DE2526252C3

DE2526252C3 - Anlage zum Beschichten durch Detonation

Info

Publication number: DE2526252C3
Application number: DE2526252A
Authority: DE
Inventors: Anatoly Ivanovitsch Kiew Zverev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-12
Filing date: 1975-06-12
Publication date: 1978-06-15
Also published as: FR2274365B1; DE2526252A1; JPS5621471B2; DE2526252B2; JPS51119330A; CA1052563A; US4004735A; FR2274365A1

Description

stromab gelegenen Endes der Explosionskammer verjüngten Kegels auf, der in Strömungsrichtung über einen zylindrischen Abschnitt und eine sich kegelig erweiternde Innenfläche in den Lauf der Explosionskammer übergeht.

Dies bietet die Möglichkeit, den Strom des Explosionsgemisches noch mehr zu komprimieren und damit seine Geschwindigkeit am Eintritt in den zylindrischen Abschnitt, wo das Gemisch mit dem Pulver der Überzugsmassen endgültig vermischt wird, ohne zusatz- ι ο liehen Energieaufwand zu erhöhen.

Vorteilhaft sind die Zündkerzen in der Außenwand der Vorkammer an Stellen, die den Wandungsteilen zwischen den Durchgangsbohrungen in den Wänden der Explosionskammer gegenüberliegen, angeordnet.

Dies erlaubt es, mit relativ kleinen Abmessungen der Explosionskammer eine Flammenvorzündung zu schaffen und unter anderem die Elektroden der Kerze gegen Eindringen von pulverförmiger Überzugsmasse zu schützen, wodurch die Betriebssicherheit erhöht und ein exaktes Arbeiten der gesamten Anlage und damit die Bildung homogener Überzüge mit guten Eigenschaften gewährleistet werden.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsge mäßen Anlage zum Beschichten durch Detonation in schematischer Darstellung,

Fig.2 die Explosionskammer dieser Anlage in vergrößertem Maßstab in Axialschnitt,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in F i g. 2.

Die Anlage enthält eine Explosionskammer 1 (Fig. 1 und 2), die von einem zylindrischen Wasserkühlmantel 2 umschlossen ist. Zur Wasserzu- und -ableitung sind am Wasserkühlmantel 2 Stutzen 3 und 4 vorgesehen.

Die von einem Dosierapparat 6 für die pulverförmige Überzugsmasse kommende Pulverleitung 5 mündet mit ihrem stromab gelegenen Ende in eine Strahldüse 13, die in der Stirnwand des stromauf gelegenen Endes der Explosionskammer gleichachsig mit dieser angeordnet ist.

Die Explosionskammer 1 steht weiter über ein schlangenartiges Sicherheitsrohr 7 und ein Rückschlagventil 8 mit einer Mischkammer 9, die das Explosionsgemisch zubereitet, in Verbindung, wobei zwischen Sicherheitsrohr 7 und Explosionskammer 1 eine diese Kammer umgebende ringförmige Vorkammer 10 angeordnet ist, deren Hohlraum 10' mit dem Hohlraum Γ der Explosionskammer 1 mittels in deren Wänden 12 angebrachten Durchgangsbohrungen 11 in Verbindung steht.

Die Strahldüse 13 ist auf die Pulverleitung 5 abnehmbar aufgesetzt, um freien Zugang zu den Durchgangsbohrungen 11 in den Wänden 12 der Explosionskammer 1 zur Durchführung von Sichtprüfungen zu haben. Zu diesem Zweck ist die Strahldüse 13 mit Schrauben 14 an der Stirnfläche der Expiosionskammer 1 unter Zwischenlage eines Dichtungsringes 15 in einer Ringnut befestigt.

Der Austrittsquerschnitt 16 der Strahldüse 13 befindet sich stromab der Durchgangsbohrungen 11 in den Wänden der Explosionskammer 1. Dadurch wird das Pulver der Überzugsmasse während des Ausströ- (>s mens des Explosionsgemisches aus den Durchgangsbohrungen 11 in den Hohlraum Γ der Explosionskammer aus der Strahldüse 13 angesaugt, sowie gleichzeitig intensiv mit dem Explosionsgemisch vermischt

Die Innenfläche der Wände 12 der Explosionskammer weisen an der Anordnungsstelle der Vorkammer 10 die Form eines abgestumpften, in Richtung des stromab gelegenen Endes 17 der Explosior.skammer 1 verjüngten Kegels 18 auf, der in Strömungsrichtung über einen zylindrischen Abschnitt 36 und eine sich kegelig erweiternde Innenfläche 19 in den Lauf 20 der Explosionskammer übergeht.

Die Durchgangsbohrungen 11 sind gleichmäßig auf dem Umfang des Querschnitts der Explosionskammer 1 verteilt und ihre Achsen liegen auf einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegel, dessen Achse mit der der Explosionskammer zusammenfällt

Die Zündkerze 21 ist an der Außenwand 22 der Vorkammer 10 an einer Stelle, die den Wandungsteilen zwischen den Durchgangsbohrungen 11 in den Wänden 12 der Explosionskammer 1 gegenüberliegen, angeordnet

Über Elektromagnetventile 23, 24 und 25 und Zuführungsleitungen 26,27,28 steht die Mischkammer 9 mit nicht dargestellten Quellen für die Bestandteile des Explosionsgemisches in Verbindung. Beispielsweise steht das Ventil 23 mit einer Oxidationsmittelquelle (Sauerstoff), das Ventil 24 mit einer Neutralgasquelle (Stickstoff) und das Ventil 25 mit einer Brennstoffquelle (Acetylen) in Verbindung.

Darüber hinaus enthält die Anlage einen Hochspannungsstoßgenerator 29 und eine Steuereinheit 30.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Zunächst werden auf Impulse von der Steuereinheit 30 die Elektromagnetventile 23,24,25 und 31 zur Zufuhr von Oxidationsmittel, neutralem Gas und Brennstoff geöffnet. Die Öffnungsdauer des Ventils 24 für die Neutralgaszufuhr bei Oxidationsmittel- und Brennstoffzufuhr richtet sich danach, welches prozentuale Verhältnis der Bestandteile im Explosionsgemisch erforderlich ist.

Mit Hilfe des Ventils 24 können nämlich durch Zusatz unterschiedlicher Dosen an neutralem Gas zum Explosionsgemisch Temperatur, Druck und Geschwindigkeit der Detonationswelle in weiten Grenzen geregelt und somit der erforderliche Betriebszustand der Anlage für verschiedene Überzugsmassen schnell gewählt werden.

Durch das Ventil 31, das über einen Stutzen 32 mit einer (nicht dargestellten) Quelle eines Druckmediums in Verbindung steht, strömt Fördergas (Stickstoff, Luft) ein, das zum Einblasen des aufzubringenden Pulvers in den Lauf 20 der Explosionskammer 1 dient.

Beim öffnen der Elektromagnetventile 23, 24, 25 strömen somit Oxidationsmittel, neutrales Gas und Brennstoff in die Mischkammer 9 ein, in der sie vermischt werden und ein homogenes Explosionsgemisch bilden, das nach Durchlaufen des Rückschlagventils 8, des Sicherheitsrohrs 7 und des Zuführungskanals 33 über die Vorkammer 10 die Explosionskammer 1 füllt.

Die aufzutragende Pulvermenge wird mit Hilfe des Dosierapparates 6 durch Festlegung einer vorgegebenen Durchflußmenge an Fördergas durch das Ventil 31 vorgegeben. Dabei sind die geometrischen Parameter der Strahldüse 13 und des Mischraumes 34 der Explosionskammer 1 sowie die Daten des Fördergases für ά?5 Pulver, des Pulvers selbst und des Explosionsgemisches (das in bezug auf das Fördergas ein aktives Gas ist) so gewählt, daß beim Eintritt des Pulvers und des Explosionsgemisches in den Mischraum 34 im Austrittsöffnungsbereich 35 ein Unterdruck entsteht, der beste

Saugwirkung für das Pulver und dessen vollständige weitere Durchmischung im zylindrischen Teil 36 der Explosionskammer 1 gewährleistet. Bei dieser konstruktiven Lösung ist der Strom des Explosionsgemisches und des Pulvers am Eintritt in den zylindrischen Teil 36 stark verwirbelt und weist an den Wänden 12 erhöhte Geschwindigkeit auf, was eine praktisch vollständige Durchmischung des Pulvers und des Explosionsgemisches und damit die Erzeugung homogener Überzüge guter Qualität gewährleistet.

Beim Durchströmen der sich kegelig erweiternden Innenfläche (die zum Ausgleich von Druck- und Geschwindigkeitsparametern des Stromes über den gesamten Querschnitt der Explosionskammer 1 dient) strömt das Zweiphasengemisch in den Lauf 20 der Explosionskammer I ein. Dabei wird das Geschwindigkeitsprofil des zweiphasigen Gesamtstroms auf der ganzen Länge des Laufes 20 ausgeglichen und bleibt konstant. Für die Erzeugung homogener hochwertiger Überzüge mit dauerhaften Eigenschaften kommt es auf diesen Umstand besonders an.

Nachdem die Explosionskammer 1 mit dem zweiphasigen Explosionsgemisch gefüllt ist, werden alle Ventile 23, 24, 25 und 31 geschlossen und die Steuereinheit 30 gibt ein Signal zum öffnen des Ventils 24 für Neutralgas sowie ein Signal an den Hochspannungsstoßgenerator 29, der ein Zünden des Gemisches durch die Zündkerze 21 auslöst, nachdem neutrales Gas die Überreste des Explosionsgemisches aus der Mischkammer 9 verdrängt hatte.

Nach der Detonation wird die Explosionskammer 1 über das gleiche Ventil 24 mit neutralem Gas durchblasen. Sodann kann der Arbeitszyklus wiederholt werden.

Die Anlage nach der vorliegenden Erfindung gewährt bei hoher Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit eine exakte Beschichtung mit hervorragendem Ausnutzungsgrad der pulverförmigen Überzugsmasse.

Das Vorhandensein der ringförmigen Vorkammer 10, die mit der Explosionskammer 1 mittels den in deren Wänden 12 angebrachten Durchgangsbohrungen 11 in Verbindung steht, und das Anbringen der Zündkerze 21 im Hohlraum 10' der Vorkammer 10 ermöglichen es, den Strom des Explosionsgemisches zunächst zu teilen, durch nichtstationäre Betriebszustände verursachte Druckpulsationen zu beheben und einen gleichmäßigen Einlauf des Gemischstromes in die Explosionskammer 1 zu gewährleisten sowie eine Flammenvorzündung zu schaffen, und die Elektroden der Zündkerze 21 gegen das Pulver der Überzugsmasse zu schützen, wodurch hohe Betriebssicherheit und exakte Arbeit der Anlage gesichert werden.

Die Durchgangsbohrungen 11 zur Zufuhr des Explosionsgemisches in die Explosionskammer 1, die in ihren Wänden 12 ausgebildet sind, sind, wie bereits erwähnt, gleichmäßig auf dem Umfang des Querschnitts

ίο der Explosionskammer verteilt, und ihre Achsen liegen auf einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegel, dessen Achse mit der Explosionskammer zusammenfällt.

Dies läßt die Strömungsenergie des Explosionsgemisches wirkungsvoller ausnutzen, wobei die Strömungsgeschwindigkeit an den Wänden 12 der Explosionskammer 1 beträchtlich höher wird als auf der Achse, was sich auf die Vorgänge der Gemischbildung sowie auf die Ausbildung homogener qualitätsgerechter Überzüge günstig auswirkt, weil das Geschwindigkeitsprofil des Stromes am Austritt aus dem Kegel 18 der Explosionskammer 1 auf dem gesamten Querschnitt ihres Laufes 20 fast gleichmäßig wird.

Beim Auftragen von Überzügen aus verschiedenen Werkstoffen müssen die technologischen Parameter des Vorganges und somit der Betriebszustand der Anlage entsprechend den Eigenschaften dieser Werkstoffe geändert werden.

Vorteile der Anlage des obenbeschriebenen Typs im Vergleich zu den bisherigen sind Einfachheit und Bequemlichkeit der Änderung dieser Betriebsarten, die auf ein Drehen der Drehknöpfe von entsprechenden Schaltern am Bedienungspult hinausläuft, wodurch zur Durchführung des Arbeitsablaufes nach vorgegebenem Zyklus keine hohle Qualifikation des Bedienungspersonals erforderlich ist.

Die gemäß der obenbeschriebenen Technologie durch Detonation auf die Werkstücke aufgebrachten Überzüge können in allen Zweigen des Maschinen- und Gerätebaus weitgehend und sehr wirkungsvoll Verwendung finden. Da die durch Detonation aufgetragenen Überzüge es gestatten, die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit von unter harten Bedingungen arbeitenden Bauteilen und -gruppen um den Faktor 10 und mehr zu erhöhen, bringt deren Einführung in verschiedene Industriezweige einen besträchtlichen technischen Fortschritt mit sich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zum Beschichten durch Detonation, enthaltend eine Explosionskammer in Form eines Rohres, das über eine Pulverleitung mit einem Dosierapparat für pulverförmige Überzugsmasse und über ein Sicherheitsrohr mit einer Mischkammer, die das Explosionsgemisch zubereitet, in Verbindung steht und zumindest eine Zündkerze zum Entflammen dieses Gemisches aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sicherheitsrohr (7) und Explosionskammer (1) eine diese Kammer umgebende ringförmige Vorkammer (10) angeordnet ist, in die das Sicherheitsrohr mündet und deren Hohlraum (10') mit dem Hohlraum (Γ) der Explosionskammer (1) mittels in deren Wänden (12) angebrachten Durchgangsbohrungen (11) in Verbindung steht, und daß die Pulverleitung (5) mit ihrem stromabgelegenen Ende in eine Strahldüse (13) mündet, die in der Stirnwand des stromauf gelegenen Endes der Explosionskammer (1) gleichachsig mit ihr derart angeordnet ist, daß sich der Austrittsquerschnitt (16) dieser Düse (13) stromab der Durchgangsbohrungen (11) befindet

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (11) gleichmäßig auf dem Umfang des Querschnitts der Explosionskammer (1) verteilt sind und ihre Achsen auf einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegel, dessen Achse mit der Explosionskammer zusammenfällt, liegen.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Wände (12) der Explosionskammer (1) an der Anordnungsstelle der Vorkammer (10) die Form eines abgestumpften, in Richtung des stromab gelegenen Endes (17) der Explosionskammer (1) verjüngten Kegels (18) aufweist, der in Strömungsrichtung über einen zylindrischen Abschnitt (36) und eine sich kegelig erweiternde Innenfläche (19) in den Lauf (20) der Explosionskammer (1) übergeht.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzen (21) in der Außenwand (22) der Vorkammer (10 an Stellen, die den Wandungsteilen zwischen den Durchgangsbohrungen (11) in den Wänden (12) der Explosionskammer (1) gegenüberliegen, angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Beschichten durch Detonation, enthaltend eine Explosionskammer in Form eines Rohres, das über eine Pulverleitung mit einem Dosierapparat für pulverförmige Überzugsmasse und über ein Sicherheitsrohr mit einer Mischkammer, die das Explosionsgemisch zubereitet, in Verbindung st?ht und zumindest eine Zündkerze zum Entflammen dieses Gemisches aufweist.

Beim Einblasen der pulverförmiger] Überzugsmasse durch einen zylindrischen Stutzen hat sich bei Anlagen dieser Art gezeigt, daß das Pulver ein Volumen in Form einer über die Länge der Explosionskammer ausgedehnten Ellipse mit maximaler Teilchenkonzentration in deren mittlerem Teil einnimmt, während die Konzentration an den Enden monoton abnimm·. Dabei verdünnt das das Pulver des Überzugs aus dem Dosierapparat fördernde Gas das Explosionsgemisch in hohem Maße, so daß dessen Konzentration über die Lauflänge auch unbeständig ist Diese Faktoren beeinflussen die' Homogenität und Güte der erzeugten Überzüge nachteilig. Weiter hat sich bei Betrieb der bekannten Anlagen herausgestellt, daß die während der Zündung des Gemisches entstehende Detonationswelle in ihrer Zusammensetzung inhomogen ist und eine Brenn-, eine Stoßwellen- und eine Rücklaufwellenzone enthält Die ■o Rücklaufwellen pflanzen sich dabei in einer zum Hauptgasstrom entgegengesetzten Richtung fort und es entsteht auch nach der Zündung des Gemisches in der Explosionskammer ein Unterdruck, durch den Pulver teilweise zu dem der Austrittsseite der Explosionskam-' 5 mer gegenübei liegenden Ende angesaugt wird.

Das Vorhandensein von Rücklaufwellen und natürlichem Unterdruck fördert das Eindringen von Pulver der Überzugsmasse in den Zwischenelektrodenraum der Zündkerze, was deren vorzeitigen Ausfall herbeiführen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Beschichten durch Detonation mit einer konstruktiven Ausbildung der Explosionskammer zu schaffen, die eine vollständigere Durchmischung des Explosionsgemisches und der pulverförmigen Überzugsmasse zur Erzeugung homogener Überzüge hoher Qualität zu gewährleisten vermag und die betriebssicher arbeitet.

Dies wird bei einer Anlage der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen Sicherheitsrohr und Explosionskammer eine diese Kammer umgebende ringförmige Vorkammer angeordnet ist, in die das Sicherheitsrohr mündet und deren Hohlraum mit dem Hohlraum der Explosionskammer mittels in deren Wänden angebrachten Durchgangsbohrungen in Verbindung steht, und daß die Pulverleitung mit ihrem stromabgelegenen Ende in eine Strahldüse mündet, die in der Stirnwand des stromauf gelegenen Endes der Explosionskammer gleichachsig mit ihr derart angeordnet ist, daß sich der Austrittsquerschnitt dieser Düse stromab der Durchgangsbohrungen befindet.

Diese Lösung bietet die Möglichkeit, den aus der ringförmigen Vorkammer einlaufenden Strom des Explosionsgemisches zunächst zu spalten und somit die Druckpulsation zu beseitigen, sowie einen gleichmäßigen Einlauf des Gemischstromes in die Explosionskammer zu gewährleisten. Gleichzeitig wira dadurch, daß sich der Austrittsquerschnitt der Strahldüse stromab der Durchgangsbohrungen befindet, ein Sog des Pulvers der Überzugsmasse aus der Düse und dessen intensive Vermischung mit dem Explosionsgemisch während des Ausströmens des Explosionsgemisches aus den Durchgangsbohrungen gewährleistet.

Vorteilhaft sind die Durchgangsbohrungen gleichmäßig auf dem Umfang des Querschnitts der Explosionskammer verteilt und liegen ihre Achsen auf einem sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kegel, dessen Achse mit der Explosionskammer zusammenfällt.

Dies gestattet es, die Strömungsenergie des Explosionsgemisches dadurch wirkungsvoller zu verwerten, daß die Geschwindigkeit an den Wänden der Explosionskammer viel höher ist als auf ihrer Achse, was zur Intensivierung des Mischvorganges zwischen dem Pulver und dem Explosionsgemisch beiträgt.

Vorzugsweise weist die Innenfläche der Wände der Explosionskammer an der Anordnungsstelle der Vorkammer die Form eines abgestumpften, in Richtung des