DE3590248C2 - Vorrichtung zum Explosivaufdampfen - Google Patents

Description

In der Praxis des Explosivaufdampfens und besonders beim Unterbringen der Vorrichtung zum Explosivaufdampfen in dafür nicht eingerichteten Produktionsräumen ist die Gewährleistung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes problematisch, da für den technologischen Prozeß gefährliche, brennbare Gase, wie z. B. Azetylen und Sauerstoff, verwendet werden.

Bekannt ist eine Vorrichtung zum Explosivaufdampfen der eingangs genannten Art (siehe zum Beispiel S. S. Bartenev, Ju. P. Fedko, A. I. Grigorov, "Explosivplattierung im Maschinenbau", 1982, Verlag Maschinostrojenÿe, Leningrader Filiale, S. 118 bis 119, russ.), die im Produktionsraum installiert, ein Strahlrohr mit einem Dosiergerät für den aufzudampfenden Stoff in Pulverform und eine Zündquelle, einen mit dem Strahlrohr verbundenen Gasmischer, Hauptleitungsrohre für ein Brenngas, den Sauerstoff und ein Inertgas, die an den Gasmischer angeschlossen sind und von denen jedes ein Mittel zur Änderung des Gasdrucks, ein Regelventil, ein Mittel zum Messen des Gasverbrauchs und ein normal geschlossenes Hauptventil enthält, die in Strömungsrichtung des Gases nacheinander verbunden sind, einen elektrisch mit den normal geschlossenen Hauptventilen der Hauptrohrleitungen für das Brenngas und den Sauerstoff verbundenen Steuerblock für die Gasspeisung, einen akustisch mit dem Strahlrohr und elektrisch mit dem Steuerblock für die Gasspeisung verbundenen Explosionsgeber, ein elektrisch mit dem Steuerblock für die Gasspeisung und der Zündquelle verbundenes Steuersystem und drei außerhalb des Betriebsraumes untergebrachte Quellen für die Gasspeisung enthält, von denen die eine an die Brenngashauptleitung, die andere an die Sauerstoffhauptleitung und die dritte an die Inertgashauptleitung angeschlossen ist.

Die Vorrichtung gewährleistet jedoch kein sofortiges Abstellen der Brenngas- und Sauerstoffquelle beim Auftreten von Undichtigkeiten in den Gashauptleitungen. Die Störung der Dichtigkeit der Hauptrohrleitungen, vor allem der Brenngasleitung (wie z. B. der Azetylenleitung) führt zur Entstehung explosionsgefährlicher Gas-Luft-Gemische in ziemlich großem Umfang im Raum, wodurch die Sicherheit der Vorrichtung im Ganzen verringert wird und sich die Anwendung dieser Vorrichtung in Produktionsstätten verbietet, die nicht für das Explosivaufdampfen eingerichtet sind.

Außerdem liegen in dieser Vorrichtung die Ventile der Hauptrohrleitungen aus Gründen der Sicherheit unmittelbar vor dem Gasmischer und sind der von den Explosionsimpulsen ausgehenden Wärmeeinwirkung ausgesetzt. Das betrifft vor allem das normal geschlossene Hauptventil der Brenngasleitung (Azetylenleitung). Deshalb kommt es des öfteren vor, daß dieses Ventil infolge von Störungen der Dichtigkeit des Ventils in der geschlossenen Ausgangslage ausfällt. Bei solchen Funktionsstörungen des normal geschlossenen Hauptventils und beim Vordringen der Brennfront in den Gasmischer oder beim Ausfall der Zündquelle, d. h. in dem Fall, wenn der Explosionsgeber die fällige Explosion nicht registriert, wonach die Gaszufuhr unterbrochen werden muß, wird das Kommando zur Rückführung der normal geschlossenen Hauptventile in die Ausgangslage formal ausgeführt, aber ungeachtet dessen dauert die Zufuhr z. B. von Azetylen an. Wenn der fällige Explosionsimpuls durch das Vordringen der Brennfront in den Gasmischer nicht ausgelöst wird, führt die weitere Zuleitung von Azeytylen zum Ausfall des Gasmischers infolge Überhitzung, wobei ein weiterer Durchbruch der Brennfront in die Brenngasleitung nicht ausgeschlossen ist, da Azetylen selbst unter Freiwerden von Energie zerfallen kann. Wenn der Explosionsimpuls infolge des Ausfalls der Zündquelle nicht eintritt, kann die fortgesetzte Zuführung von Azetylen dazu führen, daß die Azetylenkonzentration in der Aufdampfkammer, in der sich das Strahlrohr befindet, explosionsgefährlich wird, wobei die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines explosionsgefährlichen Gemisches von der Gewandtheit des Maschinenführers beim Abstellen der Speisequelle des Brenngases abhängt.

Auf diese Weise führt die mangelnde Zuverlässigkeit der normal geschlossenen Hauptventile vor allem in der Brenngashauptleitung zu einer Verminderung der Gefahrlosigkeit der Vorrichtung im Ganzen.

Außerdem ist in der gegebenen Vorrichtung die Möglichkeit einer objektiven, d. h. qualitativen Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers nicht vorgesehen. Die Intaktheit des Gasmischers, der bei kontinuierlicher Zuführung der Komponenten des Gasgemisches häufig in Form eines weit bekannten Ejektionsmischers ausgeführt wird, bestimmt in erheblichem Maß nicht nur die Beständigkeit der technologischen Kennwerte der Aufdampfung, sondern auch die Gefahrlosigkeit der Vorrichtung im Ganzen.

Und schließlich ermöglicht die gegebene Vorrichtung kein operatives Füllen der Brenngashauptleitung mit einem Inertgas bei Arbeitsschluß oder bei längerem Abstellen der Vorrichtung zum Explosivaufdampfen und auch kein sofortiges Durchblasen des Gasmischers und des Strahlrohres mit einem Inertgas bei Entstehung einer Gefahr (z. B. bei der Möglichkeit eines Unfalls oder einer Explosion). Dieser Umstand beschränkt die Anwendungsmöglichkeiten der gegebenen Vorrichtung in nicht für diese Vorrichtungen spezialisierten Produktionsstätten aus Gründen der Sicherheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Explosivaufdampfen zu schaffen, in der die Hauptleitungen für das Brenngas und den Sauerstoff solche zusätzlichen Elemente haben, die eine Erhöhung der Schnelligkeit der Steuerung und der Gefahrlosigkeit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung im Ganzen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines explosionsgefährlichen Gemisches im Betriebsraum beim Undichtwerden der Brenngashauptleiutung auf ein Minimum zu beschränken und die Brandgefahr der Vorrichtung beim Undichtwerden der Sauerstoffhauptleitung zu verringern.

Gleichzeitig erhöht sich um einige Größenordnungen die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Ganzen bei typischen Ausfällen des normal geschlossenen Hauptventils der Brenngashauptleitung.

Außerdem ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Möglichkeit einer operativen, quantitativen Kontrolle der Intaktheit des Gasmischers vorgesehen, was die Gefahrlosigkeit der Vorrichtung im Ganzen und ihre Zuverlässigkeit erhöht.

Als letztes sei erwähnt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Durchblasen der Brenngashauptleitung mit einem Inertgas, wodurch Verunreinigungen der Atmosphäre durch Gas bei betrieblichen Stillstandszeiten verhindert werden, und auch ein operatives Durchblasen des Gasmischers und des Strahlrohres bei Havariefällen ermöglicht.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein konkretes Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung erläutert, die das Prinzipschema einer Vorrichtung zum Explosivaufdampfen darstellt.

Die Vorrichtung zum Explosivaufdampfen enthält ein im Betriebsraum installiertes Strahlrohr 1, an dessen geschlossenem Ende ein Dosiergerät 2 für den aufzudampfenden Stoff in Pulverform angebracht ist. Der Innenraum des Strahlrohres 1 ist mit einer Zündkammer 3 verbunden, in die eine Zündquelle 4 (im folgenden Zündkerze 4) eingeführt ist. An die Zündkammer 3 ist ein Gasmischer 5 angeschlossen, der in Form eines in der Flammenbearbeitung weit verbreiteteten Ejektionsgasmischers ausgeführt ist. An den Gasmischer 5 sind mit einem ihrer Enden eine Brenngashauptleitung 6, eine Inertgashauptleitung 7 und eine Sauerstoffhauptleitung 8 angeschlossen (im weiteren die Azetylenhauptleitung 6, die Stickstoffhauptleitung 7 und die Sauerstoffhauptleitung 8). Die Bauteile 1 bis 5 und das zu behandelnde Werkstück sind in einer schallisolierten Aufdampfkammer (im Schema nicht abgebildet) untergebracht. Die anderen Enden der Hauptleitungen 6, 7, 8 sind durch die Außenwand 9 des Raumes geführt und an entsprechende Gasspeisequellen 10, 11, 12 angeschlossen, die außerhalb des Raumes neben der Außenwand 9 angebracht sind (im weiteren - die Azetylenquelle 10, die Stickstoffquelle 11 und die Sauerstoffquelle 12). Die Azetylenhauptleitung 6 enthält in Strömungsrichtung des Gases ein zusätzliches, normal geschlossenes Ventil 13, das außerhalb des Raumes installiert ist und einen im Raum untergebrachten Gasdruckgeber 14, der z. B. ein elektrisches Kontaktmanometer 14 darstellt, ein Mittel 15 zur Änderung des Gasdrucks, das einen Netzdruckminderer 15 für Gase darstellt, ein Regulierventil 16, ein Mittel 17 zum Messen des Gasverbrauches, das ein Durchflußmeßgerät mit konstantem Druckabfall darstellt, und zwar ein bekanntes Glasrotameter 17, einen Druck- und Unterdruckgeber 18, der ebenfalls ein bekanntes elektrisches Kontaktmanometer 18 darstellt, ein normal geschlossenes Hauptventil 19 und ein Mittel 20 zum Schutz vor Ausbreitung der Brennfront, z. B. eine poröse Flammensicherung 20. Die Stickstoffhauptleitung 7 enthält in Strömungsrichtung des Stickstoffes ein Mittel 21 zur Änderung des Gasdrucks (Druckminderer 21 für Gase), ein Regulierventil 22, ein Mittel 23 zum Messen des Gasverbrauchs (Rotameter 23), einen Gasdruckgeber 24 (Manometer 24), ein normal geschlossenes Hauptventil 25 und ein Rückschlagventil 26. Die Sauerstoffhauptleitung 8 enthält in Strömungsrichtung des Sauerstoffes ein zusätzliches, normal geschlossenes Ventil 27, das außerhalb des Raumes installiert ist, und ein im Raum untergebrachtes Mittel 28 zur Änderung des Drucks (Druckminderer 28 für Gase), ein Regulierventil 29, ein Mittel 30 zum Messen des Gasverbrauchs (Rotameter 30), einen Gasdruckgeber 31 (Manometer 31), ein normal geschlossenes Hauptventil 32 und ein Rückschlagventil 33. Die Gasdruckgeber bzw. Manometer 14 und 31 haben Kontakte 34 bzw. 35 für den Maximaldruck und Kontakte 36 bzw. 37 für den Minimaldruck. Das Manometer 18 hat einen Kontakt 38 für den Maximaldruck. Die Kontakte 34, 35, 36, 37, 38 sind an die Eingänge eines Steuerblocks 39 für die Gasspeisung angeschlossen, dessen Ausgänge mit dem normal geschlossenen zusätzlichen Ventil 13 und dem normal geschlossenen Hauptventil 19 der Azetylenhauptleitung 6 und mit dem normal geschlossenen zusätzlichen Ventil 27 und den normal geschlossenen Hauptventilen 32 der Sauerstoffhauptleitung 8 elektrisch verbunden sind. An den Steuerblock 39 ist ein Steuersystem 40 angeschlossen, das mit seinen anderen Ausgängen mit einem Block 41 für die zyklische Änderung des Drucks und mit der Zündkerze 4 verbunden ist. Der Ausgang des Blocks 41 ist an das normal geschlossene Hauptventil 25 der Stickstoffhauptleitung 7 angeschlossen. In der Aufdampfkammer befindet sich ein Explosionsgeber 42, der akustisch mit dem Strahlrohr 1 verbunden ist und der ein Kohlemikrofon 42 darstellt. Der Explosionsgeber 42 ist an den Eingang des Steuerblocks 39 für die Gasspeisung und an die Eingänge des Blocks 41 für die zyklische Änderung des Drucks angeschlossen. In der erwähnten Kammer befindet sich auch ein Gasprüfgeber 43, der an das Steuersystem 40 angeschlossen ist. Die Hauptleitungen 6, 7 sind miteinander durch eine Rohrleitung 44, die außerhalb des Raumes verläuft, und durch eine Rohrleitung 45 verbunden, deren eines mit der Stickstoffhauptleitung 7 verbundenes Ende außerhalb des Raumes liegt und deren anderes Ende mit der Azetylenhauptleitung 6 im Innern des Raumes unmittelbar hinter ihrem normal geschlossenen Hauptventil 19 verbunden ist. Die Rohrleitung 44 ist mit der Azetylenhauptleitung 6 unmittelbar hinter ihrem zusätzlichen, normal geschlossenen Ventil 13 verbunden. In der Rohrleitung 44 sind in Strömungsrichtung des Stickstoffs ein normal geschlossenes Ventil 46 und ein Rückschlagventil 47 installiert. Das Ventil 46 ist mit dem Steuersystem 40 elektrisch verbunden. In derRohrleitung 45 sind in Strömungsrichtung des des Stickstoffs ein elektrisch mit dem Steuersystem 40 verbundenes, normal geschlossenes Ventil 48 und ein Rückschlagventil 49 installiert.

Die Vorrichtung zum Explosivaufstäuben weist mehrere Betriebsarten auf, und zwar die Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers", die Betriebsart "Füllen der Azetylenhauptleitung", die Betriebsart "aufdampfen", die Betriebsart "Durchblasen der Azetylenhauptleitung" und die Betriebsart "Alarm".

Die Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers" ist eine Vorbereitungshandlung und wird vor Beginn der Aufstäubungsarbeiten ausgeführt. Diese Betriebsart dient der Ermittlung möglicher Funktionsstörungen des Gasmischers 5.

Die Betriebsart "Füllen der Azetylenhauptleitung" ist ebenfalls eine Vorbereitungshandlung und wird unmittelbar nach Durchführung der Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers" ausgeführt. Die Notwendigkeit dieser Betriebsart ist dadurch begründet, daß unter industriellen Betriebsbedingungen die Länge der Gashauptleitungen, u. a. auch der Azetylenhauptleitung 6, erhebliche Werte betragen kann, während der Druck des Azetylens bei Ejektionsmischung verhältnismäßig gering ist.

Die Betriebsart "Aufdampfen" ist die Hauptbetriebsart und dient dem Aufbringen einer Beschichtung durch Explosivaufdampfen.

Die Betriebsart "Durchblasen der Azetylenhauptleitung" ist eine Abschlußhandlung und wird nach Beendigung der Betriebsart "Aufdampfen" ausgeführt. Diese Betriebsart ist nicht unbedingt notwendig und kommt in dem Fall zur Anwendung, wenn es auf Grund der Betriebsbedingungen nicht statthaft oder unerwünscht ist, die Azetylenhauptleitung 6 bei längeren Betriebsunterbrechungen (z. B. über Nacht) mit Azetylen gefüllt zu belassen.

Die Betriebsart "Alarm" wird automatisch oder vom Maschinenführer ausgeführt, z. B. bei Explosionsgefahr in der Aufdampfkammer, Störungen im Belüftungssystem, Rohrbrüchen der Azetylenleitungen oder der Sauerstoffleitungen in der Aufdampfkammer und in anderen Notfällen.

Die Vorrichtung zum Explosivaufdampfen funktioniert folgendermaßen:

Vor Betriebsbeginn werden die Azetylenquelle 10, die Stickstoffquelle 11 und die Sauerstoffquelle 12 geöffnet und auf die notwendigen Drücke des Azetylens, Stickstoffs und Sauerstoffs in den Hauptleitungen eingestellt.

Die Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers" wird im Steuersystem 40 durchgeführt. Bei dieser Betriebsart werden die elektrisch mit dem Steuerblock 39 verbundenen Kontakte 34, 35, 36, 37, 38 gelöst. Gleichzeitig öffnet sich das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 27, das normal geschlossene Hauptventil 32 der Sauerstoffhauptleitung 8 und das normal geschlossene Hauptventil 19 der Azetylenhauptleitung 6. Das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13 der Azetylenhauptleitung 6 bleibt in seiner geschlossenen Ausgangsstellung. Der Sauerstoff strömt aus der Sauerstoffquelle 12 durch die Sauerstoffhauptleitung 8, durch das geöffnete Ventil 27, den Druckminderer 28 für Gase, das voll geöffnete Regulierventil 29, das Rotameter 30, das geöffnete Ventil 32 und das Rückschlagventil 33 und gelangt in den Gasmischer 5 und weiter durch die Kammer 3 in das Strahlrohr 1. Die Zündkerze 4 kommt bei dieser Betriebsart nicht zum Einsatz. Der Maschinenführer korrigiert den Druck des Sauerstoffs mit Hilfe des Druckminderers 28 bis zum technologiebedingten Wert, der vom Manometer 31 angezeigt werden muß, und reguliert den Sauerstoffverbrauch nach der Anzeige des Rotameters 30 mit Hilfe des Ventils 29. Da der Sauerstoff ein ejektierendes (tragendes) Medium ist, wird in der Azetylenhauptleitung 6 auf dem Abschnitt vom geschlossenen Ventil 13 an ein Unterdruck erzeugt, z. B. bei intaktem Mischer 5 ein Unterdruck von -0,5 bis -0,4 Pa, der vom Manometer 18 fixiert wird. Wenn sich der Unterdruck in zulässigen Grenzen befindet, ist der Gasmischer 5 intakt und einsatzbereit für den Aufdampfbetrieb. Wenn kein Unterdruck besteht oder bei ungenügendem Unterdruck, ist das Aufdampfen aus Sicherheitsgründen nicht zulässig.

Ein ungenügender oder gänzlich fehlender Unterdruck ist ein Kennzeichen entweder eines defekten Mischers 5, z. B. durch Verunreinigungen oder Undichtigkeiten, oder der Undichtigkeit der Azetylenhauptleitung 6. Die Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers" wird vom Steuersystem 40 automatisch nach einem vorgegebenen Zeitabschnitt abgebrochen. die Ventile 27, 32 und 19 kehren in ihre geschlossene Ausgangslage zurück.

Nach der Überprüfung der Intaktheit des Mischers 5 geht der Maschinenführer mit Hilfe des Steuersystems 40 zur Betriebsart "Füllen der Azetylenhauptleitung" über. Bei dieser Betriebsart kommt die Zündkerze 4 nicht zum Einsatz und die elektrischen Kopplungen der Kontakte 34, 36 und 38 des Manometers 14 bzw. des Manometers 18 bleiben offen. Das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13 der Azetylenhauptleitung 6 öffnet sich, während das normal geschlossene Hauptventil 19 der Azetylenhauptleitung 6 geschlossen bleibt. Da bei der vorangegangenen Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Gasmischers" ein Unterdruck in der Azetylenhauptleitung 6 erzeugt wird, strömt das Azetylen von der Azetylenquelle 10 durch das offene Ventil 13 und füllt die Azetylenhauptleitung 6, wobei es durch den Druckminderer 15 für Gase, das offene Regulierventil 16 und das Rotameter 17 zum geschlossenen Hauptventil 19 strömt.

Der Maschinenführer korrigiert den Azetylendruck mit Hilfe des Druckminderers 15 bis zum technologiebedingten Wert dieses Drucks, der für die gegebene Betriebsart vorgeschrieben ist, wobei ein Vergleich mit den Angaben des Manometers 18 vorgenommen wird. Danach wird das Ventil 16 geschlossen. Die Betriebsart "Füllen der Azetylenhauptleitung" wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne automatisch durch ein vom Steuersystem 40 ausgehendes Signal abgebrochen. Das zusätzliche Ventil 13 kehrt in seine geschlossene Ausgangslage zurück. Nach Beendigung dieser Betriebsart ist die Vorrichtung bereit zum Aufdampfen.

Jetzt stellt der Maschinenführer im Steuersystem 40 die Betriebsart "Aufdampfen" ein. Dabei schließen sich die elektrischen Kopplungen der Kontakte 34, 36 des Manometers 14, des Kontaktes 38 des Manometers 18 der Azetylenhauptleitung 6 und der Kontakte 35, 37 des Manometers 31 der Sauerstoffhauptleitung 8 mit dem Steuerblock 39 für die Gasspeisung. Wenn der Druck von Azetylen und Sauerstoff sich in den vorgegebenen technologiebedingten Grenzen befindet, d. h. durch die elektrischen Verbindungsleitungen mit dem Block 39, trifft von den Kontakten 34, 35, 36, 37 kein Signal ein, öffnen sich nach Betätigung des Druckschalters "Ein" des Steuersystems 40 (in der Zeichnung nicht abgebildet) gleichzeitig das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13, das normal geschlossene Hauptventil 19 der Azetylenhauptleitung 6 und die Ventile 27 und 32 der Sauerstoffhauptleitung 8. Diese Ventile 27, 32 bleiben offen (wenn keine Abweichungen von der Betriebstechnologie eintreten) im Verlauf der gesamten Aufdampfzeit, die Azetylen- und Sauerstoffzufuhr geschieht kontinuierlich mit einer Intensität, die durch das Volumen des Strahlrohres 1 bestimmt wird, das wiederum die Kennwerte des Gasmischers 5 und die Frequenz der vom Steuersystem 40 zur Zündkerze 4 geleiteten Entladungsimpulse bestimmt.

Erfolgt z. B. die Inbetriebnahme, wenn die Hauptleitung 6 undicht ist, so wird die Azetylenzufuhr von der Azetylenquelle 10 in die Azetylenhauptleitung 6 automatisch blockiert, da in diesem Fall der Druck in der Azetylenhauptleitung 6 unter den festgesetzten Druck des Manometers 14 sinkt, wobei an den Steuerblock 39 ein entsprechendes Signal geleitet wird, wodurch das Ventil 13 (und auch die Ventile 19, 27, 32) nicht in den geöffneten Zustand überführt werden kann (können).

Wenn die Undichtigkeit der Azetylenhauptleitung 6 z. B. beim Aufdampfen eintritt, unterbricht der Steuerblock 39 ebenso auf ein Signal vom Kontakt 36 hin sofort die Gasspeisung, indem die Ventile 13, 19, 27 und 32 geschlossen werden.

Dabei ist der Umstand besonders wesentlich, daß das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13 der Azetylenhauptleitung 6 geschlossen wird, da es unmittelbar hinter der Azetylenquelle 10, aber vor dem Eintritt der Azetylenhauptleitung 6 durch die Außenwand 9 in den Raum installiert ist. Darum hängt die Azetylenmenge, die in die Atmosphäre des Betriebsraumes gelangen kann, nicht von der Azetylenquelle 10 ab, sondern wird nur durch das verhältnismäßig kleine Eigenvolumen der Azetylenhauptleitung 6 auf dem Abschnitt vom Ventil 13 bis zum Ventil 19 bestimmt.

(Zum Beispiel bei einem Innendurchmesser der Azetylenhauptleitung 6 von d=10 mm und einer Länge der Leitung zwischen den Ventilen 13 und 19 von l=200 m beträgt die maximal mögliche Azetylenmenge, die in den Betriebsraum gelangen kann, V₁=0,016 m³.)

Die operative automatische Unterbrechung der Azetylenzufuhr, die außerhalb des Raumes durch das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13 vorgenommen wird, ermöglicht es, subjektive Faktoren zu vernachlässigen, wie z. B. das rechtzeitige Feststellen einer Havarie, die Entfernung der Azetylenquelle 10 vom Maschinenführer und die Zugänglichkeit der Azetylenquelle 10, die Qualifizierung und Umsicht des Bedienungspersonals u. dgl. (Zum Vergleich sei bemerkt, daß bei einer Leistung der Azetylenquelle 10 von Q=10 m³/h, was einem Volumen des Strahlrohres 1 von 1,0 dm³ und einer Zündfrequenz von sechs Entladungen pro Sekunde entspricht, die Azetylenmenge, die möglicherweise in den Raum gelangt, V=1,6 m³ beträgt, falls das zusätzliche Ventil 13 nicht installiert ist und vom Augenblick des Rohrbruchs der Azetylenhauptleitung 6 bis zur Unterbrechung der Azetylenzufuhr von der Azetylenquelle 10 von Hand zehn Minuten vergehen.)

Auf ähnliche Weise funktioniert die Vorrichtung auch beim Auftreten von Undichtigkeiten der Sauerstoffhauptleitung 8.

Wenn infolge einer falschen Einstellung der Azetylenquelle 10 oder aus anderen Gründen der Druck des Azetylens größer ist als der festgelegte Maximaldruck in der Azetylenhauptleitung 6 (bis zum Druckminderer 15), schließen sich (oder öffnen sich nicht beim Anlassen) auf ein Signal in der elektrsichen Verbindungslinie des Kontaktes 34 für den Maximaldruck mit dem Block 39 die zusätzlichen Ventile 13 und 27 und die Hauptventile 19 und 32 der Azetylenhauptleitung 6 und der Sauerstoffhauptleitung 8. Das verringert die von der Azetylenhauptleitung 6 ausgehende Gefahr, die um so größer ist, je größer der Druck des Azetylens ist, und stabilisiert das technologiebedingte Verfahren der Gasspeisung.

Wenn infolge einer falschen Einstellung, eines Bruchschadens oder einer Entreglung des Druckminderers 15 für Gase oder wenn während des Betriebes der Gasmischer 5 oder die Flammensicherung 20 verstopft werden und der Azetylendruck vor dem Ventil 19 über den laut Technologie zulässigen Wert steigt, wird in der elektrischen Verbindungslinie des für den Maximaldruck vorgesehenen Kontaktes 38 des Manometers 18 mit dem Steuerblock 39 ein Signal erzeugt. Die Azetylen- und Sauerstoffzufuhr wird durch Schließen der Ventile 13, 19 und 27, 32 sofort unterbrochen.

Wenn auf Grund eines Defektes des Gasmischers 5 (z. B. bei dessen Verstopfung) oder einer falschen Einstellung oder einer Entreglung des Druckminderers 28 der Sauerstoffdruck höhere Werte annimmt als technologisch festgelegt ist, entsteht ein Signal im Steuerblock 39 in der elektrischen Verbindungslinie des Kontaktes 35 des Manometers 31 mit dem Steuerblock 39 und die Gasspeisung wird durch die Ventile 13, 19 und 27, 32 unterbrochen.

Es ist offensichtlich, daß die Gaszufuhr ebenfalls aufhört (was praktisch den Stillstand der Aufdampfvorrichtung bedeutet), wenn die Azetylenquelle 10 und die Sauerstoffquelle 12 versiegen, da in diesem Fall die Kontakte 36, 37 der Gasdruckgeber 14 bzw. 31 ansprechen.

Wenn die Hauptleitungen 6, 8 dicht sind und der technologische Druck der Norm entspricht, öffnet der Maschinenführer so lange das Regulierventil 16, bis der Rotameter 17 den technologischen Azetylenverbrauch anzeigt. Das Azetylen gelangt von der Azetylenquelle 10 durch die Azetylenhauptleitung 6 und nacheinander durch das offene Ventil 13, den Druckminderer 15, das Ventil 16, das Rotameter 17, das offene Ventil 19 und die Flammensicherung 20 in den Gasmischer 5. Der Sauerstoff gelangt von der Sauerstoffquelle 12 durch die Sauerstoffhauptleitung 8 und nacheinander durch das offene Ventil 27, den Druckminderer 28, das Ventil 29, das Rotameter 30, das offene Ventil 32 und das Rückschlagventil 33 in den Gasmischer 5. Dabei ist der Sauerstoff ein Trägergas und das Azetylen ein Ejektionsgas. Im Mischer entsteht ein explosives Gemisch, das durch den Raum der Zündkammer 3 in das Strahlrohr 1 gelangt. Der Stickstoff aus der Stickstoffquelle 11 gelangt über die Hauptleitung 7 nacheinander durch den Druckminderer 21 für Gase, das Regulierventil 22, das Rotameter 23 bis zum normal geschlossenen Hauptventil 25 und außerdem über die Rohrleitung 44 bis zum normal geschlossenen Ventil 46 und über die Rohrleitung 45 bis zum normal geschlossenen Ventil 48.

Nach einem vorgegebenen Zeitabschnitt, der zum Füllen des Strahlrohres 1 mit dem brennbaren Gemisch bei der gegebenen Leistung des Mischers 5 notwendig ist, setzt das Steuersystem 40 den Block 41 in Funktion, der das Ventil 25 der Stickstoffhauptleitung 7 öffnet. Eine Mikroportion Stickstoff mit einem wesentlich höheren Druck als der Druck des Azetylens kommt in die Ejektionszone des Gasmischers 5, unterbricht dynamisch die Azetylenzufuhr in die Mischzone des Azetylens mit Sauerstoff und bildet ein Stickstoffpolster, das ein Eindringen der Brennfront in den Gasmischer 5 beim folgenden Zünden des Gemisches verhindert. Nach einem Zeitabschnitt, der für die Fortbewegung des Stickstoffes bis zum Eingang in die Zündkammer 3 notwendig ist, bringt das Steuersystem 40 die Zündkerze 4 zum Einsatz.

Das Gemisch entzündet sich in der Zündkammer 3 und dann im Innenraum des Strahlrohres 1, in dem sich die Explosion fortpflanzt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich bereits das Pulver des aufzudampfenden Stoffes, das aus dem Dosiergerät 2 bei jedem Explosionsimpuls durch Einwirkung der Explosionsprodukte auf das Pulver zugeführt wird (wobei jeder neue "Schuß" die Portion für den nächsten "Schuß" vorbereitet), in der Arbeitszone des Strahlrohres 1. Das Pulver erhitzt sich im Strahlrohr 1 bis zum Schmelzen, die Pulverteilchen bekommen durch die Explosionsprodukte eine erhebliche Geschwindigkeit, sie fliegen aus dem Strahlrohr 1 heraus und bilden einen Belag auf der Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks. Durch eine Serie von Explosionsimpulsen wird ein Belag mit der notwendigen Dicke gebildet. Jeder Explosionsimpuls wird von einer starken Schallentwicklung begleitet, die auf das Mikrofon 42 einwirkt. Die Schallentwicklung jedes fälligen Impulses ist ein Zeichen für eine vom Standpunkt des Arbeitsschutzes normale Funktion des Strahlrohres 1, der Zündkerze 4 und des Gasmischers 5.

Das Kohlemikrofon 42 erzeugt ein Signal, das in den Block 41 und den Steuerblock 39 geleitet wird. Der Block 41 schließt auf Grund dieses Signals das Ventil 25 und der Steuerblock 39 hält die Ventile 13, 19, 27, 32 offen. Die Regulierung des Drucks und des Impulsverbrauchs des Stickstoffes wird vom Maschinenführer mit Hilfe des Druckminderers 21 und des Ventils 22 in Übereinstimmung mit den Anzeigen des Manometers 24 und des Rotameters 23 vorgenommen. Im Verlauf der ersten Explosionen wird im Bedarfsfall gleichzeitig eine Nachregulierung der Kennwerte des Azetylens vorgenommen.

Das Ausbleiben des fälligen Explosionsimpulses, d. h. das Ausbleiben eines Signals vom Kohlemikrofon 42 im Verlauf eines Zeitabschnitts, der etwas größer ist als das Intervall zwischen den Entladungen der Zündkerze 4, zeugt entweder vom Versagen der Zündkerze 4 oder vom Eindringen der Brennfront in den Gasmischer 5. Beim Ausbleiben eines Signals vom Kohlemikrofon 42 werden die Ventile 13, 19, 27 und 32 durch den Steuerblock 39 gleichzeitig geschlossen. Die Gaszuführung in den Gasmischer 5 und die Bildung eines brennbaren Gemisches im Gasmischer 5 wird unterbrochen. Das Ventil 25 der Stickstoffhauptleitung 7 bleibt noch eine Weile geöffnet, um einen möglichen Brand im Gasmischer 5 zu löschen und wird dann vom Block 41 geschlossen.

Die Vorrichtung unterscheidet ein Versagen der Zündkerze 4 vom Entstehen eines Brandes im Gasmischer 5. Bei Entstehung eines Brandes steigt in der Azetylenhauptleitung 6 vor dem Gasmischer 5 der Druck stark an, wodurch vom Kontakt 38 des Manometers 18 ein Signal erzeugt wird. Dieses Signal gelangt in den Steuerblock 39, der die Ventile 13, 19, 27, 32 schließt, wenn sie infolge des Ausbleibens eines Signals vom Kohlemikrofon 42 nicht schon geschlossen sind. Wenn die Zündkerze 4 versagt, reagiert das Manometer 18 nicht. Eine neue Inbetriebnahme der Vorrichtung nach Eindringen eines Brandes in den Gasmischer 5 ist offensichtlich nur nach dem Löschen des Brandes möglich, wenn das Signal vom Kontakt 38 nicht mehr erscheint.

Bei einer Explosionsgefahr in der Aufdampfkammer, beim Ausfall des Belüftungssystems, einem Rohrbruch in der Aufdampfkammer und anderen Unfallsituationen kann der Maschinenführer ein starkes Notdurchblasen der Flammensicherung 20, des Gasmischers 5, der Zündkammer 3 und des Strahlrohres 1 mit Stickstoff von erhöhtem Druck und ein Füllen der Aufdampfkammer mit Stickstoff vornehmen. Zu diesem Zweck öffnet sich durch den Druckschalter "Alarm" des Steuersystems 40 (in der Zeichnung ist der Druckschalter "Alarm" nicht dargestellt) das normal geschlossene Ventil 48.

Gleichzeitig werden die Ventile 13, 19, 27 und 32 geschlossen (wenn sie geöffnet waren). Der Stickstoff gelangt aus der Rohrleitung 45 durch das offene Ventil 48 und das Rückschlagventil 49 in die Azetylenhauptleitung 6 hinter dem normal geschlossenen Hauptventil 19 und durchbläst die Flammensicherung 20, den Gasmischer 5, die Zündkammer 3 und das Strahlrohr 1.

Die Betriebsart "Alarm" wird automatisch nach einer vom Steuersystem 40 vorgegebenen Zeit abgebrochen, sie kann im Bedarfsfall aber mehrmals wiederholt werden (solange der Stickstoffvorrat in der Stickstoffquelle 11 reicht). Wenn sich in der Aufdampfkammer aus irgendwelchen Gründen eine explosionsgefährliche Konzentration des Azetylens gebildet hat (über 2 Vol.-%), erzeugt der Gasprüfgeber 43 ein Signal an das Steuersystem 40, welches die Betriebsart "Alarm" automatisch einschaltet, die auf bereits beschriebene Weise abläuft.

Nach Beendigung des Betriebes in der Betriebsart "Aufdampfen" (z. B. am Ende des Arbeitstages) stellt der Maschinenführer im Steuersystem 40 die Betriebsart "Durchblasen der Azetylenhauptleitung" ein. Gleichzeitig wird das Ventil 19 der Azetylenhauptleitung 6 und das normal geschlossene Ventil 46 geöffnet. Das Ventil 13 der Azetylenhauptleitung 6 bleibt in seiner Ausgangslage (d. h. geschlossen). Der Stickstoff gelangt durch die Rohrleitung 44 durch das offene Ventil 46 und das Rückschlagventil 47 in die Azetylenhauptleitung 6 vor deren Eintritt in den Betriebsraum durch die Außenwand 9.

Der Stickstoff verdrängt das Azetylen aus der Azetylenhauptleitung 6 in den Gasmischer 5, die Zündkammer 3 und das Strahlrohr 1. Bei dieser Betriebsart erzeugt das Steuersystem 40, wie auch bei der Betriebsart "Aufdampfen", Entladungsimpulse, die an die Zündkerze 4 geleitet werden. Solange das in das Strahlrohr 1 eintretende Gas eine zum Entzünden genügende Menge Azetylen enthält, verbrennt das letztere im Strahlrohr 1. Diese Betriebsart wird automatisch nach einer vorgegebenen Zeit vom Steuersystem 40 abgebrochen. Das Entfernen des Stickstoffes aus der Azetylenhauptleitung 6 geschieht automatisch bei der Vorbereitung der Vorrichtung zum Betrieb in der Betriebsart "Überprüfung der Intaktheit des Mischers", die bereits hier betrachtet worden ist.

Bei der obenerwähnten Vorrichtung schützt das Rückschlagventil 47 die Rohrleitung 44 mit dem Ventil 46 vor dem Eindringen von Azetylen. Die Rückschlagventile 26, 33, 49 bewahren ebenfalls die gesteuerten Ventile 25, 32, 48 vor dem Eindringen von Azetylen in die Hauptleitungen 7, 8 und die Rohrleitung 45 von deren Ausgangsenden her.

Eine wesentliche Besonderheit des Betriebes der Vorrichtung besteht darin, daß jedes beliebige der vorgesehenen Blockierungssignale ein gleichzeitiges Schließen von wenigstens zwei Paaren normal geschlossener Ventile der Hauptleitungen bewirkt, so wie das oben beschrieben worden ist.

Wenn die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls eines Ventils (z. B. es schließt sich nicht), z. B. des normal geschlossenen Hauptventils 19, mit n₁=10^-3 angenommen wird (d. h. ein Ausfall auf 1000 Auslösungen), beträgt die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Ausfalls zweier solcher hintereinander installierter Ventile, d. h. des zusätzlichen, normal geschlossenen Ventils 13 und des normal geschlossenen Hauptventils 19, n₂=(n₁)²= 10^-6. Das bedeutet, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung steigt sprunghaft an. So führt z. B. die Undichtigkeit des Ventils 19 der Azetylenhauptleitung 6 nach dessen Schließung nicht dazu, daß Azetylen in die Aufdampfkammer in solch einer Menge strömt, die eine Explosion hervorrufen kann, da das zusätzliche, normal geschlossene Ventil 13 den Zugang von der Azetylenquelle 10 verschließt. In diesem Fall kann in die Aufdampfkammer höchstens die im Verhältnis zum Volumen der Aufdampfkammer kleine Azetylenmenge gelangen, die sich in der Azetylenhauptleitung 6 befindet (wenn das Volumen der Rohrleitung V=0,016 m³ und das Volumen der Aufdampfkammer V=2,0 m³ beträgt, beträgt die Azetylenkonzentration in der Aufdampfkammer

Ebenso hat die Undichtigkeit des Ventils 19 nach dessen Schließung, z. B. beim Eindringen der Brennfront in den Gasmischer 5, auf die Brenndauer keinen großen Einfluß, da dieAzetylenquelle 10 vom Ventil 13 verschlossen ist und der Brennprozeß nicht durch neues Azetylen genährt wird.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung kann eine Verbesserung der Beständigkeit der technologischen Kennwerte des Aufdampfprozesses erzielt werden.

Am erfolgreichsten kann die Erfindung in Industrieanlagen und-komplexen eingesetzt werden, in denen Explosionsmethoden zur Anwendung kommen, bei der Bearbeitung umfangreicher Werkstückserien, z. B. beim Explosivaufdampfen in der Massenfließproduktion, u. a. im Kraftfahrzeugbau.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Explosivaufdampfen, die ein Strahlrohr (1) mit einem Dosiergerät (2) für den aufzudampfenden Stoff in Pulverform und eine Zündquelle (4), einen mit dem Strahlrohr (1) verbundenen Gasmischer (5), Hauptleitungen (6, 7, 8) für ein Brenngas, ein Inertgas und den Sauerstoff, die an den Gasmischer (5) angeschlossen sind und von denen jedes ein Mittel (15, 21, 28) zur Änderung des Gasdrucks, ein Regelventil (16, 22, 29), ein Mittel (17, 23, 30) zum Messen des Gasverbrauchs und ein normal geschlossenes Hauptventil (19, 25, 32) enthält, die in Strömungsrichtung des Gases nach- und miteinander verbunden sind, einen elektrisch mit den normal geschlossenen Hauptventilen (19, 32) der Hauptleitungen (6 und 8) für das Brenngas und den Sauerstoff verbundenen Steuerblock (39) für die Gasspeisung, einen akustisch mit dem Strahlrohr (1) und elektrisch mit dem Steuerblock (39) für die Gasspeisung verbundenen Explosionsgeber (42), ein elektrisch mit dem Steuerblock (39) für die Gasspeisung und der Zündquelle (4) verbundenes Steuersystem (40), die alle im Betriebsraum untergebracht sind, und drei außerhalb des Betriebsraumes untergebrachte Quellen (10,11, 12) für die Gasspeisung enthält, von denen die eine an die Brenngashauptleitung (6), die andere an die Inertgashauptleitung (7) und die dritte an die Sauerstoffhauptleitung (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Brenngashauptleitung (6) als auch die Sauerstoffhauptleitung (8) ein außerhalb des Betriebsraumes installiertes, zusätzliches, normal geschlossenes Ventil (13, 27) enthält, das mit der Quelle (10, 12) der Gasspeisung und elektrisch mit dem Steuerblock (39) für die Gasspeisung verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Brenngashauptleitung (6) als auch die Sauerstoffhauptleitung (8) wenigstens einen im Raum installierten Gasdruckgeber (36, 37) enthalten, der mit dem Steuerblock (39) für die Gasspeisung elektrisch verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffhauptleitung (6), die mit zwei mit dem Steuerblock (39) elektrisch verbundenen Gasdruckgebern (14, 18) ausgerüstet ist, einer der Geber (18) zum Messen von Unterdruck eingerichtet und mit dem Mittel (17) zum Messen des Gasverbrauchs und mit dem normal geschlossenen Hauptventil (19) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwei Rohrleitungen (44, 45), von denen je ein Ende mit der Inertgashauptleitung (7) außerhalb des Raumes verbunden ist, das andere Ende der einen Rohrleitung (44) mit der Brenngashauptleitung (6) unmittelbar hinter ihrem zusätzlichen, normal geschlossenen Ventil (13) und das andere Ende der anderen Rohrleitung (45) mit der Brenngashauptleitung (6) unmittelbar hinter ihrem normal geschlossenen Hauptventil (19) verbunden ist, und zwei zusätzliche, normal geschlossene Ventile (46, 48) vorgesehen sind, von denen jedes in der entsprechenden Rohrleitung (44, 45) installiert und mit dem Steuersystem (40) elektrisch verbunden ist.