DE2208770C1 - Vorrichtung zum Überziehen von wärmeschockempfindlichen Werkstücken durch Flammspritzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Über­ ziehen von wärmeschockempfindlichen Werkstücken durch Flammspritzen mit einem drehbar gelagerten runden Träger, an dessen Umfang eine Anzahl von Werkstückhaltern drehbar gelagert ist, mit entlang der Bewegungsbahn der Werkstück­ halter ortsfest und in Bezug auf die Achsen der Werkstück­ halter einstellbar angebrachten Düsen für das Aufspritzen des Überzugsmaterials auf die Werkstücke mit Einrichtungen zum Drehen des Trägers um seine Achse und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Drehbewegung der Werkstückhalter um ihre Achsen.

Aus der US-PS 2 069 845 ist eine Vorrichtung zum Überziehen von Werkstücken bekannt, welche die vorstehend angegebenen Merkmale aufweist. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht zum Überziehen von Werkstücken durch Flammspritzen bestimmt, sondern zum Aufsprühen von Wachs oder einem ähnlichen Material, beispielsweise auf becherförmige Werkstücke, und sie ist deshalb besonders im Hinblick auf einen solchen Anwendungszweck ausgebildet. Der runde Träger ist ein horizontaler Tisch, der um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist, und die Werk­ stückhalter sind mit Spindeln versehen, die in verti­ kalen Lagern drehbar sind, die entlang dem Umfang des runden Tisches befestigt sind. Die Einrichtungen zur Erzeugung der Drehbewegung der Werkstückhalter sind durch ortsfest angebrachte Zahnstangen gebildet, die an den erforderlichen Stellen beim Vorbeigang der Werkstückhalter mit Ritzeln zum Eingriff kommen, die auf den Spindeln der Werkstückhalter sitzen.

Würde man eine solche Vorrichtung zum Überziehen von Werkstücken durch Flammspritzen mit Flammspritzbrennern verwenden, so bestünde im Betrieb eine beträchtliche Ge­ fahr von Störungen und Ausfällen, weil nicht nur die Werkstücke, sondern auch die Werkstückhalter und Teile des als Träger dienenden horizontalen runden Tisches stoßweise den hohen Temperaturen der Flammspritzbrenner ausgesetzt wären. Infolge der wechselnden Wärmeausdeh­ nungen kann es dann leicht zu Klemmungen und Hemmungen kommen, die wiederum ungleichmäßige Erwärmungen der Werkstücke zur Folge haben können. Wärmeschockempfind­ liche Werkstücke können dadurch leicht zerstört werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, die einen besonders einfa­ chen und auch bei starken Temperaturschwankungen stö­ rungsunanfälligen Aufbau hat.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Träger ein vertikal angeordnetes Rad ist, das aus zwei im Abstand voneinander liegenden Flanschen besteht, die mit ihrem Umfang auf Scheiben aufliegen, die paarweise jeweils um eine gemeinsame Achse drehbar sind, wobei die beiden Scheiben eines Paares motorisch angetrieben sind und als Antriebsscheiben für das Rad dienen, daß in den Flanschen des Rades entlang dessen Umfang Antriebsrollen und Stützrollen drehbar gelagert sind, daß die Werkstückhalter zylindrische Teile sind, die mit ihrem Umfang an den Stützrollen und Antriebs­ rollen anliegen, und daß wenigstens ein endloser Rie­ men um die Antriebsrollen und die Achse der beiden Antriebsscheiben gelegt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders zum Über­ ziehen von wärmeschockempfindlichen Werkstücken durch Flammspritzen mittels Flammspritzbrennern ausgebildet, da sie es einerseits ermöglicht, die Werkstücke in einer Folge von sehr kurzen Flammspritzstufen zu behandeln, die voneinander durch verhältnismäßig sehr lange Abkühlungs­ stufen getrennt sind, und da sie andererseits sehr un­ empfindlich für die bei dieser Behandlungsweise unver­ meidlichen starken thermischen Belastungen und großen Temperaturschwankungen ist.

Da bei der Vorrichtung nach der Erfindung das als Träger dienende Rad praktisch festpunktlos gelagert ist und nur mit seinem Umfang auf den Antriebsscheiben aufliegt, kön­ nen die im Betrieb auftretenden wechselnden Wärmeausdeh­ nungen keine Störung des Antriebs verursachen. Auch die für das Drehen der Werkstücke vorgesehenen Mechanismen enthalten keine starren oder formschlüssigen Verbindungen, so daß auch eine störungsfreie Drehbewegung der wärme­ schockempfindlichen Werkstücke ungeachtet der starken stoß­ weisen Erhitzungen gewährleistet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, die insbesondere für das Überziehen der Enden von rohrförmigen oder anderen rotationssymmetri­ schen Werkstücken geeignet ist, besteht darin, daß die Werkstückhalter rohrförmige Hülsen sind, in welche die Werkstücke so eingesteckt sind, daß ihre zu überziehen­ den Enden zu beiden Seiten des Rades vorstehen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der beim Flammsprit­ zen bestehenden Probleme hinsichtlich der Aufeinanderfolge von Flammspritz- und Abkühlungsstufen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2.

Mit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung soll er­ reicht werden, daß das zu überziehende Werkstück einer Folge von sehr kurzen Flammspritzstufen ausgesetzt wird, die voneinander durch verhältnismäßig sehr lange Abküh­ lungsstufen getrennt sind. Durch diese Maßnahme wird er­ reicht, daß die von dem Werkstück während des Flammsprit­ zens gespeicherte Wärme sehr gering ist und das Werkstück Zeit hat, diese Wärme während der ausgedehnten Abkühlungs­ stufe zwischen den aufeinanderfolgenden Flammspritzstufen nahezu vollständig wieder abzugeben. Daher bleibt die mittlere Temperatur des Werkstücks während des Überzugs­ vorgangs niedrig und nahezu konstant. Es ist dadurch mög­ lich, sehr wärmeschockempfindliche Werkstücke ohne Gefahr einer Beschädigung dieser Werkstücke zu überziehen.

Dies ist in Fig. 1 dargestellt, wo die in vollen Linien gezeichneten Kurven einen Überzugsvorgang darstellen, wie er mit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird, während die in unterbrochenen Linien gezeichneten Kurven einem Überzugsvorgang entsprechen, der mit einem sehr viel größeren Verhältnis zwischen der Flammspritzzeit und der Abkühlungszeit durchgeführt wird. Die Kurven sind natürlich völlig schematisch und dienen nur zur Erläuterung des Prinzips. Insbesondere sind die Verhältnisse zwischen den Flammspritzzeiten und den Ab­ kühlungszeiten der deutlicheren Darstellung wegen sehr viel größer als in Wirklichkeit.

Die in vollen Linien gezeichnete untere sägezahnförmige Kurve C₁ stellt die Änderung der wirklichen Temperatur des Werkstücks in der Überzugszone während des Überzugs­ vorgangs als Funktion der Zeit dar, während die kontinuier­ liche regelmäßige Kurve C₂ die Änderung der mittleren Temperatur des Werkstücks in der Überzugszone als Funktion der Zeit darstellt. Wie festzustellen ist, ist die Flamm­ spritzzeit t₁ sehr kurz und insbesondere sehr viel kürzer als die Abkühlungszeit t₂; der Temperaturunterschied ΔT₂ zwischen der Temperatur des Werkstücks am Beginn einer Flamm­ spritzstufe und der Temperatur des gleichen Werkstücks am Ende dieser Flammspritzstufe ist sehr klein. Praktisch liegt dieser Unterschied in der Größenordnung von einigen Grad Celsius.

Die Flammspritzzeit t₁ schwankt je nach der Art des auf­ zubringenden Überzugs und des zu überziehenden Werkstücks; sie liegt jedoch vorzugsweise stets in der Größenordnung eines Sekundenbruchteils, vorteilhafterweise in der Größen­ ordnung von 1/100 s.

Das anzuwendende Verhältnis t₁/t₂ schwankt gleichfalls je nach der Art des beabsichtigten Überzugs und des zu überziehenden Werkstücks, doch muß es stets sehr klein sein; die bevorzugten Verhältnisse t₁/t₂ liegen etwa zwischen 1 : 100 und 1 : 120.

Bei einer Prüfung der durch die Kurve C₂ dargestellten Temperatur ist zu erkennen, daß diese, nachdem einmal die Anfangsperiode des Verfahrens Unterschritten ist, nahezu konstant und stets sehr niedrig bleibt; diese Temperatur hängt hauptsächlich von der Wärmeleitfähig­ keit des Werkstoffs des zu überziehenden Werkstücks ab. Man muß also die Zeiten t₁ und t₂ in Abhängigkeit von diesem Werkstoff so einstellen, daß Kurven erhalten werden, welche den Verlauf der Kurven C₁ und C₂ der Zeichnung haben, damit eine Zerstörung des Werkstücks vermieden wird, wenn dieses besonders wärmeschockempfind­ lich ist.

Die oberen Kurven D₁ und D₂ haben die gleiche Bedeutung wie die Kurven C₁ bzw. C₂, aber sie werden dann erhalten, wenn mit sehr viel größeren Verhältnissen t'₁/t'₂ und sehr viel längeren Flammspritzzeiten t'₁ gearbeitet wird.

Es ist zu erkennen, daß infolge der viel längeren Flamm­ spritzzeiten der Temperaturunterschied ΔT₁ wesentlich größer ist, und daß infolge der kürzeren Abkühlungs­ zeiten die mittlere Temperatur des Werkstücks sehr viel höher ist.

Es ist also ersichtlich, daß diese Art des Vorgehens für wärmeschockempfindliche Werkstücke nicht geeignet ist.

Das Flammspritzen kann auch so erfolgen, daß die den Überzug empfangende Zone nicht in jeder Flammspritz­ stufe gleich ist. Dies ermöglicht einerseits die Er­ zielung von vollkommen gleichförmigen Überzügen auf dem Umfang des Werkstücks, und andrerseits können zeit­ lich näher beieinanderliegende aufeinanderfolgende Flamm­ spritzstufen vorgesehen werden, weil es ausreicht, daß bei zwei aufeinanderfolgenden Flammspritzvorgängen, wel­ che die gleiche Zone betreffen, die zuvor angegebenen Bedingungen für die Flammspritzzeit und das Verhältnis von Flammspritzzeit zur Abkühlungszeit erfüllt werden.

Allerdings muß in diesem Fall die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs des Werkstücks berücksichtigt werden, damit eine unzulässige Erhöhung der mittleren Temperatur des Werkstücks vermieden wird. Man kann auch dicke Überzüge ohne Auftreten von inneren Spannungen durch aufeinander­ folgende Überzüge geringer Dicke erhalten.

Auf diese Weise können beispielsweise Überzüge aus hitze­ beständigen Oxiden auf Metalle oder Metallüberzüge auf verschiedenartige Werkstücke aufgebracht werden. Die nachstehend beschriebene Vorrichtung ist insbesondere dann geeignet, wenn die Werkstücke rohrförmig oder ro­ tationssymmetrisch sind.

Für das Flammspritzen kann in Verbindung mit der Vor­ richtung jede beliebige Art von Brennern verwendet wer­ den, die für das Flammspritzen geeignet sind.

In Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die für das Überziehen von rotationssymmetrischen Werkstücken, beispielsweise Rohren, bestimmt ist.

Diese Vorrichtung enthält einen kontinuierlichen beweglichen Träger, der durch ein rundes Rad R gebildet ist, das auf vier Scheiben gelagert ist, von denen drei Scheiben 1, 2 und 3 in Fig. 2 zu erkennen sind. Diese Scheiben sind ihrerseits an einem Sockel 4 gelagert. Die Scheiben 1 und 2, die parallel zueinander an der gleichen Seite des Rades R liegen, werden von einem Motor M über eine Welle 5 in Drehung versetzt. Eine zylindrische Buchse 6 verbindet die beiden Scheiben starr miteinander.

Das Rad R ist aus zwei parallelen ringförmigen Flanschen 7 und 8 gebildet, die miteinander durch eine gewisse Anzahl von Werkstückhaltern verbunden sind, die bei dem dargestellten Beispiel aus rohrförmigen Hülsen 9 bestehen, von denen der Klarheit wegen nur einige in Fig. 2 dargestellt sind. Diese Hülsen sind in Bohrungen der Flansche so gelagert, daß sie sich in diesen Bohrungen frei drehen können. In das Innere jeder Hülse 9 ist mit enger Passung, evtl. unter Einfügung eines die Einführung erlaubenden reibungsmindernden Films, ein Rohr T eingesetzt, dessen Enden beispielsweise mit einem hitzebeständigen Oxid durch Flammspritzen überzogen werden soll. Die Rohre T sind mit den entsprechenden Hülsen 9 so fest verbunden, daß sie alle ihre Bewegungen mitmachen.

Wie zu erkennen ist, werden die Hülsen 9 und die Rohre T von dem Rad R mitgenommen, so daß sie vor Flammspritzbrennern P₁, P₂, P₃, P₄ vorbeigehen, die von beliebiger, für diese Überzugsweise geeigneter Art sind. Die Flammspritzbrenner P₁ und P₂ spritzen in der Richtung der Achse der Rohre T, während die Flammspritzbrenner P₂ und P₄ seitlich auf die Enden der Rohre spritzen.

Die Hülsen 9 werden zusätzlich in eine Drehbewegung um ihre eigene Achse in den Flanschen versetzt; dies geschieht durch eine Einrichtung, die in Fig. 3 genauer dargestellt ist. Die Hülsen 9 werden seitlich in ihrer Lage in den Flanschen durch freilaufende Rollen 10 gehalten, und werden mit Hilfe von Rollen 11 in Drehung versetzt, die in den Flanschen 7 und 8 drehbar gelagert sind und jeweils mit zwei Werkstückhalter­ hülsen 9 in Berührung stehen, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist. Diese Rollen ersetzen also bei ihrer Drehung die Hülsen 9 und die damit drehfest verbundenen Rohre T in eine Drehung um ihre eigene Achse. Die Rollen 11 werden ihrerseits von zwei Riemen 12 und 13 in Drehung versetzt, die an jeder Rolle anliegen und um die die Scheiben 1 und 2 verbindende Buchse 6 geführt sind. Eine freilaufende Führungs- und Spann­ rolle 14, die von zwei nicht dargestellten Armen getragen wird, gewährleistet die Spannung der Riemen auf den Rollen 11 und auf der Buchse 6. Durch diese Ausbildung ist es möglich, den zu überziehenden Werkstücken (im dargestellten Fall den Rohren T) eine Planetenbewegung zu erteilen, die zur Folge hat, daß die Werkstücke niemals die gleiche Mantel­ linie dem gleichen Flammspritzbrenner darbieten. Man erhält dadurch eine bessere Homogenität des Überzugs.

Die Vorrichtung wird von einem Steuerpult aus gesteuert, das die Inbetriebnahme der Flammspritzbrenner und die Einleitung der Drehbewegung des Rades ermöglicht. Eine nicht dargestellte Einrichtung ermöglicht das automatische und gleichzeitige Stillsetzen der Flammspritzbrenner und des Rades.

Der Betrieb der Vorrichtung ist sehr einfach. Nachdem die Flammspritzbrenner mit den Stäben aus dem aufzuspritzenden Material beschickt und die Rohre in die Hülsen 9 eingesetzt worden sind (wobei dieses Einsetzen auch leicht automatisch durchgeführt werden kann), werden die Flammspritzbrenner gezündet, und man versetzt das Rad vor diesen Flammspritz­ brennern in Drehung, bis der gewünschte Überzug erhalten ist; dann werden die Flammspritzbrenner und das Rad still­ gesetzt. In der Praxis werden die Werkstücke sehr nahe nebeneinander am Umfang des Rades R angebracht (Fig. 3), und die Flammspritzbrenner arbeiten dauernd, da nur eine sehr kurze Zeit zwischen dem Vorbeigang aufeinanderfolgender Werkstücke vor dem Flammspritzbrenner verstreicht und daher der Verlust an Überzugsmaterial sehr gering ist.

Es ist zu erkennen, daß jede Zone des Rohres bei jedem Umlauf nur einmal vor jedem Flammspritzbrenner erscheint, während der Rest des Umlaufs der Abkühlung gewidmet ist. Das Rad wird vorzugsweise so konstruiert und angetrieben, daß jede Zone des Rohres nur einen Sekundenbruchteil vor jedem Flammspritzbrenner bleibt, und daß die Abkühlungs­ zeit beispielsweise 100 bis 120 mal länger als die Flamm­ spritzzeit ist.

Bei einer als Beispiel anzugebenden praktischen Ausführungs­ form der Vorrichtung trägt das Rad R 120 Rohre, und es dreht sich, wie dargestellt, vor vier Flammspritzbrennern. Sie wird für das Überziehen von keramischen, also sehr wärmeschockempfindlichen Rohren mit Aluminiumoxid verwendet. Das Rad wird mit einer konstanten Drehzahl von 1 U/s angetrieben, und die Rohre T drehen sich infolge der Wirkung der Riemen 12 und 13 um ihre eigenen Achsen mit einer Drehzahl von 3 1/3 U/s. Bei jedem Umlauf gehen die Rohre während 1/120 s vor den Flammspritzbrennern vorbei und kühlen sich während 119/120 s ab. Die gesamte Behandlungs­ dauer der 120 Rohre beträgt 20 Minuten.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht also die automatische Behandlung von einer großen Anzahl von Werkstücken in einer sehr kurzen Zeit und mit einer sehr guten Überzugshomogenität. Die Ergebnisse sind vollkommen reproduzierbar, wodurch die Vorrichtung sehr brauchbar für die Behandlung von großen Serien gleichartiger Werkstücke ist.

Falls erwünscht, ist es möglich, beispielsweise mit Hilfe eins Ventilators oder Gebläses Sekundärluft rings um die Werkstücke zuzuführen, damit die Abkühlung zwischen den Flammspritzstufen noch beschleunigt wird.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Überziehen von wärmeschockempfindlichen Werkstücken durch Flammspritzen mit einem drehbar gela­ gerten runden Träger, an dessen Umfang eine Anzahl von Werkstückhaltern drehbar gelagert ist, mit entlang der Bewegungsbahn der Werkstückhalter ortsfest und in Bezug auf die Achsen der Werkstückhalter einstellbar angebrach­ ten Düsen für das Aufspritzen des Überzugsmaterials auf die Werkstücke mit Einrichtungen zum Drehen des Trägers um seine Achse und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Drehbewegung der Werkstückhalter um ihre Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein vertikal angeordnetes Rad (R) ist, das aus zwei im Abstand voneinander liegen­ den Flanschen (7, 8) besteht, die mit ihrem Umfang auf Scheiben (1, 2, 3) aufliegen, die paarweise jeweils um eine gemeinsame Achse drehbar sind, wobei die beiden Scheiben (1, 2) eines Paares motorisch angetrieben sind und als Antriebsscheiben für das Rad (R) dienen, daß in den Flanschen (7, 8) des Rades entlang dessen Umfang An­ triebsrollen (11) und Stützrollen (10) drehbar gelagert sind, daß die Werkstückhalter (9) zylindrische Teile sind, die mit ihrem Umfang an den Stützrollen (10) und Antriebsrollen (11) anliegen, und daß wenigstens ein endloser Riemen (12, 13) um die Antriebsrollen (11) und die Achse (6) der beiden Antriebsscheiben (1, 2) gelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhalter (9) rohrförmige Hülsen sind, in welche die Werkstücke (T) so eingesteckt sind, daß ihre zu über­ ziehenden Enden zu beiden Seiten des Rades (R) vorstehen.