DE3620201A1 - 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-8 12 01 061.9, die DAS 10 89 614 und durch die Zeit­ schrift "Metall", Heft 3/83, Seite 238, Fig. 1b, reprä­ sentiert. Bei der letztgenannten Vorrichtung wird Stick­ stoff als Fördergas benutzt, wobei die Flamme (Brenngas = Gemisch aus Methylacetylentropadien und Sauerstoff) in den wassergekühlten Strahlbündelungsdüse gebildet wird. Das Verfahren nach der E-A-8 12 01 061.9 setzt ein aufwen­ diges Dosiersystem mit elektronischer Steuerung und Re­ gelung voraus, d.h., die zugehörige genannte Anlage ist sehr teuer und deren Anschaffung und Einsatz lohnt sich nur für bestimmte Einsatzfälle, obgleich mit einer sol­ chen Anlage Spritzqualitäten erreichbar sind, die einen Vergleich mit dem beim Plasma- und Flammschockspritzen erreichbaren Spritzqualitäten 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 Ver­ wendung für gewissermaßen normale Spritzauftragsfälle, d.h., für solche Fälle konnte man mit einfachen Mitteln, die mit allen solchen Verfahren und einer solchen Strahl­ bündelungsdüse (Pinchdüse) verbundenen Vorteile, nämlich Vermeidung bzw. Reduktion von Spritzverlusten, bessere Partikelaufschmelzung und höhere Partikelbeschleunigung bisher nicht ausnutzen.

Bei der Vorrichtung nach der DAS 10 89 614 ist keine Brennkammer vorhanden, sondern die Mündung des Trägergas- Pulveraustrittskanals ist unmittelbar im Bereich der Ein­ mündung in den Strahlbündelungskanal der Bündelungsdüse angeordnet, wobei der erweiterte Raum um die Düse ledig­ lich der Sauerstoffzufuhr dient, der durch einen Ring­ spalt dem Trägergas-Pulverstrom zugemischt wird. Abgese­ hen von der Rückzündgefahr in den Trägergas-Pulverzufuhr­ kanal ist die Düse nicht verstellbar ausgebildet, so daß sich hierbei keine Anpassungsmöglichkeiten an differente Pulver ergeben. Außerdem muß die ganze Vorrichtung von vorn her gezündet werden, was nicht ungefährlich ist.

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 sogen. Differenzdruckprinzip arbeitend, einerseits hinsichtlich ihres apparativen Aufwandes nicht bzw. nicht wesentlich mehr verlangt, als bisher für das Flammspritzen erforderlich war und die andererseits bei angepaßter Veränderbarkeit der Brennkammer die Verwen­ dung aller brennbaren Gase, insbesondere aber auch Ace­ tylen, erlaubt, und mit der insbesondere auch der Zünd- bzw. Anfahrvorgang sicher beherrschbar ist, und zwar durch Einhaltung einer bestimmten Schaltfolge und Ver­ wendung einer entsprechenden Schaltung für die Betätigung einer Zündelektrode. Wie sich gezeigt hat, reagieren die vorbekannten Vorrichtungen relativ empfindlich bezüglich unterschiedlicher Auftragspulver, d.h., schon von dieser Seite her sind der universellen Verwendbarkeit derartiger Geräte relativ enge Grenzen gesetzt, wobei es bspw. in einem Fall zu einer einwandfreien Funktion kommt, wäh­ rend es bei Wechsel auf ein anderes Pulver zu Anbackun­ gen des Pulvers an bestimmten Stellen kommen kann. Dies­ bezüglich ist mit der Vorrichtung nach der E-A-01 35 826 schon insoweit eine Verbesserung geschaffen, weil dort die Möglichkeit unterschiedlicher Stellungen der Düse in der Brennkammer gegeben ist. Insbesondere in Richtung auf niedriger schmelzende Pulver sind aber auch noch bei die­ ser Vorrichtung relativ enge Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß deren Anwendungs- und Einsatzbereich be­ züglich unterschiedlicher Auftragspulver vergrößert ist.

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 Unter­ ansprüchen.

Wesentlich hierbei ist also, daß die Verstellbarkeit der eigentlichen Brennerdüse innerhalb des Strahlbündelungs­ rohres weiterhin gegeben ist, dies aber jetzt in Verbin­ dung mit der Möglichkeit einer externen Zufuhr, insbeson­ dere des Pulvers in das Bündelungsrohr, die bisher bei derartigen "Pinchdüsen" noch nicht angewendet wurde und zwar vermutlich deshalb nicht, weil man immer nur den "Pincheffekt" im Auge hatte, ohne dabei zu erkennen, daß eine derartige externe Zufuhr insbesondere von Pulver un­ mittelbar in das Strahlbündelungsrohr eine wesentliche Variationsvergrößerung hinsichtlich der Einstellbarkeit der Vorrichtung auf unterschiedliche Pulver bedeutet. Derartige vorbekannte Vorrichtungen, insbesondere die der genannten Art, arbeiten nämlich grundsätzlich mit zentra­ ler Pulverzufuhr, d.h., mit einem in der Düse zentrisch angeordneten Auftragsschweißmaterialzufuhrkanal, wobei also das Auftragsschweißmaterial in jedem Falle die Bren­ nerflamme passieren muß. Da bei der erfindungsgemäßen Lö­ sung die Verstellbarkeit der Brennerdüse ebenfalls ge­ geben ist, die Auftragsschweißmaterialzufuhr aber nicht mehr zwingend durch diese Düse erfolgen muß, die aber auch bei der vorliegenden Vorrichtung genutzt werden kann, sondern auch noch alternativ eine Pulverzufuhr von außen in das Strahlbündelungsrohr ermöglicht ist, erge­ ben sich die unterschiedlichsten Möglichkeiten hinsicht­ lich der Einleitung des Auftragsschweißmaterials relativ zur Brennerflamme und zwar in Abhängigkeit von der je­ weils zu verarbeitenden Pulverart, so daß dadurch die bisher gegebenen Grenzen der vorbekannten Vorrichtungen für ein einwandfreies Arbeiten mit unterschiedlichen Pul­ vern wesentlich erweitert sind. Will man also bspw. ein niedriger schmelzendes Schweißauftragsmaterial verarbei­ ten, das selbst bei diesbezüglich optimaler Einstellung der Vorrichtung nach bspw. der DOS 33 31 216 immer noch zu Anbackungen führte, so muß man im vorliegenden Fall nicht mehr eine andere, speziell darauf abgestellte Vor­ richtung benutzen, sondern kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bspw. derart einstellen und betreiben, daß die Brennerflamme möglichst weit von der Pulvereinleit­ stelle entfernt ist, d.h., das Pulver würde extern durch den mindestens einen Pulvereindüskanal in das Bündelungs­ rohr eingebracht. Diese zusätzlichen Kanäle am Bündelungs­ rohr können aber auch, falls dies das speziell zu verar­ beitende Pulver verlangt, als Gaseinleitkanäle benutzt werden, um bspw. im Bündelungsrohr eine zusätzliche kühlende oder zusätzlich heizende Mantelströmung zu bilden. Sofern an der jeweils eingesetzten Düse vorhan­ den, kann auch der sonst zur zentralen Pulverzuförderung bestimmte Kanal zur Zuleitung von Zusatzgasen herange­ zogen werden, wenn die Pulverzufuhr durch die Eindüska­ näle am Bündelungsrohr erfolgt.

In der einfachsten Ausführungsform besteht die Vorrich­ tung letztlich nur aus einem kühlbaren Rohr mit mehreren, auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Eindüskanälen, wo­ bei am beschickungsseitigen Ende des Rohres in dieses dicht passend der Düsenhalter mit der erforderlichen Düse eingesetzt ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß betriebsmittelzufuhrseitig das Rohr mit min­ destens einer Erweiterung versehen ist, in der dann axial verstellbar der Düsenhalter mit der Düse sitzt. Je nach Stellung der Düse innerhalb dieser Erweiterung bildet dann diese eine mehr oder weniger große Brennkammer, wo­ bei aber auch die Möglichkeit besteht, den Düsenhalter mit der Düse so weit einzuschieben, daß die Düse den Strahlbündelungskanal in bezug auf die Erweiterung voll­ kommen abschließt, d.h., die Brennerflamme brennt unmit­ telbar im Bündelungsrohr und im Bereich der Einmündungen der Pulvereindüskanäle, wobei wiederum beide Möglichkei­ ten offen sind, das Zusatzschweißmaterial entweder zent­ risch durch die Düse selbst zuzuführen, sofern diese ei­ nen zentrischen Zufuhrkanal hat und/oder den Auftrags­ schweißwerkstoff durch die Eindüskanäle einzuleiten.

Ist eine elektrische Zündung per Zündelektrode vorgese­ hen, so wird diese zweckmäßig im Bereich der Erweiterung als rückziehbare Zündelektrode angeordnet, um den gan­ zen Erweiterungsbereich für die Verstellbarkeit des Dü­ senhalters freihalten zu können. In Rücksicht auf die vorerwähnte Verschlußmöglichkeit der Brennkammer ist die Brennerdüse mit einer an die Einmündungskontur des Rohres angepaßten Kopfkontur versehen.

Abgesehen von einer möglichst einfachen und gefährdungs­ freien Handhabung der Zündung des Gerätes besteht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform darin, daß das Rohr zweiteilig ausgebildet und das Vorderteil des Rohres ver­ stellbar an die Düse bzw. den Düsenhalter enthaltenden anderen Teil des Rohres angeordnet und die Trennebene der beiden Rohrteile benachbart vor oder hinter dem min­ destens einen Pulvereindüskanal quer, geneigt oder abge­ stuft zur Längsachse des Rohres verlaufend, ausgebildet ist. Da bei dieser Ausbildung das Vorderteil des Rohres einfach abgeschwenkt werden und damit die Düse für eine Zündung freigestellt werden kann, ist der Aufwand der Anordnung einer rückziehbaren Elektrode entbehrlich und der Verstellbereich der Brennerdüse wird davon nicht mehr beeinträchtigt. Im unmittelbar vorliegenden Zusam­ menhang hat diese Ausbildung aber auch noch den Vorteil, daß man bspw. bei einem Probespritzvorgang die hinsicht­ lich einer Anbackgefahr inneren Bereiche des Rohres nach Aufschwenken unmittelbar in Augenschein nehmen und fest­ stellen kann, ob die richtige Einstellung der Vorrich­ tung gegeben ist. Außerdem ist damit eine einfache und gute Reinigungsmöglichkeit für das Bündelungsrohr geschaf­ fen.

Durch die einfache Maßgabe der Anordnung mindestens eines Eindüskanales am Bündelungsrohr wird vorteilhaft insge­ samt gesehen die Zahl der Einstellparameter an einer sol­ chen Vorrichtung derart vergrößert, daß eine solche Vor­ richtung praktisch für alle flammspritzbaren Pulver bei entsprechender Einstellung benutzt werden kann, d.h., es muß nicht für jede besondere Pulverart eine besonders darauf abgestellte Vorrichtung vorgesehen werden.

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

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung in einfach­ ster Ausführungsform;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung in an­ derer Ausführungsform und

Fig. 3 in Seitenansicht die Vorrichtung mit einem zwei­ geteilten Bündelungsrohr.

In allen Fig. 1 bis 3 ist auf eine Darstellung der kon­ struktiven Gestaltung hinsichtlich der Kühlbarkeit des Ganzen verzichtet, ebenso sind nicht dargestellt die Elemente zur geregelten Zufuhr der Betriebsgase, die sich in geeigneter Weise am nicht dargestellten Teil des Düsenhalters 1′ befinden. Die Zufuhr für das aufzuspritzen­ de Pulver kann in bekannter Weise u.a. auch durch einen zentrischen Pulverzufuhrkanal (nicht dargestellt) des Dü­ senhalters 1′ bzw. der Düse 1 erfolgen. Wie aus Fig. 1 er­ sichtlich, besteht die Vorrichtung aus einem Strahlbünde­ lungsrohr 3 mit betriebsmittelzufuhrseitig darin angeord­ neter, axial verstellbarer Brennerdüse 1 bzw. Düsenhalter 1′ mit Düse 1. Ausgehend von einer solchen Vorrichtung ist diese nun derart ausgebildet, daß unmittelbar vor dem Be­ reich der Einschubextremalposition E der Brennerdüse 1 in der Wandung 2 des Bündelungsrohres 3 vier zur Rohrlängs­ achse 4 in Ausströmrichtung konvergierend geneigte Ein­ düskanäle 5 mit Pulverzuleitungsanschlüssen 6 angeordnet sind. Wie erwähnt, können die Eindüskanäle 5 auch als Zu­ leitungskanäle für Zusatzgase, wie Luft, Brenngase, Inert­ gase, aber sogar auch für flüssige Brennstoffe mit hohem Heizwert benutzt werden, und es ist auch möglich, bei ei­ ner ausreichend vorhandenen Anzahl von Kanälen 5 einen Teil für die Pulverzufuhr und einen Teil für eine Zu­ satzgaszufuhr zu benutzen. Durch die axiale Verstellbar­ keit der Düse 1 mittels des Düsenhalters 1′ ist es ohne weiteres möglich, die Brennerdüse 1 bedarfsangepaßt von der Einschubextremalposition E bis zur anderen geringsten Einschubposition E ₁ in bezug auf die Kanäle 5 einzustel­ len. Damit ergeben sich aber auch unterschiedliche Posi­ tionierungen der Brennerflamme zu den Einmündungen der Eindüskanäle 5.

Bevorzugt ist die Vorrichtung bzw. das Strahlbündelungs­ rohr 3 im Sinne der Fig. 2 ausgebildet, in der auch Kam­ mern für die Durchleitung eines Kühlmediums mit angedeu­ tet sind. Hierbei ist das Rohr 3 betriebsmittelzufuhrsei­ tig mit einer Erweiterung 7 versehen, vor der sich noch eine zusätzliche Erweiterung 7′ befindet, in deren Be­ reich auch eine rückziehbare Zündelektrode 8 angeordnet ist. Wie ersichtlich, ist hierbei die Brennerdüse 1 mit einer an die Einmündungskontur 9 des Rohres 3 angepaßten Kopfkontur 10 versehen, so daß, wie dargestellt, der voll eingeschobene Düsenhalter 1′ mit Düse 1 den Innenraum des Rohres 3, der den Strahlbündelungskanal bildet, voll ver­ schlossen ist. Für den Zündvorgang wird der Düsenhalter 1′ mit der Düse 1 in die gestrichelte Stellung nach links verschoben, so daß der Zündvorgang mit der nach innen eingefahrenen Elektrode 8 erfolgen, danach die Elektrode 8 zurückgezogen und die Düse 1 innerhalb der Erweiterung 7 in die gewünschte bzw. für das spezielle Pulver erfor­ derliche Stellung gebracht werden kann. Sofern die Düse 1, wie erwähnt, einen zentrischen Pulverzufuhrkanal hat, kann also in jeder Stellung der Düse 1 von Extremalstellung E ₁ bis zur Extremalstellung E Pulver in bekannter Weise aus­ gedüst werden. Andererseits läßt aber die Vorrichtung zu, Pulver auch durch die Kanäle 5 zuzufördern, wobei die Düse 1 ebenfalls Stellungen im Bereich von E ₁ bis E ein­ nehmen kann. Mit der Vorrichtung sind also die verschie­ densten Alternativen jeweils in Abhängigkeit von den For­ derungen, die das Spritzpulver stellt, möglich und zwar sogar die, daß bei einer Düse mit zentrischem Pulverför­ derkanal im Falle einer Pulverförderung durch die Kanäle 5 die Zuförderung von zusätzlichem Gas durch diesen vor­ handenen zentrischen Kanal in der Düse 1 erfolgen kann.

Aus den erwähnten Gründen und zwar um einerseits die Hand­ habung der Zündung zu vereinfachen, auf eine elektrische Zündung verzichten zu können, und zwecks einfacher Anback­ kontrolle und Reinigung, ist die Vorrichtung gemäß Fig. 3 derart beschaffen, daß das Rohr 3 zweiteilig ausgebildet und das Vorderteil 3′ des Rohres verstellbar am die Düse 1 bzw. den Düsenhalter 1′ enthaltenden anderen Teil 3′′ des Rohres 3 angeordnet und die Trennebene 11 der beiden Rohrteile 3′, 3′′ benachbart vor oder hinter dem mindestens einen Pulvereindüskanal 5 quer, geneigt oder abgestuft zur Längsachse 4 des Rohres 3 verlaufend, ausgebildet ist. Die beiden Teile 3′, 3′′ sind dafür mit Gelenkelementen 12 versehen, so daß das Vorderteil 3′, wie mit Pfeil an­ gegeben, einfach hochgeschwenkt werden kann. Dadurch wird die im Inneren des Rohres 3 befindliche Düse 1′ frei zugänglich und kann in herkömmlicher Weise von Hand gezündet werden, ohne daß Explosionsgefahr besteht, die normalerweise bei derartigen Geräten gegeben wäre, wenn man diese Geräte einfach am offenen Ende des Rohres 3 bei ausströmendem Brenngas zünden wollte. Durch die Ab­ schwenkbarkeit des Vorderteiles 3′ ist aber insbesondere die Möglichkeit geschaffen, das Innere des Rohres 3 in Augenschein nehmen zu können, ob und wo sich Pulveran­ backungen gebildet haben und außerdem kann der Bündelungs­ kanal sehr leicht und ohne Verstopfungsgefahr der Düse 1 gereinigt werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann die Trennebene 11 in verschiedener Weise ausgeführt sein, und zwar, wie dargestellt, in Form einer Abstufung oder, wie gestrichelt angedeutet, in Form einer senkrecht oder quer geneigten Verlaufsanordnung. Die beiden Anschlußflächen der Teile 3′, 3′′ können problemlos in geeigneter Weise abgedichtet werden und gegenüberliegend zu den Gelenk­ elementen 12 können im Bereich des anderen Auslaufendes der Trennebene 11 Verschlußelemente angeordnet werden, die das abschwenkbare Vorderteil 3′ fest in der darge­ stellten Betriebsstellung halten.

Die Anordnung der Eindüskanäle am Bündelungsrohr führt zu Einstellbarkeiten der Vorrichtung wie folgt:

Wechselmöglichkeit der Pulverzufuhr von innen nach au­ ßen.

Einleitung des Pulvers in die Flamme oder relativ weit entfernt vor der Flamme.

Einleitungsmöglichkeit von Zusatzbrennstoffen allein oder zusammen mit Pulver im Ausmündungsbereich der Ein­ düskanäle.

Einstellbarkeit der Größe der Brennkammer von maximal bis null.

Dabei ist zu beachten, daß diese Einstellmöglichkeiten auch untereinander wiederum kombiniert werden können.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Auftrags­ schweißwerkstoffen, bestehend aus einem Strahlbünde­ lungsrohr mit betriebsmittelzufuhrseitig darin ange­ ordneter, axial verstellbarer Brennerdüse bzw. Düsen­ halter mit Düse, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unmittelbar vor dem Bereich der Einschubextremalposition (E) der Brennerdüse (1) in der Wandung (2) des Bündelungsrohres (3) minde­ stens ein zur Rohrlängsachse (4) in Ausströmrichtung konvergierend geneigter Eindüskanal (5) mit Zulei­ tungsanschluß (6) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Anordnung von mehr als einem Eindüskanal (5) diese gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß betriebsmittelzu­ fuhrseitig das Rohr (3) mit mindestens einer Erwei­ terung (7) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Erweiterung (7) eine rückziehbare Zündelektrode (8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (1) mit einer an die Einmündungskontur (9) des Roh­ res (3) angepaßten Kopfkontur (10) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) zweiteilig ausgebildet und das Vorderteil (3′) des Rohres verstellbar am die Düse (1) bzw. den Düsenhalter (1′) enthaltenden anderen Teil (3′′) des Rohres (3) angeordnet und die Trennebene (11) der beiden Rohrteile (3′, 3′′) benachbart vor oder hinter dem mindestens einen Eindüskanal (5) quer, geneigt oder abgestuft zur Längsachse (4) des Rohres (3) ver­ laufend ausgebildet ist.