DE3620183A1 - Vorrichtung zum thermischen spritzen von auftragsschweisswerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Auftragsschweißwerkstoffen gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Vorrichtungen der genannten Art sind für das thermische Spritzen zum Auftragen von Pulvern nach der E-A-01 35 826 bekannt. Der weitere Stand der Technik wird durch die E-A-812 01 061.9, die DAS 10 89 614 und durch die Zeitschrift "Metall", Heft 3/83, Seite 238, Fig. 1b, repräsentiert. Bei der letztgenannten Vorrichtung wird Stickstoff als Förder­ gas benutzt, wobei die Flamme (Brenngas = Gemisch aus Methylacetylenpropadien und Sauerstoff) in der wasserge­ kühlten Strahlbündelungsdüse gebildet wird. Das Verfahren nach der E-A-812 01 061.9 setzt ein aufwendiges Dosiersystem mit elektronischer Steuerung und Regelung voraus, d.h., die zugehörige genannte Anlage ist sehr teuer und deren Anschaffung und Einsatz lohnt sich nur für bestimmte Ein­ satzfälle, obgleich mit einer solchen Anlage Spritzquali­ täten erreichbar sind, die einen Vergleich mit dem beim Plasma- und Flammschockspritzen erreichbaren Spritzquali­ täten ohne weiteres aushalten, d.h. sehr hochwertig sind. Da diese Anlagen nicht unter Verwendung reinen Acetylens betrieben werden können und, wie erwähnt, sehr teuer sind, verbietet sich deren Verwendung für gewissermaßen normale Spritzauftragsfälle, d.h., für solche Fälle konnte man mit einfachen Mitteln, die mit allen solchen Verfahren und einer solchen Strahlbündelungsdüse (Pinchdüse) ver­ bundenen Vorteile, nämlich Vermeidung bzw. Reduktion von Spritzverlusten, bessere Partikelaufschmelzung und höhe­ re Partikelbeschleunigung bisher nicht ausnutzen.

Bei der Vorrichtung nach der DAS 10 89 614 ist keine Brennkammer vorhanden, sondern die Mündung des Träger­ gas-Pulveraustrittskanals ist unmittelbar im Bereich der Einmündung in den Strahlbündelungskanal der Bündelungs­ düse angeordnet, wobei der erweiterte Raum um die Düse lediglich der Sauerstoffzufuhr dient, der durch einen Ringspalt dem Trägergas-Pulverstrom zugemischt wird. Ab­ gesehen von der Rückzündgefahr in den Trägergas-Pulver­ zufuhrkanal hinein ist die Düse nicht verstellbar aus­ gebildet, so daß sich hierbei keine Anpassungsmöglich­ keiten an differente Pulver ergeben. Außerdem muß die ganze Vorrichtung von vorn her gezündet werden, was nicht ungefährlich ist und zu Explosionen führen kann.

Eine Verbesserung hierzu stellt die mit vergleichbar ge­ ringen Spritzverlusten arbeitende Vorrichtung nach der eingangs erwähnten E-A-01 35 826 bzw. nach der DOS 33 31 216 dar, die, nach dem sogenannten Differenzdruck­ prinzip arbeitend, einerseits hinsichtlich ihres appara­ tiven Aufwandes nicht bzw. nicht wesentlich mehr verlangt als bisher für das Flammspritzen erforderlich und die an­ dererseits bei angepaßter Veränderbarkeit der Brenn­ kammer die Verwendung aller brennbaren Gase, insbeson­ dere aber auch Acetylen und in Grenzen auch die Verar­ beitbarkeit differenter Spritzpulver erlaubt und mit der insbesondere auch der Zünd- bzw. Anfahrvorgang sicher beherrschbar ist, was allerdings die Anwendung einer relativ komplizierten Schaltfolge und einer ent­ sprechenden Schaltung notwendig macht. Für die betriebs­ sichere Zündung bei der Inbetriebnahme dieser vorbekann­ ten Vorrichtung und somit für die Brauchbarkeit dieser Vorrichtung überhaupt ist es nämlich erforderlich, diese in folgenden Schritten zu vollziehen, um das brennbare Gas-Sauerstoff-Gemisch für die Anfahrphase auf ein Mini­ mum zu reduzieren: Spülen mit reinem Sauerstoff, Wirk­ sammachen der Zündeinrichtung und erst dann Zuführung des Brenngases. Würde diese Reihenfolge nicht eingehal­ ten, kann dies bei Zündung unmittelbar vor der Düse zu einer gefährlichen Explosion oder zumindest zu einer Ex­ plosion mit Auslöschen der Flamme führen. Diese für die Anfahrphase also wesentliche Reihenfolge ließe sich zwar von Hand manipulieren und zwar einschließlich der Ein­ schaltung der Zündeinrichtung, dies wäre aber zu um­ ständlich und zu unsicher.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auf eine elektrische Zündung und die dafür erforderliche Schaltung überhaupt verzichtet, d.h., die Vorrichtung in herkömmlicher Weise gezündet werden kann, wobei die Gefährdungen einer Explosion oder die Nachteile eines Flammverlöschens ausgeschlossen sein sollen.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteran­ sprüchen.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist es möglich, für das Zünden per Hand und unter Aus­ schluß der vorerwähnten Gefährdungen und Nachteile, das Düsenvorderteil vom anderen Teil der Strahlbündelungs­ düse einfach abzuheben und damit die Düse freizustellen und nach Zünden und Einstellen der Flamme das Düsenvor­ derteil wieder in seine Betriebsstellung zu bringen. Be­ vorzugt wird dafür eine Ausführungsform, bei der das Düsenvorderteil einfach ab- und wieder in seine Betriebs­ stellung zurückgeschwenkt werden kann. Abgesehen von die­ ser im Vordergrund stehenden einfachen und ungefährli­ chen Handhabung der Zündung per Hand, die eine Zuordnung einer elektrischen Zündschaltung zum Gerät entbehrlich macht, hat die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrich­ tung auch noch den Vorteil, daß das jweilige Düsenvor­ derteil problemlos gegen ein anderes Düsenvorderteil, bspw. mit größerer Länge oder anderer Gestaltung des Bündelungsdüsenkanales in Abhängigkeit von den zu ver­ arbeitenden Pulvern ausgetauscht werden kann. Zu be­ rücksichtigen ist nämlich dabei, daß das andere Teil in bezug auf die Brennerdüse bzw. den Düsenhalter verschieb­ lich sein muß, also geeignete Einrichtungen zu treffen sind, die einerseits diese Verschieblichkeit gewährlei­ sten und die andererseits so gestaltet sein müssen, daß sich das andere Teil nicht ohne weiteres vom Düsenhalter lösen kann. Auswechselbare Vorderteile müssen also solche adapterartige Ausbildungen nicht aufweisen, sondern le­ diglich immer nur entsprechende Gelenk- oder sonstige Anschlußteile und zum anderen Teil entsprechende Anschluß­ flächen.

Die "Verstellbarkeit" und die damit verbundene Freistel­ lung der Brennerdüse zwecks Zündung von Hand kann auch in der Weise verwirklicht werden und zwar derart, daß das Vorderteil in bezug auf das andere Teil parallel zur Düsenlängsachse an Führungen axial verstellbar angeord­ net ist. Dafür genügt also bspw. mindestens eine sich achsparallel zur Düsenlängsachse erstreckende Führungs­ stange, die am anderen Teil oder am Düsenvorderteil fest­ sitzt und in eine entsprechend profilierte Längsführung des jeweils anderen Teiles eingreift, so daß das Düsen­ vorderteil in Längsrichtung parallel zur Düsenlängsachse verstellt werden kann. Da auch dies noch gewisse Schutz­ maßnahmen verlangt, wird die abschwenkbare Ausführungs­ form bevorzugt. Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß bei vollem Betriebsgasdruck, der zweckmäßig, um andere apparativ aufwendige Möglichkeiten zu vermeiden, auch schon beim Zündvorgang vorliegt, eine relativ lange Flamme entsteht, die auch noch nicht zu einem engen Flammstrahl gebündelt ist, was ja erst das Düsenvorder­ teil bewirken soll. Bei axialer Verstellbarkeit des Vor­ derteiles müßte also zumindest an diesem eine entspre­ chend lange Handnabe am Vorderteil vorhanden sein, um ohne Gefährdung für die führende Hand das Vorderteil wie­ der anschließen zu können. In noch stärkerem Maße gälte dies, wollte man eine ganze, d.h. ungeteilte "Pinchdüse" freihändig, d.h. ohne Führungen auf den Düsenhalter bei gezündeter und voll brennender Flamme aufstecken. Im weitesten Sinne ist also unter "verstellbar" zu verste­ hen, daß man bei geeignet konstruktiver Gestaltung der beiden Teile das Düsenvorderteil einfach abnehmen und nach Zündung wieder aufsetzen kann. Bevorzugt werden natürlich die vorerwähnten Ausführungsformen, die eine ab- und zurückschwenkbare Zuordnung des Düsenvorderteiles zum anderen Teil vorsehen, da damit die Handhabung einer derartigen Vorrichtung wesentlich einfacher ist, denn das Vorderteil läßt sich, da geführt und ggf. noch unter Federzug stehend, sehr schnell unter Durchgriff der Flam­ me in die Betriebsstellung zurückschwenken.

Durch die Trennung der Strahlbündelungsdüse in zwei re­ lativ zueinander verstellbare Teile ist deren kühlbare Ausgestaltung überhaupt nicht behindert, und sofern nicht für beide Teile getrennte Kühlkreisläufe vorliegen, muß nur für eine geeignete Verbindung für das Kühlmittel zwischen beiden Teilen gesorgt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von stark schematisierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit gelen­ kiger Verbindung der beiden Teile der Strahlen­ bündelungsdüse;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung in Seitenansicht mit einer anderen Ausfüh­ rungsform der Trennfläche;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung gem. Fig. 1 im Bereich der Trennfläche,;

Fig. 4 in Draufsicht eine andere Ausführungsform der Vorrichtung und

Fig. 5 im Schnitt eine konstruktive Ausführungsform der zweigeteilten "Pinchdüse".

In den Fig. 1 bis 4 ist auf eine Darstellung der konstruk­ tiven Gestaltung hinsichtlich der Kühlbarkeit des Ganzen verzichtet, ebenso sind nicht dargestellt die Elemente zur Regelungszufuhr der Betriebsgase, die sich in geeig­ neter Weise am nicht dargestellten Teil des Düsenhalters 6 befinden. Die Zufuhr für das aufzuspritzende Pulver kann in bekannter Weise durch einen zentrischen Pulver­ zufuhrkanal (nicht dargestellt) des Düsenhalters 6 bzw. der Düse 5 erfolgen. Es ist aber auch möglich, was noch näher erläutert wird, das Pulver von außen direkt im Einmündungsbereich des Bündelungsdüsenkanales 3 einzubrin­ gen. Beim Düsenhalter 6 kann es sich übrigens um einen Flammspritzbrenner herkömmlicher Bauart handeln, auf des­ sen zylindrischem Teil dann das Teil 10 der Bündelungs­ düse 7 aufgeschoben und in geeigneter Weise lösbar und axial einstellbar fixiert ist.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, besteht die Vorrichtung aus ei­ ner Strahlbündelungsdüse 7 mit einem beschickungsseitig erweiterten Raum zur Aufnahme von Einrichtungen zur re­ gelbaren Zuführung der Betriebskomponenten, wobei der erweiterte Raum als Brennkammer 1 mit Übergangskontur 2 zur Einmündung in den eigentlichen Bündelungsdüsenkanal ausgebildet und in der Brennkammer 1 in bezug auf die Einmündung 4 des Strahlenbündelungskanales 3 eine axial verstellbare Brennerdüse 5 bzw. ein Düsenhalter 6 mit Düse 5 angeordnet ist. Wie ersichtlich, ist die Bünde­ lungsdüse 7 im Bereich der Brennkammer 1 quer zur Düsen­ längsachse 8 geteilt ausgebildet, und das Düsenvorder­ teil 9 ist in bezug auf das an der Düse 5 bzw. am Düsen­ halter 6 angeordnete andere Teil 10 verstellbar ange­ ordnet. Bei den bevorzugten Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 ist also die Verstellbarkeit durch eine schwenkbare Zuordnung des Düsenvorderteiles 9 zum anderen Teil 10 verwirklicht und zwar einfach in der Weise, daß das an­ dere Teil 10 mit einem seitlichen Lagerfortsatz 19 ver­ sehen und an diesem ein Gelenkfortsatz 20 des Vordertei­ les 9 in einem Gelenk 22 gelagert ist, das zwecks ein­ facher Auswechselbarkeit des Vorderteiles als trennbares Gelenk ausgebildet sein kann. Zweckmäßig kann dabei der Gelenkfortsatz 20 des Düsenvorderteiles 9 mit einer Hand­ habe 21, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, versehen sein, die die Handhabung des Ab- und Rückschwenkens er­ leichtert. Dabei ist durchaus auch die Anordnung einer Spannfeder (nicht dargestellt) möglich, die das Düsen­ vorderteil 9 immer in Schließstellung drückt oder zieht, d.h., in Betriebsstellung hält.

Die Trennebene kann dabei, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in Form einer Stufe 12 ausgebildet sein, sie kann aber auch gem. Fig. 2 bevorzugt unter 45 bis 90° verlaufend, ausgebildet werden. Soweit überhaupt erforderlich, sind die Anschlußflächen 14 beider Teile 9, 10, wie aus Fig. 3 ersichtlich, mit Abdichtprofilierungen 15 und/oder mit einer feuerfesten Abdichtung 16 versehen. Derartige Ab­ dichtmaßnahmen wären allerdings nur dann erforderlich, wenn die extremste Betriebsstellung des Düsenhalters 6 in linker Position noch im Bereich der Trennebene 11 ver­ läuft. Um bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 das Vorderteil 9 abschwenken zu können, ist es natürlich er­ forderlich, den Düsenhalter 6 bzw. die Düse 5 in bezug auf das andere Teil 10 so weit zurückzustellen, daß das Vorderteil 9, das ja die Brennkammer 1 mit enthält, ab­ geschwenkt werden kann. In Rücksicht auf Betriebsstellun­ gen des Düsenhalters 6, bei denen der Halter nicht in das Düsenvorderteil 9 eingreift, was immerhin möglich ist, ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß an den beiden Teilen 9, 10 im Bereich der Trennebene 11, wie aus Fig. 1 ersichtlich, Verriegelungselemente 17 angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Verstellbar­ keit der beiden Teile 9, 10 in der Weise verwirklicht, daß am Teil 10 zwei in geeigneter Weise profilierte Füh­ rungen 13 fest angeordnet sind, die sich parallel zur Düsenlängsachse 8 erstrecken. Auf diesen Führungen 13 ist dann das Düsenvorderteil 9 in geeigneter Weise achs­ parallel verschieblich gelagert, so daß, wie dargestellt, die Düse 5 durch axiales Verstellen des Vorderteiles 9 nach vorn freigestellt werden kann. Aus den erwähnten Gründen müßte aber hierbei zumindest eine entsprechend lange Handhabe am Vorderteil 9 vorgesehen werden (nicht dargestellt).

Da es darum geht, beim Zündvorgang das vorhandene Zünd­ gasvolumen möglichst klein zu halten, ist die Trennebe­ ne bei dieser Ausführungsform im Bereich der Brennkam­ mer 1 verlaufend angeordnet, d.h. der größere Teil der Brennkammer 1 und die Übergangskontur 2 sind Elemente des Düsenvorderteiles 9, ganz abgesehen davon, daß dies auch in fertigungstechnischer Hinsicht günstiger ist.

Fig. 5 stellt einen konstruktiven Schnitt durch die Bündelungsdüse 7 dar, bei der entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Die eigent­ liche Brennerdüse 5 und der Düsenhalter 6, auf dem die­ ser ganze Vorsatz bspw. aufgeschraubt wird, sind nicht dargestellt.

Wie vorerwähnt, ist die zentrale Pulverzufuhr durch die Düse 5 nicht zwingend erforderlich und kann, je nach Art des aufzuspritzenden Pulvers, auch nicht erwünscht sein, für solche Fälle können im Düsenvorderteil 9 im An­ schlußbereich zum anderen Teil 10, wie gestrichelt ange­ deutet, Pulverzufuhrdüsen 18 angeordnet sein, zu denen entsprechende, hier aber nicht dargestellte Pulverzufuhr­ leitungen führen. Damit wird der Verwendungsbereich der Vorrichtung hinsichtlich unterschiedlicher Pulver er­ weitert.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Auftrags­ schweißwerkstoffen, bestehend aus einer Stahlbünde­ lungsdüse mit beschickungsseitig darin angeordneter axial verstellbarer Brennerdüse (5) bzw. Düsenhalter (6) mit Düse (5) und mit Einrichtungen zur regelbaren Zuführung der Betriebskomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelungs­ düse (7) im Bereich ihres beschickungsseitigen Endes (1′) quer zur Düsenlängsachse (8) geteilt und das Dü­ senvorderteil (9) mit seinem Strahlenbündelungskanal (3) in bezug auf das an der Düse (5) bzw. am Düsen­ halter (6) angeordnete andere Teil (10) unter Frei­ stellung der Düse (5) verstellbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Düsenvorderteil (9) schwenkbar am anderen Teil (10) angelenkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennebene (11) zwischen dem Vorderteil (9) und dem anderen Teil (10) in bezug auf die Düsenlängsachse (8) unter 45 bis 90° verlaufend angeordnet oder in Form einer Stufe (12) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Teil (10) mit einem seitlichen Lagerfortsatz (19) verse­ hen und an diesem ein Gelenkfortsatz (20) des Vor­ derteiles (9) gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Vorderteil (9) in bezug auf das andere Teil (10) parallel zur Dü­ senlängsachse (8) an Führungen (13) axial verstellbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Düsenvorderteil (9) eine Übergangskontur (2) zum Strahlbündelungskanal (3) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen (14) beider Teile (9, 10) mit Abdicht­ profilierungen (15) und/oder einer feuerfesten Ab­ dichtung (16) versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß an den beiden Teilen (9, 10) im Bereich der Trennebene (11) Verriegelungselemente (17) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Düsenvorderteil (9) im Anschlußbereich zum anderen Teil (10) Pulverzufuhrdüsen (18) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß am distanzverstellbaren Düsenvorderteil (9) eine Ver­ stellhandhabe (21) angeordnet ist.