DE3824887C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse für Flammspritzbrenner zum thermischen Spritzen von Pulvern auf me­ tallischer oder keramischer Basis gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Düsen der genannten Art sind hinlänglich in den ver­ schiedensten Ausführungsformen bekannt, und nur zum Beispiel sei auf die DE-OS 31 02 848 verwiesen.

Für das mit­ tels eines Trägergasstromes auszudüsende Pulver ist an derartigen Düsen ein relativ durchmessergroßer und zentrisch in der Düse angeordneter Trägergaskanal vorge­ sehen, dessen Ausmündung an der Düse in der Regel von mindestens einer Brenngasgemischausmündung konzentrisch umgeben ist, die entweder kreisringförmigen Querschnitt hat oder die aus mehreren Einzelmündungen besteht. Die vor der Brenngasgemischausmündung brennende Flamme er­ hitzt die austretenden Pulverpartikel, so daß diese bei Auftreffen auf die zu beschichtende Unterlage an dieser haften bleiben. Durch die Geschwindigkeit des ausströ­ menden Brenngasgemisches bzw. der Flammgase erhalten die Pulverpartikel eine zusätzliche Beschleunigung. Die Wärmeübertragung und die zusätzliche Beschleunigung können sich bei einer derartigen Anordnungsgeometrie der Ausmündungen allerdings nur auf die Pulverpartikel auswirken, die sich im äußeren Grenzschichtbereich des Pulver-Trägergasstromes bewegen, d.h., die sich im In­ neren der Pulver-Trägergasströmung befindlichen Parti­ kel bleiben mehr oder weniger von der Wärme- und Be­ schleunigungseinwirkung des Brenngasgemischstromes bzw. der Flammgase unberührt, je nachdem, ob innen strömende Partikel aufgrund von Turbulenz mehr oder weniger nach außen in den Grenzbereich der Strömung gelangen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Düse für Flammspritzbrenner zum thermischen Spritzen dahingehend zu verbessern, daß sich die Wärme- und Beschleunigungswirkung der vor der Düse brennenden Flamme weitestgehend auf alle aus dem Pulver-Trägergas­ kanal austretenden Pulverpartikel auswirken kann.

Diese Aufgabe ist mit einer Düse der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen und praktische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung der Düse liegt also kein in bezug auf die Düse zentrisch austretender Pulver-Trägergasstrom vor, sondern dieser Pulver-Trä­ gergasstrom hat die Konfiguration einer Schlauchströ­ mung, die sowohl innen wie auch außen der Erwärmungs- und Beschleunigungswirkung der Brennerflamme ausgesetzt ist. Dadurch bedingt, wird also der Strahl der Pulver­ partikel gleichmäßiger durchwärmt und außerdem ist der gesamte Strahl durch den inneren und äußeren Flammkreis gasgestützt und erfährt eine verbesserte Beschleuni­ gung. Durch diese Ausbildung der Düse kann vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Düsen dieser Art ein größerer Pulverdurchsatz in Betracht gezogen werden, der sonst in Abhängigkeit allein von der Heizleistung steht, die die bei bekannten Düsen nur außen um den Pulver-Trägergasstrom herumbrennende Flamme zu liefern vermag.

Sprühköpfe, bei denen ein Materialaustrag innen und außen von gasförmigen Strömen begleitet wird, sind zwar bekannt, hierbei handelt es sich aber nicht um Düsen für Flammspritzbrenner. So handelt es sich beim Gegenstand nach der US-PS 42 84 242 um eine Düse für Kohleschlamm, der in diesem Fall durch ein Rohr zugeführt wird, und zwar zwischen einem äußeren Luftschlauch und einem inneren Luftstrahl. Dabei ist es wesentlich, den eingedüsten Kohleschaum so fein verteilt und versprüht wie möglich in ein Verbrennungfließbett einzubringen. Für diese Feinerverteilung und -versprühung ist durch entsprechende Formgebungen im Bereich der Ausmündungen gesorgt, wobei insbesondere dadurch auch verhindert werden soll, daß Kohle an der Düse anbäckt. Abgesehen davon, daß hierbei also völlig andere Verhältnisse und Maßgaben vorliegen als sie bei einem Flammspritzbrenner zu beachten sind, ist eine solche Düse für Flammspritzbrenner zur Lösung der gestellten Aufgabe nicht geeignet, zumal hierbei besondere Mündungskonfigurationen vorliegen.

Beim Gegenstand nach der EP 01 05 493 handelt es sich um eine Düse für eine Farbspritzpistole, bei der es ebenfalls entscheidend darauf ankommt, einen möglichst weit aufgefächerten und fein verteilten Sprühkegel zu erzielen. Die Farbe wird zwar durch einen zwischen Kanälen befindlichen Kanal zugeführt, aber es ist aufgrund dieser Düsenkonstruktion nicht möglich, daß es hierbei zu einer inneren und äußeren Heranführung von Gasen an den Spritzstoffschlauch kommen kann, der bei der erfindungsgemäßen Düse praktisch ungestört als hohlzylindrischer Schlauch erhalten bleibt. Gleiches gilt praktisch auch für eine Zerstäuberdüse nach der DE-OS 17 50 551.

Bei einer Düse nach der DE-AS 23 26 440 geht es ebenfalls entscheidend um die Vermischung zweier zugeführter Flüssigkeiten, einen Aspekt also, der bei der erfindungsgemäßen Düse nicht in Betracht kommt, da es bei dieser um eine Wärmeheranführung von innen und außen und um die Beschleunigung geht, aber nicht um eine Vermischung der mit Trägergas geförderten und mit diesem bereits vermischten Pulverpartikeln. Außerdem handelt es sich bei den Kanälen, die innen und außen den Flüssigkeitskanälen zugeordnet sind, nicht um Brenngaskanäle, sondern um Druckgaskanäle.

Die Brenngasgemischzufuhr zur inneren Brenngasge­ mischausmündung der erfindungsgemäßen Düse kann natürlich direkt vom Gehäuse des Flammspritzbrenners aus erfolgen, was jedoch eine ent­ sprechende Ausbildung des Flammspritzbrenners verlangt. Um davon unabhängig zu sein, wird deshalb eine Ausbil­ dung der Düse dahingehend bevorzugt, daß die Brenngas­ gemischzufuhrkanäle zur äußeren und inneren Brenngasge­ mischausmündung im Düsenkörper miteinander durch minde­ stens einen, den Trägergaskanal durchgreifenden Über­ strömkanal verbunden sind, d. h., das Brenngasgemisch wird nur dem Kanalsystem der Düse in dem Bereich zuge­ führt, der zur äußeren Brenngasgemischausmündung führt, wobei dann von diesem zugeführten Brenngasgemisch ein Teil in das Kanalsystem der Düse gelangt, das mit der inneren Brenngasgemischausmündung in Verbindung steht. Die in bezug auf die Pulver-Trägergasausmündung innere und äußere Ausmündung für das Brenngasgemisch kann in Form von auf konzentrischen Kreisen angeordneten Ein­ zelöffnungen bestehen, bevorzugt wird jedoch deren kreisringförmige Ausbildung, da hierdurch ebenfalls schlauchartige Brenngasgemischströme bzw. Flammbildun­ gen für den angestrebten Zweck optimal erreicht werden können, die den ebenfalls schlauchartigen Pulver-Trä­ gergasstrom weitestgehend unterbrechungslos um­ schließen.

Unabhängig von den praktischen und vorteilhaften Aus­ führungsformen dieses Ausbildungsprinzips der Düse, die der speziellen Beschreibung vorbehalten bleiben, kann die Düse vorteilhaft derart ausgebildet werden, daß die Ausmündungen für das Brenngasgemisch gegen die Pulverträgergasausmündung konvergierend geneigt ange­ ordnet sind. Dies ist sowohl dann möglich, wenn die Mündungen aus auf konzentrischen Kreisen angeordneten Öffnungen bestehen als auch bei der bevorzugten Ausfüh­ rungsform, bei der die Brenngasgemischausmündungen im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Düse für Flammspritzbrenner wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 bis 3 Längsschnitte durch verschiedene Aus­ führungsformen der Düse;

Fig. 4 eine halbe Draufsicht auf die Düse gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen halben Schnitt längs Linie V-V in Fig. 3;

Fig. 6 bis 9 prinzipiell verschiedene Ausbildungs- und Anordnungsmöglichkeiten der Ausmündungen an der Düse;

Fig. 10 einen Teilschnitt durch die Düse gemäß Fig. 1 in besonderer Ausführungsform und

Fig. 11 einen Teilschnitt durch eine weitere be­ sondere Ausführungsform der Düse, wie sie in Ansicht der Fig. 9 entspricht.

Wie aus den Darstellungen der Düse ersichtlich, ist al­ len Ausführungsformen gemeinsam, daß die im Querschnitt kreisringförmig ausgebildete Mündung 1 des Pulver-Trä­ gergaskanals 2 zwischen einer äußeren und einer inneren Brenngasgemischausmündung 3, 4 angeordnet ist. Der für den Einsatz derartiger Düsen geeignete Flammspritzbren­ ner ist nicht dargestellt, da hinlänglich bekannt und dieser keiner besonderen Erläuterung bedarf. Für die brennerseitigen Anschlußöffnungen der Düse müssen na­ türlich am Flammspritzbrenner selbst entsprechend be­ messene und angeordnete Zuströmöffnungen vorgesehen sein. Soweit das Kanalbegrenzungsteil 12 mit einem ge­ gen die Anströmrichtung konvergierenden Anströmform­ stück 17 über die Düsenanschlußfläche 23 herausragt (siehe bspw. Fig. 3), muß natürlich in der Anschlußflä­ che des Flammspritzbrenners eine entsprechend große Ausnehmung vorhanden sein, um das Anströmformstück 17 einerseits aufnehmen und andererseits den aus dem Flammspritzbrenner anströmenden Pulver-Trägergasstrom möglichst gleichmäßig auf den gesamten Kreisringquer­ schnitt verteilen zu können. Im übrigen nehmen die Aus­ führungsformen nach den Fig. 1 bis 3 Rücksicht auf die jeweiligen Anschlußverhältnisse der Düse im Flamm­ spritzbrenner. Ferner kann für den Anschluß einer der­ artigen Düse, die ja bezüglich ihres Pulver-Trägergas­ kanals in bezug auf bisherige Düsen mit zentrischem Pulver-Trägergaskanal eine beachtlich abweichende Geo­ metrie aufweist, ein entsprechend gestalteter Adapter vorgesehen werden, der zunächst an den Flammspritzbren­ ner herkömmlicher Art angeschlossen wird, um dann Dü­ sen, wie hier dargestellt, anschließen zu können.

Die Darstellungen der Fig. 6 bis 9 bedürfen keiner be­ sonderen Erläuterung, da diese durch die angegebenen Bezugszeichen selbst erklärend sind.

Allen drei Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 ist gemeinsam, daß der Düsenkörper 7 aus einem Mantelteil 10 und aus zwei konzentrisch in das Mantelteil 10 ein­ fügbaren Kanalbegrenzungsteilen 11, 12 gebildet ist, die selbst konzentrisch zusammengefügt sind. Diese Ka­ nalbegrenzungsteile 11, 12 (bei der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 3 gilt dies nur für das Kanalbegrenzungsteil 12) sind mittels radial an diesen angeordneter Füh­ rungsstege 13 konzentrisch zueinander geführt zusammen­ gefügt angeordnet. Diese Führungsstege 13, die mehr oder weniger breite Längsrippen in bezug auf die Strö­ mung bilden, sind zu dritt oder viert gleichmäßig auf den jeweiligen Umfang verteilt angeordnet. Bei der vor­ erwähnten Ausführungsform nach Fig. 3 sind derartige Führungsstege 13 zwischen dem Mantelteil 10 und dem Ka­ nalbegrenzungsstück 11 nicht erforderlich, da dieses, wie ersichtlich, seine konzentrische Führung zum Man­ telteil 10 durch eine entsprechend bemessene Bohrung 24 erhält. Die Überströmkanäle 8 sind bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 2 in den Führungsstegen 13 des Kanalbegrenzungsteiles 12 ange­ ordnet und werden von einer durchgreifenden Bohrung 8′ gebildet, die mit einer jeweils entsprechenden Bohrung 14 im betreffenden Kanalbegrenzungsteil fluchtet.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 weicht diesbezüglich auch insofern von denen nach Fig. 1, 2 ab, als hierbei für die Ausbildung des Überströmkanales 8 noch inner­ halb der Düse selbst kleine Rohrstücke 25 eingesetzt sind. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 3 sind das Mantelteil 10 und das in dieses Mantelteil 10 ein­ gefügte, das innere Kanalbegrenzungsteil enthaltende Kanalbegrenzungsteil 11 mit sich entsprechenden An­ schlußflanschen 15, 16 versehen. Diese Anschlußflansche 15, 16 dienen einerseits der Fixierung der Düse in bekann­ ter Weise mittels einer Überwurfmutter am Flammspritz­ brenner und andererseits ergibt sich dadurch eine ein­ fache und problemlose Zusammenfügbarkeit und Demontier­ barkeit der ganzen Düse, ohne daß diese Teile vor ihrer Fixierung am Flammspritzbrenner fest zusammen verbunden werden müßten.

Die Gasgemischzufuhrkanäle 6 für die innere Brenngasge­ mischausmündung 4 sind bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 aus einer Sackbohrung 18 gebildet, in der konzentrisch ein zylindrisches, einen Ringkanal 19 nach innen begrenzendes Formstück 20 angeordnet ist, das einfach von oben her in die Sackbohrung 18 eingesetzt werden kann und in geeigneter Weise fixiert ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Gasge­ mischzufuhrkanal 6 für die innere Brenngasgemischaus­ mündung 4, die hierbei lediglich eine kreisförmige Öff­ nung darstellt, ebenfalls aus einer Sackbohrung 21 ge­ bildet, deren Boden in Rücksicht auf eine zweckmäßige Fertigung des Teiles 12 aus einem einsetzbaren Ver­ schlußstück 22 gebildet ist. Da die innere Brenngasge­ mischausmündung 4 gemäß Fig. 9 aus einer Vielzahl von Öffnungen 4′ besteht, ist bei dieser Ausführungsform, die in Fig. 11 im Schnitt Darstellung findet, ebenfalls kein einzusetzendes Formstück 20 vorgesehen, sondern eine Gaszufuhrkanalabdeckung 9, in der die Einzelöff­ nungen 4′ brausekopfartig angeordnet sind. Die vorer­ wähnte Möglichkeit, die Mündungen für das Brenngasge­ misch gegen die Pulver-Trägergasausmündung 1 in Aus­ strömrichtung konvergierend geneigt anzuordnen, ist in Fig. 10 dargestellt und zwar für Ausmündungen, die alle kreisringförmige Querschnitte haben. Solche Neigungsan­ ordnungen sind selbstverständlich auch möglich, wenn die Brenngasgemischausmündungen innen und/oder außen durch auf konzentrischen Kreisen angeordnete Einzelöff­ nungen repräsentiert werden.

Nicht dargestellt sind entsprechende Dichtungselemente an Stellen, die abgedichtet werden müssen, was sowohl Abdichtungsstellen innerhalb der Düse betrifft als auch Stellen im Bereich der Düsenanschlußfläche 23 oder zwi­ schen den Flanschen 15, 16. Für die Erstellung der Dü­ seneinzelteile werden Materialien benutzt, wie sie bis­ her schon für die Ausbildung solcher Düsen verwendet worden sind, wobei sich die Auswahl spezieller Materia­ lien letztlich nach der Art der zu verarbeitenden Pul­ ver unter Berücksichtigung von Verschleißbeanspruchun­ gen und der Anhaftneigung an betroffenen Düsenteilen richtet.

Claims (14)

1. Düse für Flammspritzbrenner zum thermischen Spritzen von Pulvern auf metallischer oder keramischer Basis, bestehend aus einem am Kopf ei­ nes Flammspritzbrenners fixierbaren Düsenkörper mit Pulver-Trägergaskanal und mindestens einem Brenngasgemischkanal mit einer oder mehreren, rings um die Mündung des Trägergaskanals angeord­ neten Brenngasgemischausmündungen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Querschnitt kreisringförmig ausgebil­ dete Mündung (1) des Pulver-Trägergaskanals (2) zwischen einer äußeren und einer inneren Brenngas­ gemischausmündung (3, 4) angeordnet ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngasgemischzuführkanäle (5, 6) zur äußeren und inneren Brenngasgemischausmündung (3, 4) im Düsenträger (7) miteinander durch mindestens einen den Pulver-Trägergaskanal (2) durchgreifen­ den Überströmkanal (8) verbunden sind.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Pulver-Trägergasausmündung (1) kon­ zentrisch angeordneten Brenngasgemischausmündungen (3, 4) im Querschnitt ebenfalls kreisringförmig ausgebildet sind.

4. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Brenngasgemischausmündung (4) im Querschnitt kreisförmig und die äußere Brenngasge­ mischausmündung (3) im Querschnitt kreisringförmig ausgebildet ist oder diese aus einer Mehrzahl von auf einem zur Pulver-Trägergasausmündung (1) kon­ zentrischen Kreis angeordneten Einzelöffnungen (3′) besteht.

5. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Brenngasgemischausmündung (4) aus einer Mehrzahl von in einer Gaszufuhrkanalab­ deckung (9) angeordneten Einzelöffnungen (4′) gebil­ det ist und die äußere Brenngasgemischausmündung (3) aus mehreren, auf einem konzentrischen Kreis angeordneten Einzelöffnungen (3′) oder aus einer im Querschnitt kreisringförmigen Öffnung besteht.

6. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (7) aus einem Mantelteil (10) und aus zwei konzentrischen, in das Mantelteil (10) einfügbaren Kanalbegrenzungsteilen (11, 12) gebildet ist, die selbst konzentrisch zusammenge­ fügt sind.

7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelteil (10) und die beiden Kanalbe­ grenzungsteile (11, 12) mittels radial an diesen angeordneter Führungsstege (13), konzentrisch zu­ einander geführt, zusammengefügt angeordnet sind.

8. Düse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Überströmkanal (8) aus ei­ ner einen der Führungsstege (13) durchgreifenden Bohrung (8′) gebildet ist, die mit einer entspre­ chenden Bohrung (14) im betreffenden Kanalbegren­ zungsteil (11) fluchtet.

9. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelteil (10) mit einem Anschlußflansch (15) und das in den Mantelteil (10) eingefügte, das innere Kanalbegrenzungsteil (12) enthaltende Kanalbegrenzungsteil (11) mit einem entsprechenden Anschlußflansch (16) versehen ist.

10. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innere, den Gasgemischzufuhrkanal (6) nach außen begrenzende Kanalbegrenzungsteil (12) pul­ verzuströmseitig mit einem gegen die Anströmrich­ tung konvergierenden Anströmformstück (17) verse­ hen ist.

11. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgemischzufuhrkanal (6) für die innere Brenngasgemischausmündung (4) aus einer Sackboh­ rung (18) gebildet und in dieser konzentrisch ein zylindrisches, einen Ringkanal (19) nach innen be­ grenzendes Formstück (20) angeordnet ist.

12. Düse nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgemischzufuhrkanal (6) für die innere Brenngasgemischausmündung (4) aus einer Sackboh­ rung (21) gebildet ist.

13. Düse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der pulveranströmseitige Boden der Sackbohrung (21) aus einem einsetzbaren Verschlußstück (22) gebildet ist.

14. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgemischausmündungen (3, 4) gegen die Pulver-Trägergasausmündung (1) in Ausströmrichtung konvergierend geneigt angeordnet sind.