DE3624105A1

DE3624105A1 - Verfahren und vorrichtung zum drahtspritzen

Info

Publication number: DE3624105A1
Application number: DE19863624105
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Froehlich; Otto Boehme; Horst Domrau; Albrecht Dr Eisengraeber
Original assignee: Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
Current assignee: Zentralinstitut fuer Schweisstechnik der DDR
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1987-02-26
Also published as: GB2180171A; GB8618898D0

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Drahtspritzen für Zwecke des Korrosions- und Verschleißschutzes sowie zur Herstellung definierter metallischer Oberflächenschichten in Fertigung und Instandhaltung des Maschinen- und Stahlbaus unter Verwendung an sich bekannter druckluftgetriebener Spritzgeräte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß beim Lichtbogen- und Flammendrahtspritzen der erhitzte und aufgeschmolzene Draht mit Hilfe einer Druckluftströmung zerstäubt und auf die Werkstückoberfläche geschleudert wird.

Der Vorschub des Drahtes wird vorwiegend mittels Druckluftturbinen, oft auch als Druckluftmotor bezeichnet, realisiert. Die Druckluftströmung, die Führung des Drahtes und die Ausbildung der Flammen erfolgt mittels eines Düsensystems.

Nach DE-PS 39 22 944 wird die Flamme, die zur Erhitzung des Drahtes dient, tief ins innere des Düsensystems zurückverlegt, damit die Flamme nicht durch die Druckluftströmung beeinträchtigt wird. Weiterhin wurde mit DE-PS 4 01 825 die Möglichkeit aufgezeigt, das Zerstäubungsgas, also die Druckluftströmung und die Flammengase durch eine abgezweigte Teilströmung, wohl der Druckluft, in seiner Strahlgestalt zu verformen, indem die abgezweigte Teilströmung gegen den Spritzstrahl gerichtet wird.

Weiterhin wurde nach DE-AS 16 46 010 zur Vermeidung des Zurückschlagens der Flamme in die Drahtdüse und gegen das Festschweißen des Drahtes an der Drahtdüsenmündung vorgeschlagen, eine zusätzliche Druckluftmenge in die Zone zwischen Draht und Flamme dann einzuleiten, wenn die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes gestoppt wird. Zur Steuerung der zugehörigen Einrichtung wird eine durch Druckluft betätigte Kupplung eingesetzt, die im Wechselspiel mit der Atmosphäre den Drahtvorschub regelt. Nach den obengenannten und davon abgewandelten Prinzipien konstruiert, ist eine Reihe unterschiedlicher Spritzpistolen für das Flammen- und Lichtbogenspritzen bekannt, die mit erheblichem Bedarf an Energie, insbesondere Brenngas, Sauerstoff, Druckluft und Elektroenergie arbeiten. Der Druckluftbedarf einer Spritzpistole liegt z. B. bei etwa 40 m³/h.

Der Nachteil der bekannten technischen Lösungen besteht im relativ geringen energetischen Wirkungsgrad und damit verbunden, insbesondere im hohen Aufwand für die Betriebsgase, speziell Druckluft. Dieser hohe Aufwand, dargestellt durch den stündlichen Gasbedarf, erfordert hohe Aufwendungen insbesondere unter Baustellenbedingungen und schränkt die Arbeitsmöglichkeiten ein.

Unter Baustellenbedingungen z. B. ist für den Betrieb einer einzigen Flammendraht-Spritzpistole von 3 kg Gewicht ein dieselgetriebener oder elektrisch getriebener Kompressor von etwa 1000 kg Gewicht mit entsprechend hohem Leistungsbedarf an Kraftstoff bzw. Elektroenergie erforderlich.

Ein weiterer Nachteil der bekannten technischen Lösungen besteht in den hohen Arbeitserschwernissen beim Drahtspritzen. Dabei sind die dicken und schweren Druckluftschläuche und damit das Gewicht der Spritzpistole, die zumeist von Hand geführt wird, der Lärm der Druckluftturbine, der aus ihr herausströmenden Abluft und des Spritzstrahls sowie die Zugwirkung und staubaufwirbelnde Wirkung der Abluft arbeitserschwerend.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sind die Effektivität und die Arbeitsbedingungen beim Drahtspritzen zu erhöhen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu entwickeln, mit denen das Drahtspritzen insgesamt mit geringerem materiellen und energetischen Aufwand sowie geringeren Arbeitserschwernissen ausgeübt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß dem Spritzstrahl aus Drahtschmelzpartikeln, Flammengasen und gegebenenfalls Druckluft eine Strömung aus Luft erhöhter Entropie gerichtet zugeführt wird, derart, daß die Abluft der zum Antrieb des Drahtvorschubes dienenden Druckluftturbine (2) ungedrosselt oder bis auf einen Druck, der maximal 50% des Antriebsluftdruckes entspricht, gedrosselt unter diesem Druck zu einer gerichteten Strömung geformt und dann in dem und/oder um den Spritzstrahl zugeführt wird, und daß die Flamme in mehrere hintereinanderliegende und auf den Draht gerichtete Flammenkränze aufgeteilt wird.

Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so aufgebaut, daß der Druckluftkanal in seinem Ende zum Druckluftraum der Druckluftturbine hin eine Überschallstrahldüse aufweist, die für ideale isentropische Entspannung vom Antriebsluftdruck auf den Druck der Abluft der Druckluftturbine ausgelegt ist, daß der Druckluftraum der Druckluftturbine insgesamt im wesentlichen gasdicht ausgeführt ist und daß der oder die Abluftkanäle der Druckluftturbine mit den Spritzluftkanälen und/oder zusätzlichen Luftkanälen des Düsensystems verbunden sind.

Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darüber hinaus so gebaut, daß das Düsensystem einen gemeinsamen Brenngas-Sauerstoffraum aufweist, der durch mehrere neben- und hintereinanderliegende Durchlässe, vorzugsweise in der Draht-Flammendüse sowie zwischen Draht-Flammendüse und Luftdüse, mit dem Spritzraum innerhalb des Düsensystems in Verbindung steht.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die aufgezeigte überraschend einfache Maßnahme erstmals nicht nur das Arbeitsvermögen der verfahrensbedingt erforderlichen Antriebsdruckluft vollständig genutzt wird, sondern daß darüber hinaus die benötigte Druckluftmenge bis zu 50% reduziert wird. Auf die bisher notwendige gesonderte Spritzluft kann vielfach völlig verzichtet werden; sie wird zumindest wesentlich reduziert. Dadurch, daß die Abluft der Druckluftturbine, die höhere Entropie als die bisherige Druckluft aufweist, unmittelbar dem Spritzstrahl zugeleitet wird, der vom Arbeiter weggerichtet ist, entfällt die bisherige Lärmbelastung durch die Turbinenabluft. Durch die Luftmengenreduzierung insgesamt wird der erforderliche Strömungsquerschnitt der Druckluftzuleitungen verringert, wodurch dünnere und damit leichtere und flexible Druckluftschläuche verwendet werden können. Weiterhin tritt eine Lärmreduzierung nicht nur dadurch ein, daß insgesamt der Druckluftdurchsatz reduziert wird.

Überraschenderweise ist der Strömungslärm der dem Spritzstrahl übertragenen Abluft der Druckluftturbine (Luft mit teilweise verbrauchtem Arbeitsvermögen) geringer als der der üblicherweise zugeführten hochgespannten Spritzluft mit geringer Entropie, was auf die Vermeidung von größeren Entspannungsvorgängen im Düsensystem zurückgeführt werden kann.

Die Druckluftturbine erhält durch die erfindungsgemäße Lösung im Grunde eine geschlossene bzw. gekapselte Bauform, so daß auch dadurch der Turbinenlärm verringert wird. Die Aufwendungen für die Druckluftversorgung beim Drahtspritzen werden wesentlich reduziert und die Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens vergrößert bzw. verbessert. So können nunmehr von einem Kompressor aus nicht nur eine, sondern mehrere Spritzpistolen versorgt werden. Die Menge aufgewirbelter Stäube und die Zugluft werden durch die Druckluftmengenreduzierung insgesamt und insbesondere durch die Zuführung der Abluft der Druckluftturbine zum Spritzstrahl wesentlich reduziert. Weiterhin wird in dem Fall, daß die Abluft der Turbine in zusätzliche Luftkanäle des Düsensystems geleitet wird, das Düsensystem zusätzlich gekühlt, was dessen Lebensdauer erhöht und Zeitverluste reduziert sowie die Möglichkeit eröffnet, den an sich üblichen Spritzstrahl durch eine zusätzliche koaxiale oder andersartige Luftströmung zu unterstützen, was die Spritzqualität erhöht und Spritzverluste verringert.

Im gleichen Sinne wirkt die erfindungsgemäße Maßnahme betreffs der Gestaltung der Flamme beim Flammendrahtspritzen. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß durch die Aufteilung der Flamme in mehrere hintereinanderliegende auf den Draht gerichtete Flammenkränze der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf den Draht erhöht und die spezifische Lärmemission verringert werden kann.

Diese insgesamt überraschende Wirkung führt außerdem dazu, daß der Verbrauch an Brenngas und Sauerstoff für die gleiche Spritzleistung reduziert werden kann, was zusätzlich zu einer Reduzierung der Lärmemission des Spritzstrahls, der Menge der an sich gesundheitsschädigenden Flammenabgase sowie materiellen Aufwendungen für den Spritzprozeß führt.

Die Erfindung kann natürlich auch so genutzt werden, daß unter Beibehaltung der Druckluft- sowie Sauerstoff- und Brenngasverbrauch die Spritzleistung überdurchschnittlich erhöht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Drahtspritzpistole für manuelle Handhabung. Im Pistolenkörper, der über einen Handgriff verfügt, ist eine Druckluftturbine angeordnet, deren wesentliches Bauteil, das Laufrad, in der Zeichnung dargestellt ist.

Im Pistolenkörper 1 sind je ein Brenngaskanal 3, ein Sauerstoffkanal 4 und Druckluftkanal 5 so eingearbeitet, daß der Brenngaskanal 3 und der Sauerstoffkanal 4 in einem gemeinsamen Gemischkanal 6 münden und der Druckluftkanal 5 in einer Überschallstrahldüse 7 endet, die tangential auf den Außenbereich des Laufrades gerichtet ist. Der Druckluftraum 8 der Druckluftturbine 2 ist insgesamt nach außen gasdicht ausgeführt. Der Abluftkanal 9 der Druckluftturbine 2 steht mit den Spritzluftkanälen 10 des Düsensystems in Verbindung. Das Düsensystem weist einen gemeinsamen Brenngas-Sauerstoffraum 11 auf, der mit dem Gemischkanal 6 in Verbindung steht. Der Brenngassauerstoffraum 11 steht weiterhin mit mehreren neben- und hintereinanderliegenden Durchlässen 12, 13 in der Draht- Flammendüse 14 sowie zwischen Draht-Flammendüse 14 mit Luftdüse 15 und damit mit dem Spritzraum 16 innerhalb des Düsensystems in Verbindung.

Die durch den Druckluftkanal 5 zugeführte Druckluft steht unter einem Überdruck von 5 bar. In der Überschallstrahldüse 7 wird die Druckluft unter Entspannung, d. h. einer ersten Entropiezunahme zu einem Druckluftstrahl geformt, der das Laufrad 2 antreibt.

Die Größe der Spritzluftkanäle 10 ist so ausgelegt, daß sich im Druckluftraum 8 nach verrichteter mechanischer Antriebsarbeit unter weiterer restlicher Entropieerhöhung in der Druckluft ein Luftdruck von maximal 2 bar Überdruck einstellt. Die unter diesem Überdruck stehende Abluft wird durch die Spritzluftkanäle 10 zu einer anfänglich konisch auf den Spritzstrahl gerichteten Strömung geformt. Die Überschalldrahtdüse 7 ist für isentropische Entspannung von 5 auf 2 bar nach bekannten Regeln konstruiert.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 -   Pistolenkörper
2 -   Druckluftturbine
3 -   Brenngaskanal
4 -   Sauerstoffkanal
5 -   Druckluftkanal
6 -   Gemischkanal
7 -   Überschallstrahldüse
8 -   Druckluftraum
9 -   Abluftkanäle
10 -   Spritzluftkanäle
11 -   Brenngas-Sauerstoffraum
12 -  Durchlässe
13 -
14 -   Draht-Flammendüse
15 -   Luftdüse
16 -   Spritzraum

Claims

1. Verfahren zum Drahtspritzen, insbesondere zum Flammen- Drahtspritzen für Zwecke des Korrosions- und Verschleißschutzes sowie zur Herstellung definierter metallischer Oberflächenschichten unter Verwendung an sich bekannter druckluftgetriebener Spritzgeräte, gekennzeichnet dadurch, daß dem Spritzstrahl aus Drahtschmelzpartikeln, Flammengasen und gegebenenfalls Druckluft eine Strömung aus Luft erhöhter Entropie gerichtet zugeführt wird, derart, daß die Abluft der zum Antrieb des Drahtvorschubes dienenden Druckluftturbine (2) ungedrosselt oder bis auf einen Druck, der maximal 50% des Antriebsluftdruckes entspricht, gedrosselt unter diesem Druck zu einer gerichteten Strömung geformt und dann in den und/oder um den Spritzstrahl zugeführt wird, und daß die Flamme in mehrere hintereinanderliegende und auf den Draht gerichtete Flammenkränze aufgeteilt wird.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckluftkanal (5) in seinem Ende zum Druckluftraum (8) der Druckluftturbine (2) hin eine Überschallstrahldüse (7) aufweist, die für ideale isentropische Entspannung vom Antriebsluftdruck auf den Druck der Abluft der Druckluftturbine (2) ausgelegt ist, daß der Druckluftraum (8) der Druckluftturbine (2) insgesamt im wesentlichen gasdicht ausgeführt ist, daß der oder die Abluftkanäle (9) der Druckluftturbine (2) mit den Spritzluftkanälen (10) und/oder zusätzlichen Luftkanälen des Düsensystems verbunden sind und daß das Düsensystem einen gemeinsamen Brenngas- Sauerstoffraum (11) aufweist, der durch mehrere neben- und hintereinanderliegende Durchlässe (12; 13) vorzugsweise in der Draht-Flammendüse (14) sowie zwischen Draht-Flammendüse (14) und Luftdüse (15) mit dem Spritzraum (16) innerhalb des Düsensystems in Verbindung steht.