem Kanal 45 in den vorderen Teil der Bohrung 49 hineinragt.

Die Zuführung des Brennstoffs und des Sauerstoffs erfolgt kontinuierlich, und diese Stoffe werden beim Passieren des Kanals 45 innig durchmischt, woraufhin in der Kammer 44 eine heftige Verbrennung des Gemisches stattfindet, die große Mengen entflammter Verbrennungsgase erzeugt, welche aus der Düse 47 in Gestalt einer gerichteten Flamme mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 600 m/s austritt. Die Brennkammern 44 sind gegenüber der Bohrung 42 derart geneigt, daß ihre Achsen konvergieren und die Achse der Bohrung unmittelbar vor der Austrittsöffnung der Bohrung 42 schneiden. Auf diese Weise übertragen die heißen Flammen gemeinsam eine große Wärmemenge auf das Überzugsmaterial und erzeugen eine nach vom gerichtete Schubkraft, durch die das erhitzte Material nach vorn auf die zu überziehende Fläche geschleudert wird.

Der Spritzpistolenkörper 41 wird durch ein Kühlmittel gekühlt, das in einem ringförmigen Wassermantel 54 zirkuliert, der innerhalb der Umf angsfläche des Körpers 41 ausgebildet ist und die Gruppe von Brennkammern umgibt. In der Nähe des Austrittsendes der Spritzpistole befindet sich der Einlaß 55 des Kühlmantels 54, und in der Nähe des rückwärtigen Endes der Spritzpistole ist der Auslaß 56 des Kühlmantels vorgesehen.

Die Vorteile hoher Teilchengeschwindigkeiten und hoher Teilchentemperaturen, wie sie mit der vorliegenden Spritzpistole ermöglicht werden, zeigen sich immer dann, wenn ein nichtporöser und gut haftender Überzug hergestellt werden soll. Diese Vorteile beschränken sich nicht auf ein bestimmtes Überzugsmaterial. Zwar ist die erfindungsgemäße Spritzpistole insbesondere für die Herstellung von Überzügen aus Materialien mit hohem Schmelzpunkt geeignet, doch läßt es sich auch zum Überziehen von Flächen mit den verschiedensten anderen Materialien, d. h. Metallen, Legierungen, Metallverbindungen, Kunststoffen, keramischen und mineralischen Stoffen, verwenden. Zu den Materialien, aus denen sich gemäß der Erfindung aufgespritzte Überzüge herstellen lassen, gehören Kupfer, Aluminium, Zink, Zinn, Stahl, Chrom, eine handelsübliche Chrom-Nickel-Legierung sowie eine Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierung. Auch die zu überziehenden Flächen, die auf beliebige geeignete Weise vorher gereinigt werden können, die jedoch nicht maschinell aufgerauht zu werden brauchen, wie es bei den bisher bekannten Verfahren der Fall ist, können ebenfalls aus den verschiedensten Materialien bestehen. Als Beispiele seien genannt: Graphit, Holz, Papier, Glas, Saphir und zahlreiche Metalle.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Spritzpistole zum Flammspritzen von insbesondere hochschmelzendem Überzugsmaterial mit mehreren voneinander getrennten Brennern, die in der Weise angeordnet sind, daß der gemeinsame Schnittpunkt ihrer Flammen unmittelbar vor der Pistolenmündung auf der verlängerten Achse des Zuführungskanals für das stab- oder pulverförmige Überzugsmaterial liegt, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Brenner in bekannter Weise als Innenbrenner ausgebildet ist und entweder aus einem Brennkanal (14, 28) mit gleichbleibendem Durchmesser oder aus einer erweiterten Brennkammer (44) und einem Auslaßkanal

(47) mit einem in Strömungsrichtung allmählich zunehmenden Durchmesser besteht und daß die einzelnen Brennkanäle bzw. die Auslaßkanäle in eine an der Stirnfläche der Pistole vorgesehene Aussparung (13, 26, 43) münden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 813 360, 854 302, 855 031;

österreichische Patentschrift Nr. 177 626; schweizerische Patentschrift Nr. 228 660.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen