DE2743567C2 - Brennerdüse für Flammspritzgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennerdüse für Flammspritzgeräte gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Brennerdüsen der genannten Art sind nach der US-PS 31 Π 267 bekannt.

Die Qualität pulverflammgespritzter Schichten in bezug auf Dichtheit, Festigkeit und dgl. ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Eine einwandfreie funktionsfähige Pulverflammspritzpistole mit richtig eingestellten Spritz-Parametern, entsprechende Grundwerkstoff-Vorbereitung durch Sandstrahlen, Einhaltung des vorgegebenen Spritzabstandes, Spritzwinkels usw. gewährleistet nicht in jedem Fall einwandfreien Schichtaufbau. Spezielle hochschmelzende Pulver-Spritzwerkstoffe, z. B. Metalloxyde, auch Keramik genannt, zeigen beim Verarbeiten einen hohen Schwierigkeitsgrad. Exotherm reagierende Metallpulver, die als Haftbrücke Verwendung finden, neigen zum Anbacken an der Düsenstirnseite, sofern keine optimale Konstruktion diese» Bauteils vorliegt. Brennerdüsen, bei denen Schwierigkeiten der vorgenannten Art auftreten, sind schon seit langem nach der CH-PS 2 00 074 und der US-PS 21 25 764 bekannt Durch eine Düsenausbildung nach der DE-PS 12 45 813, wurde bereits eine Verbesserung gegenüber den vorgenannten Düsen erreicht

Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt daß auch diese vorbekannte Spritzdüse bei extremer Belastung und speziell beim Verarbeiten von hochschmelzenden pulverförmigen Keramik-Spritzwerkstoffen nur unzureichende Schichtqualitäten bringt Auch beim Verarbeiten von exotherm reagierenden Metallpulvern bzw. beim Spritzen über längere Zeitabstände neigt die vorgenannte Düse zum Kleben bzw. Zubacken durch Pulverrückstände an der Stirnseite der Düse.

is Beim Spritzen hochschmelzender, pulverförmiger Spritzwerkstoffe, wie z. B. Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und den sogenannten Cermets (Metallpulver-Metalloxyd-Gemengen), kommt es außerdem zu einer unzureichenden Erwärmung der Spritzpartikel dadurch, daß zwischen der zentral angeordneten Spritzdüse und der konzentrisch angeordneten Heizflamme aus dem dazwischen liegenden Ringkanal ein Kühlgasstrom austritt der verhindert daß die Partikel unmittelbar mit der Heizflamme in Berührung kommen und dort optimal angeschmolzen werden.

Wie aus der DE-PS 21 75 774 erkennbar, ist die Düse so konstruiert, daß ein zylindrischer Teil etwa um 1,7 mm über die oben ausgebildete Stirnfläche hervorragt bzw. dieser vorgelagert ist Aufgrund dieser ungünstigen aerodynamischen Konstruktion kommt es offenbar zu Wirbelbildungen, die zu den vorgenannten Störungen in Form von Anlagerungen von Pulverückständen an der Stirnseite der Düsen führen, die sich von Zeit zu Zeit lösen und in die Auftragsschicht fliegen können und damit die Qualität der Schicht beeinträchtigen.

Auch die Düse nach der einleitend erwähnten US-PS 31 U 267 genügten den zu stellenden Forderungen nicht. Um eine divergierende Trägergasströmung vor der Düse zu erreichen, sind im Mündungsbereich entweder durch Siege gehaltene Einsätze vorgesehen, wobei die Stege ideale Ansatzmöglichkeiten bieten oder es sind divergierende Einzelkanäle vorgesehen, die jedoch zwangsläufig nicht zu einer homogenen Ausdüsung des Pulvermaterials führen können. Gleiches gilt für eine Düsen-Gasmischanordnung nach der DE-OS 15 46 027. Bei einer Düse nach der FR-PS 9 96 422 ist eine solche divergierende Ausströmung nicht vorgesehen, die wegen ihrer optimalen Verteilung der Spritzkomponenten (Gas, Pulver) wünschenswert ist.

so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennerdüse, ausgehend von der nach der US-PS 31 11 267, zu schaffen, die eine optimale Verteilung der Spritzkomponenten (Gas, Pulver) in der Flamme gewährleistet, unter Vermeidung der Gefahr des An- und Zubackens, insbesondere im Austrittsbereich des Pulverträgergaskanales und an der Stirnfläche der Düse, mit den nachteiligen Folgen für die Qualität der aufgetragenen Beschichtung.
Diese Aufgabe ist mit einer Brennerdüse nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Die einfachste Verwirklichungsform einer solchen Brennerdüse besteht in einer Blockdüse aus einem nichtnetzenden Werkstoff, d. h. ein Werkstoff, der bspw. nicht bei einer bestimmten Temperatur mit Aluminium reagiert, bei der die Stirnfläche kegelig oder konvex gewölbt ausgebildet ist. Im Zentrum der Stirnseite ist

die Pulveraustrittsbohrung, um die konzentrisch eine Vielzahl von Gasbohrungen oder ein Ringkanal angeordnet ist, aus dem das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch axial oder auf einen beliebigen Brennpunkt konzentriert austritt und die Spritzpartikel bei der kynetischen Energie der Flamme auf die entsprechend vorbereitete Werkstückoberfläche schleudert.

Die konvex gewölbte bzw. flach kegelstumpfförmige Stirnfläche sorgt dabei, was im einzelnen noch näher erläutert wird, für eine günstige Strömungsanlage an dieser Fläche, so daß Wirbelbildungen (sogenannte Totwasserbereiche) weitgehend vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Brennerdüse und weitere Ausführungsformen, wie sie sich nach den Unteransprüchen ergeben, werden nachfolgend anhand der zeichnerisehen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnittdurch die Brennerdüse;

Fig.2 eine flammseitige Ansicht der Brennerdüse nach F i g. 1;

Fig.3 einen Schnitt durch eine besondere Ausführung eines Brennerdüseneinsatzes;

F i g. 4 einen Schnitt durch eine besondere einfache Ausführungsform einer Brennerdüse;

F i g. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Brennerdüse;

F i g. 6 einen Schnitt längs Linie Vl-VI in F i g. 5;

F i g. 7 die flammseitige Ansicht der Düse nach F i g. 5;

Fig.8 die anströmseitige Ansicht der Düse nach F i g. 5;

F i g. 9 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Düse und

Fig. 10 einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform der Düse.

Fig. 1, 2 zeigen eine Brennerdüse 2 in Form einer Blockdüse, aus nichtnetzendem Material, bspw. Beryllium-Cu, bei der die austrittsseitige Fläche 1 flach kegelstumpfförmig ausgebildet und der Pulver-Trägergaskanal 3 austrittsseitig erweitert ist.

Im Pulver-Trägergaskanal 3 ist ein Einsatz 6 aus verschleißfestem Material, beispielsweise aus gehärtetem Stahl, Hartmetall, Keramik od. dgl. angeordnet, dessen vorderes Ende 8 mit einem erweiterten Kopfstück 9, angepaßt an die Erweiterung des Pulver-Trägergaskanales, versehen ist, dessen maximaler Außendurchmesser mit Einschubtoleranz dem Innendurchmesser des Pulver-Trägergaskanales entspricht, so daß der Einsatz 6 von der Anströmseite her eingeschoben werden kann. Sternförmig angeordnete Fortsätze 18 halten den Einsatz 6 zentrisch im Pulver-Trägergaskanal. Das Brenngasgemisch tritt durch die Öffnungen 12 der Gaskanäle 4 aus. Gemäß F i g. 3 kann das Ende 8 des Einsatzes 6' vorteilhaft mit einem strömungsführenden Ansatz 10 versehen sein.

Bei einer solchen Ausführungsform, bei der die kegelstumpfförmige Formgebung der austrittsseitigen Fläche 1 wesentlich ist, wobei diese Formgebung von kegelstumpfförmig über abgestuft kegelstumpfförmig (wie dargestellt) bis konvex gewölbt gehen kann, ergeben sich günstige Strömungsverhältnisse im Bereich dieser Fläche, da sich die Gesamtströmung, also auch die von außerhalb der Düse mit eingesaugte Luft gut und im wesentlichen ohne Wirbelbildung bzw. ohne Totwasserbildung an die Fläche 1 anlegen kann, was im Zentralbereich, also innerhalb des divergierend ausmündenden b5 Pulver-Trägergaskanales, noch durch den Ansatz 10 unterstützt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist kein Einsatz im Pulver-Trägergaskanal 3 vorgesehen, der an seinem Ende mit einer kleinen konischen Erweiterung 19 versehen sein kann. Konvergierend ausmündende Brenngaskanäle 4' sorgen dafür, daß die Brenngasströme den sich vor der Düse erweiternden Pulver-Trägergasstrom schneiden, was bei der Düse nach F i g. 1 umgekehrt durch den zwangsweise divergierend geführten Pulver-Trägergasstrom erreicht wird.

Fig.5—8 zeigen eine mehrteilige Düse, bei der die Austrittsöffnungen sowohl das Pulver-Trägergaskanales als auch des Brenngaskanales, wie aus der Ansicht gemäß F i g. 7 ersichtlich, beide als Ringkanäle 5 ausgebildet sind. Durch Nuten am Zwischenstück 20, das aus Beryllium-Cu, Cr-Cu od. dgl. bestehen kann, und durch Stege am Zwischenstück 6 (Fig.6) können die Kanäle auch als Einzelkanäle 5' gegliedert sein. F i g. 8 stellt die anströmseitige Ansicht dieser Düse dar, bei der die wesentlichen Merkmale abströmseitig ebenfalls verwirklicht sind.

Die Ausführungsform der Düse nach F i g. 9 verdeutlicht eine mögliche und vorteilhafte Maßnahme zur Wärmedämmung zwischen Pulver-Trägergaskanal und Brenngaskanälen 4.

Es kann nämlich in diesem Bereich ein ringförmiges Sackloch 13 mit einem Wärmedämm-Mittel 14, wie Keramik, Asbestzement od. dgL vorgesehen werden. Anstelle eines ringförmigen Sackloches können natürlich auch in Ringanordnung mehrere Sacklöcher angeordnet werden (nicht dargestellt).

Das Wärmedämmittel kann auch durchströmbar porös ausgebildet und der Sacklochboden mit einem Kühlgaszuströmkanal 15 verbunden sein, durch den Kühlgas mit gerade ausreichendem Druck zugeführt wird, um das Kühlgas nach Passage der Dämmschicht 14 aus dieser ausfließen zu lassen, um seine Kühlwirkung im Flammbereich auf einem Minimum zu halten. Selbstverständlich könnte diese Düse auch mit einem Einsatz 6 ausgestattet werden, genauso wie sich alle beschriebenen Einzelausbildungen der Düse untereinander kombinieren lassen und zwar alles unter der Voraussetzung, daß die wesentlichen Bedingungen, nämlich Gestaltung der abströmseitigen Fläche 1, Verwendung nichtnetzendem Materials mindestens für den abströmseitigen Teil- und Kanalanordnung derart, daß sich die austretenden Ströme vor der Fläche 1, also im Flammbereich schneiden, erfüllt sind.

Diese Bedingungen sind auch bei einer besonderen Ausführungsform der Düse nach Fig. 10 erfüllt, wobei die Düse mit einem mit Kühlgas beschickbaren äußeren Kühlmantel 16 umgeben ist, dessen Kühlgasaustrittskanäle 17 in Strömungsrichtung axial oder schwach konvergierend ausmündend angeordnet sind, so daß keine Überschneidung mit den inneren Strömen erfolgt, die vielmehr vom Kühlgasstrom nur ummantelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brennerdüse für Flammspritzgeräte zur Beschichtung von Flächen — insbesondere mit Keramikpulvern —, bestehend aus einem Düsenkörper, der in eine am Kopf des Gerätes angeordnete Aufnahme einsetzbar ist und der einen zentralen Pulver-Trägergaskanal und einen Brenngaskanal bzw. Brenngaskanäle aufweist der bzw. die in der den Pulveraustrittskanal konzentrisch umgebenden Fläche der Düse mündet bzw. münden, und ferner bestehend aus einem Einsatzstück in der Mündung des Pulveraustrittskanals, das derart ausgebildet ist, daß ein divergierend ausströmender und die Brenngasströme durchdringender Pulver-Trägergas-Strom gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Pulveraustrittskanal (9) konzentrisch umgebende Fläche (1) konvex gewölbt oder kegelstumpfförmig hervortretend oder abgestuft kegelstumpfförmig hervortretend ausgebildet ist, daß der Düsenkörper (2) mindestens im Mündungsbereich aus einem nichtnetzenden Werkstoff besteht, daß der Einsatz (6) im Pulver-Trägergaskanal aus hartem Material besteht und auswechselbar ist und daß die radial äußere Fläche des Einsatzes (6) die radial innere Fläche des somit ringförmigen Pulveraustrittskanals (9) bildet

2. Brennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mündungsseitige Ende (8) des Einsatzes (6) mit einem strömungsführenden Ansatz (10) versehen ist.

3. Brennerdüse nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngaskanal in Form eines Ringkanales (5) oder in Form von Einzelkanälen (5'), in Strömungsrichtung konvergierend verlaufend, in der Düse ausgebildet ist.

4. Brennerdüse nach jedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Pulver- und Gaskanalöffnungen (11,12) und konzentrisch zu diesen ein an sich bekanntes Ringsackloch (13) angeordnet ist bzw. mehrere ringförmig angeordnete Sacklöcher angeordnet sind, in dem bzw. denen ein Wärmedämmittel (14), wie Keramik, Asbestzement od. dgl. angeordnet ist