DE2250750C2

DE2250750C2 - Verfahren und Vorrichtung zum intermittierenden Aufbringen eines teilchenförmigen Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück durch Flammsprühen

Info

Publication number: DE2250750C2
Application number: DE2250750A
Authority: DE
Inventors: John M. Seguin Tex. Clark jun.; Ronald J. Mathis; Rosser B. Helotes Tex. Melton jun.; William D. Waterford Jun.; Charles D. San Antonio Tex. Wood III
Original assignee: Hb Zachry Co 78205 San Antonio Tex Us
Current assignee: Hb Zachry Co 78205 San Antonio Tex Us
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-10-17
Publication date: 1982-09-02
Also published as: IT980990B; FR2160390A1; JPS4859138A; NO139912B; CA984233A; HU174657B; FR2160390B1; AR195981A1; US3801346A; IL40695A; SE398979B; IL40695A0; DE2250750A1; AU467770B2; ZA727456B; BE790902A; NO139912C; GB1415345A; NO773683L; AU4853072A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum intermittierenden Aufbringen eines teilchenförmigen Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück in einer Folge von Impulsen durch Flammsprühen.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird das brennbare Gasgemisch in einer Verbrennungskammer gezündet, die bezogen auf die Strömungsrichtung vor einem Rohr liegt, dessen Länge ausreicht, um in ihm eine Ultraschallwelle aufzubauen und hindurchlaufen zu lassen. In Strömungsrichtung hinter der Verbrennungskammer wird teilchenförmiges Beschichtungsmaterial in das Rohr eingebracht, so daß das Beschichtungsmaterial sich mit hoher Geschwindigkeit durch das Rohr bewegt und aus diesem auf ein Werkstück aufgebracht werden kann.

Ein Nachteil bei diesem bekannten Verfahren besteht dann, daß ein ausreichend langes Rohr eingesetzt werden muß, um eine Ultraschallwelle aufrechtzuerhalten. Dies hat einen unnötig sperrigen Aufbau zur Folge. Ferner wird das Beschichtungsmaterial, das bezogen auf die Strömungsrichtung hinter der Verbrennungszone in das Rohr eingebracht wird, nicht direkt erwärmt, wie dies in der Verbrennungszone möglich wäre. Schließlich ist ein Teil des in der Verbrennungszone aufgebauten Spitzendruckes der Schallwelle bei Erreichen des Bereichs, in den das Beschichtungsmaterial eingebracht wird, bereits abgeklungen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfach ausführbares Verfahren zu schaffen, mit dem sich das Beschichtungsmaterial mit möglichst hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück aufbringen läßt

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß das brennbare Gasgemisch in eine eine Austrittsdüse aufweisende Verbrennungskammer eingebracht und gezündet wird, wobei durch den von der Düse hervorgerufenen Strömungsstau während der Verbrennung ein sehr schneller Druckanstieg auf einen Spitzenwert mit einer nachfolgenden Druckabfallperiode beim Ausströmen der Verbrennungsgase durch die Düse entsteht, daß mit dem Gasgemisch oder bis zu einem Zeitpunkt, an dem in der Verbrennungskammer mindestens noch ein wesentlicher Teil des Spitzendrukkes vorhanden ist, eine Charge des Beschichtungsmaterials eingebracht wird, und daß die ausströmenden Verbrennungsgase mit dem darin enthaltenen Beschichtungsmateriai mit hoher Geschwindigkeit gegen das Werkstück gelenkt werden. Als Spitzenwert für den Druck in der Verbrennungskammer wird vorzugsweise 2,81 N/mm² und als Geschwindigkeit für das gegen das Werkstück gerichtete Beschichtungsmaterial vorzugsweise 500 m/s gewählt. Die Impulsfolge beträgt in bevorzugter Ausgestaltung 5 bis 25 Impulse pro Sekunde.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Druck zur Erzeugung der Geschwindigkeit des Beschichtungsmaterials nicht durch eine ein langes Rohr benötigende Ultraschallwelle, sondern durch die Zündung des Gasgemisches in einer Verbrennungskammer mit einer einen Strömungsstau erzeugenden Düse hervorgerufen, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentlich kompaktere Anordnung eingesetzt werden kann, als dies bei dem bekannten Verfahren der Fall war. Ferner wird das gesamte Beschichtungsmateriai mit hoher Geschwindigkeit gegen das Werkstück gelenkt und damit eine gute Beschichtung erreicht, weil die Zufuhr von Beschichtungsmaterial zur Verbrennungskammer beendet wird, wenn in dieser noch ein erheblicher Druck herrscht, also sichergestellt ist, daß kein Beschichtungsmaterial von unter geringem Druck stehenden und damit verhältnismäßig langsam strömenden Verbrennungsgasen transportiert wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum intermittierenden Aufbringen eines teilchenförmigen Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück in einer Folge von Impulsen durch Flammsprühen mit einer Verbrennungskammer, die mit einer Brennstoffzuführeinrichtung zum impulsförmigen Einbringen eines

brennbaren Gasgemisches, mit einer Zündeinrichtung und mit einem Austritt für die Verbrennungsgase verbunden ist, sowie mit einer Injektionseinrichtung zur Zufuhr von Chargen des Beschichtungsmaterials, und zeichnet sich dadurch aus, daß die Injektionseinrichtung mit der Verbrennungskammer verbunden und über eine Zeitsteuerung mit Zündeinrichtung gekoppelt ist und daß der Austritt für die Verbrennungsgase aus einer den Gasstrom einengenden Düse besteht Die Verbrennungskammer und die Düse haben dabei vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, wobei das Verhältnis von Innendurchmesser der Verbrennungskammer zu Innendurchmesser der Düse mindestens 5 :1 beträgt

Die Erfindung wird im folgenden anhand der ein

Ausführungsbeispiel zeigenden Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum

Aufbringen von teilchenförmigen! Beschichtungsmate-

F i g. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorratseinrichtung für das brennbare Gasgemisch für die Vorrichtung gemäß F i g. 1.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Verbrennungskammer.

Fig.4 zeigt schematisch die Zündschaltanordnung für eine mit der Verbrennungskammer verbundene Zündkerze.

F i g. 5 zeigt in einem Zeitdiagramm die verschiedenen Arbeitsperioden der Teile gemäß F i g. 1.

F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch die Brennstoffeinlaßeinheit gemäß F i g. 1.

F i g. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 7-7 aus Fig. 6.

F i g. 8 zeigt einen Schnitt durch den Pulverinjektor gemäß F ig. 1.

F i g. 9A zeigt schematisch die elektrische Schaltungsanordnung für ein Solenoid, das einen Teil der Brennstoffeinlaßeinheit gemäß F i g. 6 bildet.

Fig.9B zeigt in einem Diagramm den Strom- und Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit für die elektrische Schaltungsanordnung gemäß F i g. 9A.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung enthält eine Verbrennungskammer 2, deren Form etwa einem umgekehrten Kolben entspricht, und eine nach unten gerichtete Düse 4, durch die im sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Gasstrom befindliches, teilchenförmiges Beschichtungsmaterial impulsweise auf ein darunter befindliches Werkstück 6 gelenkt wird. Zu der Verbrennungskammer 2 gehören eine Brennstoffeinlaßeinheit 8 zum periodischen Zuführen jeweils einer Charge von brennbarem Gasgemisch in die Verbrennungskammer 2, eine an der Verbrennungskammer befestigte und in ihr Inneres gerichtete Zündkerze 10 zum Zünden der Charge des Gasgemisches und einen Pulverinjektor 12 zum Zuführen einer Charge teilchenförmigen Materials. Es lassen sich viele teilchenförmige Materialien verarbeiten, einschließlich solcher mit höherem Schmelzpunkt, etwa Wolframkarbid, sowie auch blattförmige Metallbeschichtungen und andere Beschichtungen.

Die aus Stahl oder ähnlichem Material bestehende Verbrennungskammer 2 hat im wesentlichen die Form eines umgekehrten Kolbens mit abgeflachtem, vergrößertem oberen Endbereich von mittlerem Durchmesser »D« (F i g. 3) und verengt sich zu einem verkleinerten Halsbereich. An das freie untere Ende des Halsbereiches der Verbrennungskammer 2 ist ein Block 20 angeschweißt, der ein Gewinde zur Aufnahme des oberen Endes der vorstehend erwähnten Düse 4 hat, die aus einem konzentrisch zur senkrechten Achse der Verbrennungskammer 2 angeordneten kurzen Rohr besteht

Eine horizontale Buchse 22 erstreckt sich durch die Wand der Verbrennungskammer 2 in das Innere des oberen vergrößerten Bereiches. Diese Buchse hat ein Innengewinde und nimmt einen mit Gewinde versehenen Teil der vorstehend erwähnten Brennstoffeinlaßeinheit 8 auf. Diese führt periodisch (wie später beschrieben wird) Chargen brennbaren Gasgemisches, etwa eine Mischung aus Propangas und Luft, in das Innere der Verbrennungskammer 2 ein.

Die Mischung wird dann mittels der vorstehend erwähnten, durch die Wand der Verbrennungskammer 2 geführte Zündkerze 10 (Fig. 1) gezündet. Die Zündkerze ist zentral im vergrößerten oberen Bereich der Verbrennungskammer angeordnet und um 90° gegenüber der Einlaßeinheit 8 versetzt Sie besteht aus einer üblichen Autozündkerze, die bei Aktivierung eine Flammenfront hervorruft die sich durch die Charge von brennbarer Mischung erstreckt.

Die Verbrennung innerhalb der Kammer erfolgt durch Abbrennen und nicht durch Explosion, d. h. die Flammenfront setzt sich durch die Mischung in der Verbrennungskammer mit Schallgeschwindigkeit, etwa 25 m/s, fort. Vorzugsweise findet die Verbrennung des Gasgemisches vollständig durch Abbrand bzw. Deflagration statt.

Die Kammer 2 kann jedoch auch so dimensioniert sein, daß der Druckanstieg während der Deflagration für einen unverbrannten Teil des brennbaren Gasgemisches in der Kammer, das sogenannte Endgas, so schnell erfolgt, daß der letzte Teil der Verbrennung durch Selbstzündung erfolgt, wobei die plötzliche Zündung des Endgases in allen Bereichen im wesentlichen gleichzeitig stattfindet.

Ein Charakteristikum der Kammer zur Erzielung eines für eine zufriedenstellende Beschichtung ausreichenden Druckanstieges während der Verbrennung besteht im Verhältnis von Durchmesser des. oberen vergrößerten Bereiches der Verbrennungskammer 2 und Durchmessers der Auslaßdüse 4. Vorzugsweise wird die brennbare Mischung aus Propan und Luft der Kammer 2 mit einem Druck von etwa 0,70 N/mm² zugeführt, und es wird während der Verbrennung einen Druckanstieg bis zum Spitzenwert von etwa 2,81 N/mm² erreicht. Hat die Austrittsdüse 4 einen zu großen Innendurchmesser, tritt vor dem Aufbau eines ausreichenden Druckes zu viel Gasgemisch aus. Um den gewünschten Druck zu erhalten, hat sich ein Verhältnis von mittlerem Innendurchmesser »Dir des vergrößerten oberen Bereiches der Verbrennungskammer zum Innendurchmesser der Düse 4 (»d« in Fig.3) von mindestens 5 :1 und vorzugsweise mehr als zweckmäßig erwiesen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Innendurchmesser »d« der Düse 8,47 mm betrug, hatte die Kammer im vergrößerten Bereich einen Durchmesser »D« von etwa 6,35 cm, so daß sich ein Verhältnis D/d von 7,5 ergab. Die beschriebenen Drücke und Abmessungen der Verbrennungskammer führten zu einer Gasgeschwindigkeit beim Durchtritt durch die Düse von etwa 1000 m/s, wobei die Geschwindigkeit des enthaltenen Beschichtungsmaterials etwa 500 m/s beträgt.

Ein anderes wichtiges Charakteristikum der Verbrennungskammer 2 besteht in ihrem Gesamtvolumen in ßezjehjjng zum Querschnittsbereich der Düse 4. Das

Volumen der Kammer 2 sollte ausreichend groß sein, um während einer Zeitspanne einen Gasstrom durch die Düse zu ermöglichen, die ausreichend lang ist, um eine Beendigung der Zeitspanne der Injektion der Charge von teilchenförmigem Beschichtungsmaterial in die Verbrennungskammer zu ermöglichen, während der Druck in dieser immer noch auf einem hohen Wert ist. Wenn also in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Injektion des Pulvers während einer Zeitspanne von etwa 5 Millisekunden erfolgen kann, sollte die Zeitspanne für das Ausströmmen des Gases aus der Düse ein Mehrfaches betragen. So erfordert beispielsweise eine Düse mit einem Innendurchmesser von 6,35 mm ein Kammervolumen von mindestens 131 cm³, wobei sich eine Ausströmzeitspanne von etwa 10 Millisekunden ergibt. In der Praxis kann ein Kammervolumen von 197 bis 230 cm³ verwendet werden. Bei diesen Abmessungen kann das Beschichtungsmaterial in die Verbrennungskammer 2 eingebracht und im wesentlichen aus ihr herausbefördert werden, bevor der Druck in der Kammer auf einen Wert abgesunken ist, der nicht mehr ausreicht, um das Beschichtungsmaterial mit einer solchen Geschwindigkeit gegen das Werkstück zu schleudern, daß eine zufriedenstellende Beschichtung entsteht.

Verschiedene Gesichtspunkte beeinflussen die Düsenlänge. Diese wird durch die erforderliche Auftreffgeschwindigkeit und die Teilchengröße des Beschichtungsmaterials sowie den Feuerdruck bestimmt, wobei sie für eine gegebene Geschwindigkeit proportional der Teilchengröße und umgekehrt proportional dem Feuerdruck ist. Die gewünschte Geschwindigkeit ist diejenige, bei der die Teilchen des Beschichtungsmaterials zu einer dichten, gut verbundenen Beschichtung zusammengefügt oder »zusammengeschlagen« werden. Eine zu hohe Geschwindigkeit führt zum Aufbrechen der Beschichtung oder sogar zum Entfernen von Material des Werkstücks, während eine nicht ausreichende Geschwindigkeit eine poröse Beschichtung zur Folge hat. Die Temperatur spielt eine untergeordnete Rolle für das Erweichen der Teilchen, um Aufpralldeformationen zu erleichtern; sie wird hauptsächlich durch Einbringen des Beschichtungsmaterials in das heiße Gas im Verbrennungsraum festgelegt, während in der Düse nur eine geringe zusätzliche Erwärmung erfolgt. Verhältnismäßig hoher Feuer- bzw. Explosionsdruck (bezogen auf den zur Verfügung stehenden Brennstoff- und Luftzufuhrdruck) ermöglicht hohe Geschwindigkeiten bei einer kurzen Düse. Die Düse kann viel kürzer als beschrieben gewählt werden, wenn der Feuerdruck proportional erhöht wird, und wenn man die Teilchengröße und/oder den Luft-Brennstoffzufuhrdruck ändert. So wurde beispielsweise beim Aufbringen einer Beschichtung aus Wolframkarbid mit einer Teilchengröße zwischen 0,015 mm und 0,044 mm bei Verwendung einer Düse von 10,2 cm Länge eine zufriedenstellende Beschichtung erzielt, die amorphe Struktur mit einer Knoop-Härte von etwa 1200 und eine Haftung von mehr als 773 N/mm² bei Bestimmung nach Standardtests hatte.

Wesentliche Vorteile, die sich durch Verwendung einer verhältnismäßig kurzen Düse erzielen lassen, bestehen in der starken Verringerung der verhältnismäßig wichtigen Wandreibung und der Wärmeverluste an der Wand. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei einer »Trinkstrohhalme-Düse, d.h. einer Düse mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser vor mehr als 30, ein großer Wandbereich im Verhältnis zum Querschnittsbereich, so daß die Wandreibung den Gasstrom beim Hindurchtreten durch die Düse erheblich abbremst und außerdem ein zusätzlicher, verhältnismäßig großer Wärmeverlust entsteht. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer kurzen Düse den Einbau der Vorrichtung auch dort, wo nur wenig Platz zur Verfügung steht.

Der in der Verbrennungskammer ablaufende Prozeß ist bezogen auf die Drücke und Abmessungen des

ίο bevorzugten Ausführungsbeispiels grafisch in F i g. 5 dargestellt. Zu Anfang eines Impulses oder eines Stromes zum Zeitpunkt 0 beginnt brennbares Gemisch mit einem Druck von 0,70 N/mm² für etwa 8 Millisekunden durch die Einlaßeinheit 8 in die Kammer zu strömen. Nach etwa 5 Millisekunden wird eine Charge von teilchenförmigem Beschichtungsmaterial in die Kammer eingeführt, und diese Zufuhr endet etwa 10 Millisekunden nach dem Zeitpunkt 0. Etwa in der Mitte der Materialzufuhr, nachdem also 7,5 Millisekunden vergangen sind, zündet die Zündkerze 10 die Mischung, wodurch ein schneller Druckanstieg in der Verbrennungskammer stattfindet und etwa 10 Millisekunden nach dem Zeitpunkt 0 der Spitzenwert von etwa 2,8 N/mm² erreicht wird.

Die Zufuhr von Beschichtungsmaterial endet etwa zu dem Zeitpunkt, zu dem der Druck in der Kammer seinen Spitzenwert erreicht hat. Zu etwa dieser Zeit sind die ersten der eingebrachten Teilchen aus der Verbrennungskammer 2 heraus und durch die Düse 4 gelangt, um auf das Werkstück aufzutreffen, womit die Beschichtungszeitspanne beginnt, die etwa 2 Millisekunden dauert Die Beschichtungszeitspanne ist kürzer als die Materialzuführzeitspanne, da die später eingebrachten Teilchen infolge des in der Kammer aufgebauten Druckes mit den früheren Teilchen in der Düse zusammengebracht werden. Zum Ende der Beschichtungszeitspanne ist im wesentlichen das gesamte ieilchenförmige Material aus der Verbrennungskammer 2 herausgepreßt worden, so daß beim schließlich erfolgenden Abfall des Kammerdruckes unter einen zur Erzielung einer Beschichtung ausreichenden Wert bereits die gesamte Beschichtungsmaterialcharge aufgebracht ist. ,
Mail erkennt, daß die zeitliche Anpassung der Materialzuführzeitspanne so gewählt werden kann, daß sie nach der Zündung und nicht vor der Zündung beginnt Dies ist besonders zweckmäßig, wenn das Beschichtungsmaterial in eine Umgebung eingebracht werden soll, in der bereits der gesamte Sauerstoff verbrannt ist um Teilchenoxydationen zu vermeiden.

Die vorstehend erwähnte Brennstoffeinlaßeinheit 8 (F i g. 6 und 7) enthält ein zylindrisches Einlaßgehäuse 30 mit einem ein Gewinde aufweisenden Ansatz 3z, dessen vorderes Ende mit der vorstehend beschriebenen Buchse 22 verschraubt ist Vom vorderen Ende des Einlaßgehäuses 30 erstreckt sich ein Einlaßdurchlaß 34 nach hinten, der etwa in der Mitte des Einlaßgehäuses endet. Von diesem Einlaßdurchlaß verläuft durch den übrigen Teil des Einlaßgehäuses ein zweiter Durchlaß 36 mit geringerem Durchmesser nach hinten, der einen verschiebbaren Ventilstößel 38 mit einem Ventilkopf 40 aufnimmt Der Ventilkopf 40, der entlang seines Randes abgeschrägt ist sitzt auf einem entsprechend abgeschrägten Ventilsitz 42 am Einlaßgehäusekörper 30 und unterbricht beim Aufliegen die Strömungsverbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 34 und der Verbrennungskammer 2.
Um den Ventilkopf in der geschlossenen, aufliegen-

den Stellung zu halten, ist am sich nach hinten über das Einlaßgehäuse 30 hinaus erstreckenden hinteren Ende des Ventilstößels 38 eine hinterschnittene Ringnut 42 vorgesehen, die eine nach vorn gerichtete Schulter 43 bildet, welche in Berührung mit einer kreisförmigen Federhalterung 44 steht. Eine Druckfeder 46 ist zwischen dem Einlaßgehäuse 30 und der Federhalterung 44 konzentrisch um den Ventilstößel 38 angeordnet und gerade so stark, daß sie den Ventilkopf 40 gegen den Druck des zugeführten brennbaren Gasgemisches, das dem Inneren des Einlaßdurchlasses 34 kontinuierlich über eine Leitung 48 (F i g. 7) zugeführt wird, geschlossen hält.

Um den Ventilkopf 40 nach vorn von dem Sitz wegzubewegen, so daß eine Strömungsverbindung zwischen dem Einlaßdurchlaß 34 und dem Inneren der Verbrennungskammer entsteht, sind zwei Solenoide 50 an gegenüberliegenden Seiten außen am Einlaßgehäuse 30 befestigt. Die Solenoide 50 sind von üblicher Bauart. Jedes hat eine Wicklung 51 (F i g. 9A) mit einem axial hin und her und bei Erregung der Spule in diese hinein bewegbaren Kolben 52. Die Kolben 52 sind mit einem Querjoch 54 (Fig.6) verbunden, das in dauernder Anlageberührung mit dem freien hinteren Ende des Ventilstößels 38 steht.

Sind die Solenoide 50 stromlos, wirkt die Feder 46 auf den Ventilstößel 38, der das Joch 54 nach hinten bewegt, so daß die Kolben 52 sich in der nach hinten gestreckten Stellung befinden, wenn der Ventilkopf 40 auf dem Sitz aufliegt. Durch Erregung der Solenoide 50 und damit jo Bewegung von deren Kolben 52 in die Spule, wird das Joch 54 nach vorn (in die gestrichelt in Fig.6 gezeigte Lage) bewegt, wodurch der Ventilstößel 38 nach vorn verschoben und der Ventilkopf 40 vom Ventilsitz gelöst wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das brennbare Gasgemisch, das bevorzugterweise unter einem Druck von 0,70 N/mm² steht, in die Verbrennungskammer 2 einzuströmen. Die Solenoide 50 werden etwa zu dem Zeitpunkt stromlos, zu dem die Zündkerze gezündet wird. Der sich dann in der Verbrennungskammer sehr schnell aufbauende Druck ermöglicht die Rückkehr des Ventilkopfes 40 auf den Ventilsitz mittels der Feder 46 und eine schnelle Unterbrechung der Verbindung zwischen Verbrennungskammer 2 und Einlaßdurchlaß 34, bevor die fortschreitende Flammenfront das Gemisch im Einlaßdurchlaß erreichen kann.

Um zu verhindern, daß brennbare Mischung entlang dem Ventilstößel 38 aus dem Einlaßgehäuse herausgelangt, wodurch Brandgefahr bestehen würde, ist im Einlaßgehäuse 30 eine ringförmige Aussparung vorgesehen, die den Ventilstößel etwa in der Mitte des zweiten Durchlasses 36 (Fig.7) umgibt Über eine Leitung 58 wird der Aussparung 56 Luft mit Überdruck gegenüber dem Druck des dem Einlaßdurchlaß 34 zugeführten brennbaren Gasgemisches zugeleitet Dadurch erfolgt jegliches Austreten von Gas zwischen dem Ventilstößel 38 und dem zweiten Durchlaß 36 von der Aussparung 56 zum Einlaßdurchlaß 34 hin, so daß das Austreten von brennbarem Gemisch nach hinten in die umgebende Luft verhindert wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem das teilchenförmige Material durch das Brennstoffeinlaßventil in die Kammer 2 eingebracht wird, indem es dem Brennstoff gas zugesetzt wird, ist der Gasstrom durch die Aussparung 56 außerdem sehr wichtig, um zu verhindern, daß das Beschichtungsmaterial den Raum um den Ventilstößel füllt und dessen schnelle Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung verhindert

Um die Solenoide 50 zur impulsartigen oder zyklischen Zufuhr von Gemisch in die Verbrennungskammer zu erregen und stromlos zu machen, wird die elektrische Schaltungsanordnung gemäß Fig.9A benutzt. Die bevorzugte Arbeitsgeschwindigkeit liegt im Bereich von 5 bis 25 Impulsen pro Sekunde, kann jedoch verändert werden. Die Spule 51 des Solenoids 50 ist mit einem Kondensator 62 in Reihe geschaltet, der von einer durch die Batterie 64 angedeuteten Spannungsquelle (300 V) aufgeladen wird, wenn die Kontaktpunkte 66a und 66f> verbunden sind. Sind die Kontaktpunkte 66a und 66c verbunden, wird der Kondensator 62 über die Spule 51 des Solenoids entladen, wodurch der zugehörige Kolben 52 nach vorn bewegt wird. Beim erneuten Verbinden der Kontaktpunkte 66a und 666 erfolgt wiederum über die Spule 66 die Aufladung des Kondensators 62 von der Spannungsquelle 64. In den Schaltkreis der Solenoid- spule 51 ist eine Gleichrichterdiode 70 eingesetzt, um einen Rückfluß des Stroms zu verhindern, wenn die Kondensatorladung entgegengesetzte Polarität (Fig.9B) annimmt, so daß sichergestellt ist, daß dem Solenoid nur ein einzelner Stromimpuls zugeführt wird. Mit dieser Schaltung wird der Verlust von elektrischer Energie auf ein Minimum herabgesetzt.

In gleicher Weise sind zur Aktivierung der Zündkerze 10 (F i g. 4) ein Kondensator 70 und die Primärwicklung 72 eines üblichen Zündtransformators, dessen Sekundärwicklung 73 mit der Zündkerze 10 verbunden ist, in Reihe mit einer Batterie geschaltet. Ein Paar Kontaktpunkte 76 liegen parallel über dem Kondensator 70. Sie werden durch die Bewegung des Ventilstößels 38 miteinander verbunden und voneinander getrennt. Wenn sich der Ventilstößel zum Abheben des Ventilkopfes 40 bewegt, werden die Kontaktpunkte 76 miteinander verbunden, und in der Primärspule 72 beginnt ein Strom zu fließen. Bewegt der Ventilstößel den Ventilkopf 40 in die Schließstellung, so werden die Kontaktpunkte 76 wieder getrennt, und die Spannungsänderung in den Wicklungen des Transformators erzeugt den Zündfunken. Obwohl in dem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung mit nur einer Zündkerze beschrieben wurde, ist es klar, daß auch zwei an gegenüberliegenden Seiten der Verbrennungskammer 20 angeordnete Zündkerzen 10 benutzt werden könnea

Wie vorstehend bereits erwähnt, wird brennbares Gemisch über die Leitung 48 zum Einlaßdurchlaß 34 in der Einlaßeinheit 8 befördert Dieses brennbare Gemisch stammt von einer in F i g. 2 dargestellten Vorratseinrichtung, die einen Brennstoff-Luftmischbehälter 80 enthält, der an die Leitung 48 angeschlossen ist und in der zur Herstellung der brennbaren Mischung Luft und Propan bei einem Druck von etwa 0,7 N/mm² gemischt werden. Wenn der Ventiikopf 4Ö abhebt, fließt das Gemisch über die Leitung 48 und den Einlaßdurchlaß 34 in die Verbrennungskammer 2, die nach Beendigung des vorhergehenden Impulses unter einem Druck von weniger als 0,7 N/mm² steht

Die Luft wird dem Mischbehälter 80 von einem Druckraum 82 zugeführt, der mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht, die einen Druck von 0,7 N/mm² liefert Der Druckbehälter 82 ist über eine Zwischenleitung 84 mit dem Mischbehälter 80 verbunden.

Das Propangas wird dem Mischbehälter 80 über Verbindungsleitungen 88 aus einer flüssiges Propan enthaltenden Flasche 86 zugeführt Außerhalb der Propanflasche 86 sind elektrische Heizelemente 90 angebracht, die die Temperatur des flüssigen Propans erhöhen, so daß es verdampft Durch das Erwärmen des flüssigen

Propans entsteht ein Druck von etwa 0,8 N/mm², und das Propangas fließt durch eine in der Leitung 88 angeordnete, veränderbare Verengung 92, die die Zufuhrmenge für den Mischbehälter 80 steuert. Mit der Leitung 88 ist ein über eine Abzweigung mit der Luftleitung 84 in Verbindung stehender Servoregler 94 verbunden, der automatisch den Druck des Propangases an den der Luft anpaßt

Es sind zwei Sicherheitseinrichtungen vorgesehen. Ein Druckmesser 98, der in Strömungsverbindung mit dem Propangas in der Leitung 88 steht, ist mit der Spannungsquelle für die Heizelemente 90 verbunden, so daß bei einem vom Druckmesser 98 festgestellten ungewöhnlichen Druckanstieg automatisch die Heizelemente abgeschaltet werden. Ferner ist es erforderlich, die Heizelemente 90 dann abzuschalten, wenn das flüssige Propan in der Flasche 86 verbraucht ist. Zu diesem Zweck ist mit der Propanflasche eine schematisch angedeutete Waage 100 verbunden, die die Spannung von den Heizelementen 90 abschaltet, wenn das Gewicht von Flasche 86 und Inhalt unter einen vorbestimmten Wert absinkt

Der Mischbehälter 80 und der Druckbehälter 82 sind von wesentlich größerem Volumen als die Verbrennungskammer 2, um auf diese Weise Schwankungen im Förderdruck für das brennbare Gemisch während des Einströmens in die Verbrennungskammer zu vermeiden.

Obwohl das beschriebene flüssige Propan verwendet werden kann, ist es klar, daß durch entsprechende Abwandlungen auch ein anderer flüssiger Brennstoff oder ein Brennstoffnebel mit Luft gemischt und zur Bildung eines brennbaren Gemisches der Verbrennungskammer zugeführt werden kann.

Der vorstehend erwähnte Pulverinjektor 12 (Fig.8) enthält ein vertikal angeordnetes, geschlossenes, hohles, zylindrisches Gehäuse 120, das am unteren Ende einen Gewindeansatz 122 aufweist, der mit einer Buchse 124 verschraubt ist, welche am oberen Ende mit der Verbrennungskammer verschweißt ist und sich durch deren Wand erstreckt. Ein durch den Ansatz 122 verlaufender vertikaler Durchlaß 126 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Inneren des Gehäuses 120 und dem Inneren der Verbrennungskammer 2 her. Dieser Durchlaß ist jedoch normalerweise durch einen Ventilkopf 128 verschlossen, der auf einem im unteren Ende des Gehäuses 120 befestigten Dichtring 130 aufliegt Der Ventilkopf 128 kann vom Ventilstößel 132 senkrecht vom Sitz 130 abgehoben werden. Der Ventilstößel erstreckt sich durch das obere Ende des Gehäuses 120 nach oben und außen, und im oberen Ende des Gehäuses ist eine übliche Druckdichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die eine Vertikalbewegung des Stößels 132 ohne Druckveriuste zuläßt.

Am Stößel 132 ist in der Nähe der Mitte des Gehäuses ein Kolben 134 befestigt, der das Innere des Gehäuses in eine obere Kanuner 136 und eine untere Kammer 138 teilt Der Kolben 134 führt den Ventilstößel bei der vertikalen Verschiebung, um sicherzustellen, daß sich der Ventilkopf vertikal vom Sitz 130 weg und auf diesen zu bewegt

Teilchenförmiges Material wird periodisch fiber eine horizontale Leitung 140, die mit dem Gehäuse 120 verbunden ist und sich durch dessen Seitenwand erstreckt, in die untere Kanuner 138 befördert Am gegenüberliegenden Ende ist die Leitung 140 mit dem unteren Ende einer Abgabeeinheit 142 verbunden, die einen oberen Speicherbehälter 144 für einen Vorrat an Beschichtungsmaterial und eine untere Schütte 146 enthält Der Speicherbehälter 144 besteht aus einem geschlossenen, senkrecht angeordneten Zylinder mit einer kegelstumpfförmigen Bodenwand, die in einen engen Hals 148 übergeht. Zentrisch durch den Speicherbehälter 144 er-ϊ streckt sich eine senkrechte Welle 150 mit einem Gewinde 152 am unteren Ende im Hals 148, wobei ein Abstand zu den Wänden vorhanden ist. Ein Ventilkopf 154 ist an das untere Ende der Welle 152 angeschraubt und hat einen nach oben gerichteten kegelstumpfförmigen

ίο Teil, der auf einem entsprechenden Sitz am unteren Ende des Halses 148 aufliegt.

Normalerweise wird das Ausströmen durch den Hals in die über ein Zwischenstück 160 mit dem Speicherbehälter 144 verbundene Schütte 146 durch den Ventilkopf 154 verhindert. Die Welle 150 kann jedoch wahlweise nach unten bewegt werden, so daß durch den Hals 148 Teilchen in die Schütte 146 gelangen. Außerdem unterstützt das Gewinde 152 am unteren Ende der Welle 150 den Transport von teilchenförmigen! Material nach unten in die Schütte. Aus der Schütte 146 gelangt das Material über die Zwischenleitung 140 in die untere Kammer.

Durch die Verwendung eines Speicherbehälters und einer Schütte kann die dem Gehäuse 120 bei jeder Charge zugeführte Materialmenge gesteuert werden. Außerdem stellt die Schütte 146 sicher, daß das Volumen des mit einer wesentlich größeren Menge Luft gemischten Beschichtungsmaterials durch die Leitung 140 befördert wird, so daß ein Verklumpen in der Leitung 140 unterbleibt, was dann auftreten könnte, wenn das Material aus dem Speicherbehälter ohne die dazwischen liegende Schütte direkt in die Leitung gelangte.

Da das teilchenförmige Material während einer Zeitspanne in die Verbrennungskammer gebracht werden muß, während der der Druck in dieser Kammer auf einen Spitzenwert von etwa 2,81 N/mm² ansteigt, muß sichergestellt werden, daß der Druck im Inneren des Gehäuses 120, des Speicherbehälters 144 und der Schütte 146 noch höher ist Zu diesem Zweck sind die obere Kammer 136, das Innere des Speicherbehälters 146 und das Innere der Schütte 146 über Abzweigleitungen 164, 166 und 168 mit einer Förderleitung 162 für Druckluft von etwa 7,03 N/mm² verbunden.
Um das Material in die untere Kammer 138 einzubringen, wird der Stößel 132 senkrecht angehoben, so daß der Ventilkopf 128 vom Ventilsitz freikommt Durch den hohen Druck in der unteren Kammer 138 werden die Teilchen in Richtung auf die Düse 4 in die Verbrennungskammer eingepreßt Dadurch, daß die Teilchen an der von der Düse 4 entfernten Seite in die Verbrennungskammer eingebracht werden, ergibt sich eine ausreichende Verweilzeit in der Kammer 2, um eine Vorerwärmüfig zu erhalten, bevor die Teilchen in de™ mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 4 austretenden Strom von Verbrennungsgasen gelangen.

Die nachfolgende Rückkehr des Ventils in die geschlossene Stellung wird durch den hohen Druck an der Oberseite des Ventilkopfes 128 unterstützt, durch den sich ein besonders schnelles und wirksames Schließen ergibt

Der Ventilstößel 132 kann mittels eines Solenoids und Der Ventilstößel 132 kann mittels eines Solenoids und der zugehörigen Schaltung entsprechend den vorste hend beschriebenen Solenoiden 50 und den zugehörigen Schaltungen angehoben und abgesenkt werden. Man erkennt, daß die Solenoide für den Brennstoffeintritt, das Solenoid für die Materialzufuhr und die Zündkerze in Abhängigkeit von den Schaltern der zagehörigen

Schaltkreise aktiviert werden. Wie vorstehend bereits erwähnt, sind die Kontakte zur Betätigung der Zündkerze 10 am Einlaßventil befestigt, so daß die Zündung nach dem öffnen des Einlaßventils automatisch zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt In gleicher Weise wird das öffnen des Ventils für die Materialzufuhr in zeitlicher Anpassung durch Kontakte für das Materialzufuhrsolenoid erreicht, die etwa 3 Millisekunden nach dem Abheben des Ventilkopfes 40 schließen. Dies kann durch auf einer gemeinsamen, sich drehenden Welle be- ι ο festigte Nocken erreicht werden, die den Betrieb der das Einlaßventil und den Materialzuführkolben betätigenden Schalter in gewünschter zeitlicher Zuordnung steuern.

Das Beschichtungsmaterial kann auch bereits mit dem brennbaren Gemisch vermischt in die Kammer eingebracht werden, also die Zufuhr des Beschichtungsmaterials zur Kammer nicht getrennt vom brennbaren Gemisch stattfinden. Dies erfolgt vorteilhafterweise so, daß man das Beschichtunesmaterial zwischen der Quelle für Luft und Brennstoff und dem Brennstoffeinlaßventil in die Leitung 48 einführt oder daß man das Beschichtungsmaterial in die Kammer 34 im Brennstoffeinlaßventil 8 einbringt. In beiden Fällen kann dann das Beschichtungsmaterial zusammen mit dem brennbaren Gemisch in die Verbrennungskammer eintreten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum intermittierenden Aufbringen eines teilchenförmigen Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück in einer Folge von Impulsen durch Flammsprühen, dadurch gekennzeichnet, daß brennbares Gasgemisch in eine eine Austrittsdüse aufweisende Verbrennungskammer eingebracht und gezündet wird, wobei durch den von der Düse hervorgerufenen Strömungsstau während der Verbrennung ein sehr schneller Druckanstieg auf einen Spitzenwert mit einer nachfolgenden Druckabfallperiode beim Ausströmen der Verbrennungsgase durch die Düse entsteht, daß mit dem Gasgemisch oder bis zu einem Zeitpunkt, an dem in der Verbrennungskammer mindestens noch ein wesentlicher Teil des Spitzendruckes vorhanden ist, eine Charge des Beschichtungsmaterials eingebracht wird, und daß die ausströmende Verbrennungsgase mit dem darin enthaltenen Beschichtungsmaterial mit hoher Geschwindigkeit gegen das Werkstück gelenkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spitzenwert für den Druck in der Verbrennungskammer 2,81 N/mm² und als Geschwindigkeit für das gegen das Werkstück gerichtete Beschichtungsmaterial 500 m/s gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsfolge von 5 bis 25 impulsen pro Sekunde gewählt wird.

4. Vorrichtung zum intermittierenden Aufbringen eines teilchenförmigen Beschichtungsmaterials auf ein Werkstück in einer Folge von Impulsen durch Flammsprühen mit einer Verbrennungskammer, die mit einer Brennstoffzuführeinrichtung zum impulsförmigen Einbringen eines brennbaren Gasgemisches, mit einer Zündeinrichtung und mit einem Austritt für die Verbrennungsgase verbunden ist, sowie mit einer Injektionseinrichtung zur Zufuhr von Chargen des Beschichtungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionseinrichtung (12) mit der Verbrennungskammer (2) verbunden und über eine Zeitsteuerung mit der Zündeinrichtung (10) gekoppelt ist und daß der Austritt für die Verbrennungsgase aus einer den Gasstrom einengenden Düse (4) besteht.

5: Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (2) und die Düse (4) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben und daß das Verhältnis von Innendurchmesser der Verbrennungskammer (2) zu Innendurchmesser der Düse (4) mindestens 5 :1 beträgt.