DE202005020682U1 - Brennerkopf für luftgekühltes Hochgeschwindigkeitsflammspritzgerät - Google Patents

Brennerkopf für luftgekühltes Hochgeschwindigkeitsflammspritzgerät Download PDF

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Abstract

Brennerkopf (1) für luftgekühltes Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgerät zum thermischen Spritzen von stab-, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit einem Druckgas Mischsystem stromaufwärts einer luftgekühlten Brennkammer (10) und einer nachgeschalteten Spritzdüse (12), dadurch gekennzeichnet, dass vier getrennte Bauteile (4, 19, 14, 10) als zusammen wirkende Funktionselemente I–IV vorgesehen sind, von denen das Funktionselement I als Spritzdüsenadapter (4) ausgebildet ist, in dem Betriebsgase, Sauerstoff und Brenngase getrennt in radial verteilten Axialbohrungen (15, 16) zu einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Spritzdüsenadapters (4) führbar in getrennte Ringnuten (17, 18) einmünden,
Funktionselement II eine Montagehülse (19) ist, mit der Funktionselement III gasdicht an Funktionselement I montiert wird,
Funktionselement III als gasmischende Pulver- und/oder Drahtspritzdüse (14) gebildet ist, in der die Betriebgase, Sauerstoff und Brenngas zusammenführ- und mischbar sind, um in die als Funktionselement IV ausgebildete Brennkammer (10) einzumünden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte zum thermischen Spritzen von stab-, kordel, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
  • Eine Vielzahl von Serienteilen werden mit Flammspritzgeräten durch Aufspritzen hochwertiger Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten gegen vorzeitigen Verschleiß, chemische Abnutzung, Hitzekorrosion und andere Verschleißarten geschützt. Die Anforderungen an die Qualität der auf Bauteiloberflächen aufzubringenden Schutzschichten und an deren Reproduzierbarkeit durch die Anwender im Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt, der Chemischen Industrie u. v. m. ist groß.
  • Um die erforderlichen Schichtqualitäten erzeugen zu können werden spezielle Qualitätsnormen für die Spritzzusatzwerkstoffe festgelegt und sind bei der Konstruktion von Geräten zum thermischen Spritzen entsprechende technische Regeln, Bauartvorschriften, sowie gesetzliche Bestimmungen zu beachten.
  • Bekannte Brennerköpfe für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Pulver- und Drahtspritz-Pistolen sind mit einem so genannten "Syphonblock" als Brenngas Sauerstoff Mischsystem ausgestattet und mit einer nachgeschalteten Spritzdüse bestückt. Die Brenngas Sauerstoffmischung erfolgt in dem "Syphonblock" nach dem so genannten "Druckgas Mischsystem", so dass innerhalb des "Druckgas-Mischsystems" ein zündfähiges Brenngas-Sauerstoffgemisch entsteht. Durch den Einbau entsprechender Spritzdüsentypen können bisher luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit den meisten Brenngas Sauerstoffgemischen betrieben werden. Es besteht jedoch bereits beim Betrieb mit Brenngasen, wie z. B. Propangas oder Ethen mit relativ niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeiten in Verbindung mit Sauerstoff eine ständige latente Flammenrückzünd- bzw. -rückschlaggefahr, da es bei Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräten in Folge von Ablagerungen von geschmolzenen Spritzpartikel an der Innenwandung der luftgekühlten Brennkammer, und/oder an der Spritzdüsenstirnseite u. a. zu einer Erhöhung des Brennkammerdruckes sowie zu Verwirblungen des Brenngas-Sauerstoffgemisches und somit zur Störung der Strömungsgeometrie der Hypersonic Hochgeschwindigkeitsflamme beim Ausströmen aus der Brennkammeraustrittsbohrung kommen kann. Der unstabile Zustand zwischen Ausströmgeschwindigkeit und Zündgeschwindigkeit führt dazu, dass die Zündgeschwindigkeit der Brenngas Sauerstoffgemische höher wird als die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngas Sauerstoffgemisches, so dass es zwangläufig zu einer Rückzündung, bzw. zu einem "Flammen-Rückschlag in den "Syhonblock" kommt, wo Brenngas in die 4 Sauerstoffströme nach dem Drückgasprinzip zugeführt wird. Ein "Flammen-Rückschlag in einen solchen Syhonblock des Standes der Technik führt zur völligen Zerstörung des gesamten Brennerkopfes. Der Betrieb mit hochenergetischen Brenngasen mit extrem hohen Zünd- und Verbrennungsgeschwindigkeiten, wie Wasserstoff oder Azetylen in Verbindung mit Sauerstoff, ist mit luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennersystemen, die mit einem Druckgas-Mischsystem gemäß dem Stand der Technik ausgestattet sind, nicht möglich, da die Zündgeschwindigkeiten der genannten hochenergetischen Brenngas-Sauerstoffgemische beim Einströmen in die Brennkammer nach dem Zünden durch den in der Brennkammer entstehenden Brennkammerdruck höher ist als die Strömungsgeschwindigkeiten der Brenngas-Sauerstoffgemische.
  • Modifizierte luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte können nur mit Propangas-Sauerstoff- oder mit Ethengas-Sauerstoffgemischen betrieben werden, wobei für die jeweilige Anwendung der entsprechenden Brenngas-Sauerstoffkombination eine spezielle Spritzdüse erforderlich ist. Ein Betrieb dieser Geräte mit hochenergetischen Brenngasen, wie z. B. Azetylen oder Wasserstoff zum Erzeugen bestmöglicher Spritzschichtqualitäten, bei hohen Abschmelz-Leistungen, z. B. bei Spritzzusatzwerkstoffen mit hohen Schmelztemperaturen von > 2.800 Grad Celsius, z. B. Molybdän, ist aus den bereits geschilderten Gründen nicht möglich. In Folge der häufig auftretenden Funktionsstörungen durch den voran geschilderten Sachverhalt sind Brennerköpfe zum thermischen Spritzen, die mit einem "Druckgas Mischsystem" ausgestattet sind eine ständige Unfall- und Gefahrenquelle für das Bedienungspersonal. Brennerköpfe von Pulver- und Flamm-Drahtspritz-Pistolen dieses Standes der Technik sind deshalb speziell für die Modifikation bzw. zum Nachrüsten zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen ungeeignet und gefährlich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Brennerköpfe für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte und einfache Umrüstmittel für luftgekühlte Hochleistungsbrennerköpfe für Pulver-, Draht-Flammspritz-Pistolen, zu schaffen, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können und die insbesondere mit allen Gasen sicher betreibbar sind.
  • Die Lösung erfolgt mit Brennerköpfen für luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Brennerkopf für ein luftgekühltes Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgerät zum thermischen Spritzen von stab-, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit einem Druckgas Mischsystem stromaufwärts einer luftgekühlten Brennkammer und einer nachgeschalteten Spritzdüse versehen. Vier getrennte Bauteile des erfindungsgemäßen luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsflammspritzgerät sind als zusammen wirkende Funktionselemente vorgesehen, von denen das Funktionselement I als Spritzdüsenadapter ausgebildet ist, in dem Betriebsgase, Sauerstoff und Brenngase getrennt in um 360° radial verteilten Axialbohrungen zu einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Spritzdüsenadapters führbar in getrennte Radialringnuten einmünden. Funktionselement II ist eine Montagehülse, mit der Funktionselement III gasdicht an Funktionselement I montierbar ist. Funktionselement III ist als gasmischende Pulver- und/oder Drahtspritzdüse mit austauschbaren oder eingepressten Verschleiss-Schutzinserts ausgebildet, in der die Betriebgase, Sauerstoff und Brenngas zusammenführ- und mischbar sind, um in die als Funktionselement IV ausgebildete Brennkammer einzumünden. Die einzelnen Funktionselemente gleichen zum Umrüsten von Geräten in Ihren äußeren Konturen und Abmessungen entsprechenden Einzelbauteilen, die in Brennerköpfe von Pulver-, Draht-Flammspritzgeräten und/oder luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennern des Standes der Technik eingebaut sind. Mit gleichen äußeren Konturen und Abmessungen ist die erfindungsgemäße, aus vier Baukomponenten bestehende Funktionseinheit eines "Allgas-Sicherheits-Hochleistungsbrennerkopfes" gegen dem Stand der Technik entsprechende Standardbrennerköpfe von Pulver- oder Drahtspritzgeräten und luftgekühlten Hochgeschwindigkeitsbrennern mit geringem Kostenaufwand leicht und unkompliziert austauschbar. Durch die Umrüstmöglichkeit können praktisch alle bei den verschiedenen Anwendern befindlichen Pulver- und Flamm-Drahtspritzsysteme, sowie luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte mit geringem Aufwand kostengünstig modifiziert oder durch den Einbau des erfindungsgemäßen Brennerkopfs umgerüstet werden, so dass den gesetzlichen Anforderungen an luftgekühlte Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräte hinsichtlich Betriebs- und Funktionssicherheit entsprochen ist. Ein zusätzlicher, wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Allgas-Sicherheits-Hochleistungsbrennerkopfes zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen besteht darin, dass dieser ohne Rückzünd- oder Rückschlaggefahr mit allen bekannten Brenngas-Sauerstoffkombinationen betrieben werden kann, wie z. B. mit Azetylen-Sauerstoff, Wasserstoff-Sauerstoff, Propangas-Sauerstoff, Ehtengas-Sauerstoff, Propylen-Sauerstoff, ohne dass es notwendig ist für die entsprechende Benngas-Sauerstoffkombination unterschiedliche Spritzdüsen-Konstruktionen vorzusehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Funktionselement I mit auf getrennten Teilkreisen um auf 360° radial verteilten Axialbohrungen versehen für axial-radialen Druckausgleich der Betriebsgase in zwei stirnseitigen Ringnuten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für Sauerstoff eine äußere Ringnute und für Brenngas eine innere Ringnute von Funktionselement I vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist Funktionselement III mit einer Vielzahl von Sauerstoffbohrungen, einem Radialringraum zwischen Innen- und Außendüse in einem Ringraum, nachgeschalteten Druckdüsenbohrungen und einem Ring- oder Injektorspalt versehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist Funktionselement III für axial-axial druckausgeglichenes Brenngas mit einer inneren Ringnute, einer Vielzahl Axialbohrungen, einem Ringspalt, Mischdüsenbohrungen und stirnseitigen Auslassbohrungen zu einem Innenraum der Brennkammer versehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Sauerstoff mittels einer mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von 5 – 12 bar zugeführt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird Brenngase mittels einer mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten mit einem Zuströmdruck größer 1,5 bar zugeführt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verjüngt die Brennkammer sich konisch zur Mündung hin für erhöhte Austrittsgeschwindigkeiten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung strömt über vorgeschaltete Mess- und Druckregeleinheiten zugeführtes Kühlgas in den Brennraum der Brennkammer ein und bewirkt im Einmündungsbereich der Druckluft eine Mantelströmung an der Innenwand der Brennkammer zur Kühlung der Brennkammer-Innenwand im Verbrennungsprozess.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den Kühlrippen oder im Außenmantel der Brennkammer mit Druckluft beaufschlagte, radial fokussierende Axialbohrungen angebracht zur Verbesserung der Kühlung der Brennkammer sowie zur Steigerung der Abschmelzleistung bei HVOF Drahtspritzprozessen.
  • Die erfindungsgemäßen Effekte der Verbesserung der Kühlung der Brennkammer und Erhöhung der Abschmelzleistung von bis zu 50% gegenüber HVOF Brennersystemen des Standes der Technik basieren auf dem aus der Brennkammer mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit austretenden, mit fokussierendem Kühl- und Zerstäubergas umhüllten "Hypersonik Flammenstrahl", der wie ein starker Injektor wirkt, in dem über die um 360° radial, axial angeordneten Bohrungen große Mengen von Luft aus der Umgebung angesaugt werden, die einerseits a) zur deutlichen Verbesserung der Brennkammer-Kühlung und b) zur Erhöhung der Abschmelzleistung bei HVOF Drahtspritzprozessen beitragen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Brennerkopf einen Winkel auf für Spritzgeräteverlängerungen zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Brennerkopf einen 80°-Winkel auf mit Spritzgeräteverlängerungen zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen mit schwer erreichbaren Beschichtungszonen. Für spezifische Anwendungen, wie zum HVOF Pulverbeschichten von Innenbohrungen oder sonstigen, schwer erreichbaren Beschichtungszonen kann der Winkelkopf auch in Ausführungen mit von 0 – 90° Winkel gefertigt und zur Anwendung gebracht werden.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
  • 1: einen Längs- und einen Querschnitt durch einen Brennerkopf des Standes der Technik,
  • 2, 3: einen Längs- und einen Querschnitt durch einen Brennerkopf mit den Funktionselementen I, II, III und IV gemäß der Erfindung,
  • 4: einen Längsschnitt durch einen 80° Winkelbrennerkopf zum Verspritzen von pulverförmigen Zusatzwerkstoffen mit Spritzgeräte-Verlängerung gemäß der Erfindung.
  • 5: einen Längsschnitt durch eine 80 Grad – Winkelkopfverlängerung" gemäß der Erfindung.
  • 1: In einen Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder Drahtspritzen des Standes der Technik werden Brenngas an einem Anschluss 2 und Sauerstoff an einem Anschluss 3 in einen als Gasmischorgan ausgebildeten Syphonblock 4 bei vorgewählten Zuströmdrücken nach dem "Druckgas Mischprinzip" zusammen geführt an einer Radialnute 5, in der ein zündfähige Brenngas-Sauerstoffgemisch entsteht, das mittels vier radial, axial angeordneter Bohrungen 6 zur Stirnseite des Syphonblocks 4 geführt wird. In einem Ringraum 7 zwischen dem Syphonblock 4 und einer aufgeschraubten Spritzdüse 8 verteilt sich das zündfähige Brenngas-Sauerstoffgemisch radial und über eine Vielzahl von radial, axial fokussierend angeordneten Bohrungen 14 strömt es aus einer Stirnseite der Spritzdüse 8 aus.
  • Der Spritzdüse 8 ist eine luftgekühlte Brennkammer 10 nachgeschaltet. Aus der Stirnseite der Spritzdüse 8 strömt aus den konzentrisch fokussierend um die zentrale Pulver- und/oder Drahtaustrittsbohrung 11 mit Verschleißschutzinsert angeordneten Brenngasbohrungen 9 das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch in die von innen luftgekühlte Brennkammer 10.
  • 2, 3: Entsprechende Merkmale werden mit den Bezugszeichen aus 1 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder -Drahtspritzen weist einen als Spritzdüsenadapter ausgebildeten Syphonblock 4 als Funktionselement I auf, der unter Beibehaltung äußerer Form- und Baumaße die Betriebgase, nämlich Sauerstoff über Anschluss 6 und Brenngase über Anschluss 7, auf getrennten Teilkreisen in um auf 360° radial verteilten Axialbohrungen 15, 16 zur Stirnseite des Syphonblocks 4 in getrennte Radialringnuten 17, 18 führt. Die getrennte Brenngas-Sauerstoffführung führt während des Betriebs des Brennerkopfes 1 zu axial, 360° radialem Druckausgleich der Betriebgase in den beiden stirnseitigen Radialringnuten 17, 18, wobei Sauerstoff in die äußere Ringnute 17 und Brenngas in die innere Ringnute 18 eingespeist wird.
  • In der als gasmischenden Pulver- und/oder Drahtspritzdüse 14 ausgebildeten Funktionselement III werden Sauerstoff und Brenngas, nachdem Funktionselement III mittels einem als Montagehülse 19 ausgebildeten Funktionselement II gasdicht mit Funktionselement I zusammen geschraubt wurde, zusammen geführt und gemischt. Durch eine Vielzahl Sauerstoffbohrungen 20 strömt Sauerstoff in einen Radialringraum 21 zwischen Innen- und Außendüse 22, 23 in einen Ringraum 24, in nach geschaltete Druckdüsenbohrungen 25, durchströmen einen Ringspalt 26 mit Überschallgeschwindigkeit und münden dann in die zentrisch gegenüber liegenden, fokussierend angeordneten Mischdüsenbohrungen 27, um schließlich aus den Auslassbohrungen 28 in die Brennkammer 10 einzumünden. Das axial-radial druckausgeglichene Brenngas gelangt von der inneren Ringnute 18 über Axialbohrungen 29 in den Ringspalt 26, wird durch den mit Überschallgeschwindigkeit den Ringspalt 26 durchströmenden Sauerstoff in die Mischdüsenbohrungen 27 mitgerissen und optimal gemischt und mündet als Brenngas-Sauerstoffgemisch aus den stirnseitigen Auslassbohrungen 28 in den Innenraum der Brennkammer 10, die das Funktionselement IV bildet.
  • In Kühlrippen oder einem Außenmantel 30 der Brennkammer 10 sind mit Druckluft beaufschlagbare, radial fokussierende Axialbohrungen 31 angebracht.
  • Ein Anschluss 35 am Brennerkopf 1 für Kühlgas ist über eine Ringnute 36 und Axialbohrung 37 mit einem 360° Ringraum 38 und über Radialverbindungsbohrungen 39 in der Montagehülse 19 mit der Brennkammer 10 verbunden.
  • 4: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 13 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeits-Pulver- oder –Drahtspritzen ist mit einem Syphonblock 4 als Funktionselement I ausgestattet, der mittels dem als Montagehülse 19 ausgebildeten Funktionselement II über ein Zwischenstück gasdicht und winkelig zu einer Längsachse 42 des Funktionselements III zusammen geschraubt ist. An das als Brennkammer 10 ausgebildete Funktionselement IV ist ein Druckluftanschluss 32 montiert, die mit den Axialbohrungen 31 verbunden ist zur Kühlung der Brennkammer 10.
  • 5: Entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus 14 bezeichnet. Ein Brennerkopf 1 zum Hochgeschwindigkeitspulverspritzen weist einen 80°-Winkel auf mit Spritzgeräteverlängerungen 43 zum Innenbeschichten von zylindrischen Bauteilen mit schwer erreichbaren Beschichtungszonen.
  • Über ein Metallrohr 44 wird Sauerstoff in die äußere Ringnute 17 und über ein Metallrohr 45 Brenngas in die innere Ringnute 18 eingespeist.
  • Verfahren zum Betreiben der Brennerköpfe von luftgekühlten Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgeräten gemäß der Erfindung Sauerstoff wird mittels einer Gassteuerung mit mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von 5 – 12 Bar über Anschluss 6 am Brennerkopf 1 eingespeist und gelangt über Radialringnute 33 von Funktionselement I im Spritzdüsenadapter über die Axialbohrungen 15 in die Ringnute 17 und in das Mischsystem von Funktionselement III.
  • Die für den HVOF Beschichtungsprozess verwendeten Brenngase werden an Anschluss 7 mittels einer Gassteuerung mit mechanischen- oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von größer 1,5 bar am Brennerkopf 1 eingespeist und gelangen über Radialringnute 34 und Axialbohrungen 16 in die stirnseitige innere Ringnute 18 und strömen dann in den Ringspalt 26 um gemeinsam mit Sauerstoff gemischt aus den Auslassbohrungen 28 in die Brennkammer 10 von Funktionselement IV einzumünden.
  • Bevor das Brenngas-Sauerstoffgemisch aus der zentralen Austrittsbohrung 12 der luftgekühlten Brennkammer 10 ausströmt und gezündet wird, wird die Pulver- oder Spritzdrahtzuführung eingeschaltet, so dass Spritzpulver oder Spritzdraht mit dem Brenngas-Sauerstoffgemisch gemeinsam im Zentrum der stirnseitigen Drahtaustrittbohrung 11 austritt, wobei entweder pulverförmiger Spritzzusatzwerkstoff mittels eines Fördergasstromes aus nichtbrennbaren Gasen, z. B. Stickstoff, durch das Zentrum der luftgekühlten Brennkammer 10 gefördert wird oder drahtförmiger Spritzusatzwerkstoff aus dem Zentrum der stirnseitigen Drahtaustrittsbohrung 11 austritt und dabei von dem gleichzeitig ausströmenden Brenngasgemisch umhüllt wird. Dann wird das Brenngas Sauerstoffgemisch gezündet und der Beschichtungsprozess kann beginnen.
  • Das Brenngas-Sauerstoffgemisch strömt aus dem konisch sich zur Ausmündung hin verjüngenden Brennraum der Brennkammer 10.
  • Über Anschluss 35 am Brennerkopf 1 wird Kühlgas, wie z. B. Druckluft über vor geschaltete Mess- und Druckregeleinheiten zugeführt, das über die Ringnute 36 und die Axialbohrung 37 in den 360° Ringraum 38 und die Radialverbindungsbohrungen 39 in der Montagehülse 19 in die Brennkammer 10 strömt und im Einmündungsbereich eine Mantelströmung an der Innenwand der Brennkammer 10 bewirkt und somit die Brennkammer-Innenwand beim Verbrennungsprozess kühlt und vor Überhitzung schützt.
  • Nachdem das aus der Brennkammer 10 ausströmende Brenngas-Sauerstoffgemisch gezündet ist, werden die Brenngas-Sauerstoffmengen, die für den HVOF Beschichtungsprozess erforderlich sind auf die vorgegebenen Sollwerte hochgefahren, das Gleiche gilt für die Kühlluft für die Kühlung der Brennkammer-Innenwand. Über einen Anschluss 40, in den eine Pulver- oder Drahtführungshülse eingeschraubt ist, werden nach Bedarf pulverförmige Spritzzusatzwerkstoffe mittels eines externen Pulverfördersystems, unter Verwendung von Trägergasen (Stickstoff oder Argon) oder drahtförmige Spritzzusatzwerkstoffe und integriert oder extern regelbare Drahtfördersysteme zugeführt, die über die Zentralbohrung 41 im Spritzdüsenadapter 4 und über die Zentralbohrung 11 im Verschleißschutzinsert durch die konische Auslassbohrung 12 der Brennkammer 10 gefördert werden.
  • Nach dem die Brenngas-Sauerstoff- und Druckluftmengen nach dem Zünden des Brenngas-Sauerstoffgemisches auf die Sollwerte hochgefahren wurden, strömt aus der Auslassbohrung der Brennkammer 10 eine Hochgeschwindigkeitsflamme mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit, die auf Grund der spezifischen, sich in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Ausbildung der Brennkammerkontur und durch die Mantelströmung der Druckluft an der Innenwand der Brennkammer beim Austreten auf einen Brennpunkt konzentriert ist. Der Spritzdrahtvorschub wird deshalb beim HVOF Drahtspritzprozess so geregelt, dass die Drahtspitze im Brennpunkt von der Hochgeschwindigkeitsflamme geschmolzen und von dem schlauchförmig fokussierend aus der Brennkammeraustrittsbohrung 12 ausströmenden Druckluftstrom fein zerstäubt mit der kinetischen Energie des HVOF Flammenstrahles und des Zerstäubergases auf die Substratoberfläche aufspritzt, wo sich eine dichte, optimal haftende Spritzschicht bildet. Beim Verspritzen von pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen läuft der Beschichtungsprozess analog ab.

Claims (12)

  1. Brennerkopf (1) für luftgekühltes Hochgeschwindigkeits-Flammspritzgerät zum thermischen Spritzen von stab-, draht- und pulverförmigen Werkstoffen mit einem Druckgas Mischsystem stromaufwärts einer luftgekühlten Brennkammer (10) und einer nachgeschalteten Spritzdüse (12), dadurch gekennzeichnet, dass vier getrennte Bauteile (4, 19, 14, 10) als zusammen wirkende Funktionselemente I–IV vorgesehen sind, von denen das Funktionselement I als Spritzdüsenadapter (4) ausgebildet ist, in dem Betriebsgase, Sauerstoff und Brenngase getrennt in radial verteilten Axialbohrungen (15, 16) zu einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Spritzdüsenadapters (4) führbar in getrennte Ringnuten (17, 18) einmünden, Funktionselement II eine Montagehülse (19) ist, mit der Funktionselement III gasdicht an Funktionselement I montiert wird, Funktionselement III als gasmischende Pulver- und/oder Drahtspritzdüse (14) gebildet ist, in der die Betriebgase, Sauerstoff und Brenngas zusammenführ- und mischbar sind, um in die als Funktionselement IV ausgebildete Brennkammer (10) einzumünden.
  2. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionselement I mit auf getrennten Teilkreisen um auf 360° radial verteilten Axialbohrungen (15, 16) versehen ist.
  3. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für Sauerstoff eine äußere Ringnut (17) und für Brenngas eine innere Ringnut (18) von Funktionselement I vorgesehen ist.
  4. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionselement III mit einer Vielzahl von Sauerstoffbohrungen (20), einem Radialringraum (21) zwischen Innen- und Außendüse, einem Ringraum (24), nach geschalteten Druckdüsenbohrungen (25) und einem Ring- oder Injektorspalt (26) versehen ist.
  5. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionselement III für axial-360° radial druckausgeglichenes Brenngas mit einer inneren Ringnute (18), einer Vielzahl Axialbohrungen (29), einem Ringspalt (26), Mischdüsenbohrungen (27) und stirnseitigen Auslassbohrungen (28) zu einem Innenraum der Brennkammer (10) versehen ist.
  6. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sauerstoff mittels einer mechanischen oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten bei einem Zuströmdruck von 5 – 12 bar zugeführt wird.
  7. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Brenngase mittels einer mechanischen oder elektronischen Gasdurchfluss Mess- und Regeleinheiten mit einem Zuströmdruck größer 1,5 bar zugeführt wird.
  8. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (10) sich in zwei Stufen konisch zur Mündung hin verjüngt.
  9. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über vorgeschaltete, mechanische oder elektronische Mess- und Druckregeleinheiten zugeführtes Kühlgas in den Brennraum der Brennkammer (10) einströmt und im Einmündungsbereich der Druckluft eine Mantelströmung an der Innenwand der Brennkammer (10) bewirkt.
  10. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlrippen oder im Außenmantel (30) der Brennkammer (10) radial fokussierende Axialbohrungen (31) angebracht sind.
  11. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zuleitungen (15, 16) für Betriebsmittel von Funktionselement I mit einem Winkel auf eine Längsachse (42) von Funktionselement III treffen.
  12. Brennerkopf (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Winkel zwischen 0 – 90°, insbesondere ein 80°-Winkel, zwischen Funktionselement I und Funktionselement III mit Spritzgeräteverlängerung (43) vorgesehen sind.
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