EP1635623B1 - Plasmaspritzvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung - Google Patents

Plasmaspritzvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung Download PDF

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EP1635623B1
EP1635623B1 EP05405473.9A EP05405473A EP1635623B1 EP 1635623 B1 EP1635623 B1 EP 1635623B1 EP 05405473 A EP05405473 A EP 05405473A EP 1635623 B1 EP1635623 B1 EP 1635623B1
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EP
European Patent Office
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unit
pressure
injector
plasma
pressure sensor
Prior art date
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Not-in-force
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EP05405473.9A
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French (fr)
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EP1635623A2 (de
EP1635623A3 (de
Inventor
Peter Koenig
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Oerlikon Metco AG
Original Assignee
Oerlikon Metco AG
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Publication date
Application filed by Oerlikon Metco AG filed Critical Oerlikon Metco AG
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Publication of EP1635623A3 publication Critical patent/EP1635623A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

Definitions

  • the invention relates to a plasma spraying device and a method for monitoring the state of a plasma spraying device according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • Plasma spray devices for example for coating the surface of a workpiece by means of a spray powder, are well known in the art and have found wide application in quite different technical fields.
  • Known plasma spray devices often consist of a plasma spray gun, a high-performance DC power source, a cooling unit, and a powder conveyor.
  • a plasma spraying device with a metering and injector, can be introduced through the spray powder in a heating zone. It is in the US 5,717,187 a plasma spray device having a pressure sensor for detecting the pressure of the plasma gas.
  • an arc is ignited in a plasma torch between a water-cooled anode and a likewise water-cooled tungsten cathode.
  • a process gas usually argon or nitrogen or a mixture of a noble gas with nitrogen or hydrogen is transferred in the arc in the plasma state and there is a plasma jet with a temperature of up to 20,000 K.
  • particle velocities of 200 to 350 m / s are achieved.
  • the powdered spray material passes with the aid of a conveying gas either axially or radially inside or outside the anode region in the plasma jet.
  • the object of the invention is therefore to propose a plasma spraying device and a method with which malfunctions or the damage of components of the plasma spraying device can be detected early on.
  • the plasma spraying device comprises a plasma torch for heating a spray powder in a heating zone, and a metering unit for metering the spray powder, which metering unit for conveying the spray powder into an injector unit is connected to a conveying gas unit via a conveying gas line by means of a conveying gas under a prescribable pressure.
  • the injector unit has an inlet and an outlet configured as a powder injector, so that the injection unit can be supplied with the spray powder from the metering unit through the inlet by means of the conveying gas via an injector line.
  • a monitoring unit comprises a drive unit for controlling and / or regulating the pressure of the delivery gas and / or a flow rate of the delivery gas and / or a supply amount of the spray powder and / or a plasma enthalpy of the plasma jet and / or other operating parameters and / or a system component of plasma injector.
  • a monitoring unit with a pressure sensor for detecting the pressure of the delivery gas is thus provided, so that the gas pressure of the delivery gas can be monitored.
  • the pressure of the conveying gas has a certain value, or lies in the operating state of the plasma spraying device within a predeterminable pressure range, which indicates the perfect state of the plasma spraying device.
  • the concrete value of the pressure, or the exact pressure range of the conveying gas, which corresponds to a perfect condition of the plasma spraying device and, for example, between 1000 mbar and 2000 mbar, preferably at approx. 1300 mbar can depend both on the working pressure which can be predetermined by the conveying gas unit and on the type of plasma spraying device used, on the spraying powder or on the operating conditions under which the plasma spraying device can be operated.
  • the state of the plasma spray device or the state of one of its components for example the state of the powder injector during operation, deteriorates, this has been shown to affect the pressure of the carrier gas.
  • the injector in particular the Pulverinjektor be clogged more or less by spray powder, which can be noticeable for example by an increase in the pressure of the delivery gas, which is detectable by the pressure sensor. This can occur, for example, if the spray powder used contains particles that exceed a certain size. If an increase in the pressure is detected by the pressure sensor, corresponding countermeasures can be initiated immediately, so that a deterioration in the quality of a layer to be sprayed with the plasma spraying device can be prevented.
  • a drop in pressure may indicate a deterioration of the state of the plasma spray device, eg, the injector unit.
  • the nozzle opening is widened or damaged over time by abrasion on the powder injector by the spray powder, so that optimum entry of the spray powder into the plasma flame is no longer guaranteed.
  • the injector unit may be damaged over time by the extremely high temperatures of the plasma flame, for example, be deformed, or even wear faster due to material and / or manufacturing errors faster than intended.
  • the pressure of the carrier gas may e.g. also fluctuate or oscillate in a characteristic way, which can have a negative effect on the injection process.
  • the pressure of the carrier gas may depend on the amount of spray powder provided by the dosing unit per unit of time, so that changes in the pressure of the carrier gas, e.g. indicate irregularities in the provision or in the promotion of sprayed powder.
  • leaks in the system e.g. by worn seals, which may be provided, inter alia, to the injector unit, the metering unit, the injector, the conveying gas line or other component of the plasma spray device, are particularly easily detected by measuring the pressure of the carrier gas, so that immediate countermeasures can be taken, and so further damage is preventable.
  • the pressure sensor for measuring the pressure of the conveying gas can be provided at various locations.
  • the pressure sensor is provided in the conveying gas line.
  • the pressure sensor is provided in the injector line.
  • a pressure sensor in the injector line and a pressure sensor in the conveying gas line can be advantageously accommodated, so that two values of the pressure of the carrier gas can be determined.
  • several pressure sensors may be provided at certain excellent positions, so that e.g. the pressure drop across the conveying gas line and / or the injector line and / or the dosing unit is measurable and observable. If several pressure sensors are provided at different locations, occurring damages are even easier and more accurate localization.
  • the type of damage occurring for example, a leak in a line
  • problems with the dosing unit when dosing the spray powder or a clogging of the powder injector or an extension of the cross section of the powder injector or any other damage that may occur during operation of the plasma spray device according to the invention It is easier to classify and localize, ie the use of multiple pressure sensors makes the different types of damage easier to distinguish and easier to assign.
  • the pressure sensor is merely connected to a pressure indicator which indicates the pressure of the carrier gas, so that the operating personnel of the plasma spraying device can take appropriate measures for a particular pressure indication
  • the pressure sensor is in an embodiment which is important for practice for monitoring the Pressure of the delivery gas signal-connected to a monitoring unit.
  • the monitoring unit can, for example, evaluate the pressure of the carrier gas measured by the pressure sensor and generate, for example via an output unit, for example via a computer monitor, a corresponding optical, acoustic or other signal, so that the operating personnel can take appropriate measures. It is also possible for the monitoring unit to determine from the measured pressure data the type of damage or the damaged component of the plasma spraying device according to the invention and to output this information via the output unit.
  • the monitoring unit comprises a drive unit for controlling and / or regulating the pressure and / or the flow rate of the delivery gas and / or a supply amount of the spray powder and / or metering the spray powder and / or a heating power of the plasma torch and / or other operating parameters and / or a system component of the plasma spray device.
  • a drive unit for controlling and / or regulating the pressure and / or the flow rate of the delivery gas and / or a supply amount of the spray powder and / or metering the spray powder and / or a heating power of the plasma torch and / or other operating parameters and / or a system component of the plasma spray device.
  • the adjustment of the aforementioned and other operating parameters can preferably be made automatically by the drive unit as a function of the pressure and / or certain changes in the pressure of the delivery gas, so that a running injection process is constantly monitored and optimized automatically. Of course, such adjustments can also be made manually by the operator.
  • the pressure sensor itself is preferably a known mechanical, optical, magnetic or an electrical pressure sensor, in particular a piezoelectric pressure sensor.
  • the invention further relates to a method for monitoring the state of a plasma spraying device, wherein a spraying powder is metered by means of a metering unit, and an injector unit is provided which has an inlet and an outlet designed as a powder injector, wherein the injector unit by means of a conveying gas under a predetermined pressure the spray powder from the dosing unit is fed through the inlet via an injector line and the spray powder is introduced into a heating zone by the conveying gas leaving the powder injector, the pressure of the conveying gas being monitored by means of a pressure sensor.
  • a monitoring unit comprising a drive unit is signal-connected to the pressure sensor, the pressure of the carrier gas and / or the flow rate of the carrier gas and / or a supply quantity of the spray powder and / or a heating power of the carrier gas being detected by means of the pressure sensor
  • Plasma torch and / or another operating parameter and / or a system component of the plasma spraying device is monitored and / or controlled and / or regulated.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a plasma spraying device according to the invention, which is referred to in the following with the reference numeral 1.
  • the plasma spraying device 1 comprises, in a manner known per se, a plasma torch 2 with an injector unit 6 for the purpose of Heating a spray powder 3 in a heating zone 4.
  • the injector unit 6 has an inlet 61 and an outlet 62 designed as a powder injector 62, so that by means of a conveying gas 7 which is under a predeterminable pressure P via an injector line 10, which is connected to the inlet 61, Spray powder 3 by means of the powder injector 62 in the heating zone 4 can be introduced.
  • a metering unit 5 For metering the spray powder 3, which is introduced in the plasma spraying in the heating zone 4 of the plasma spraying device 1, a metering unit 5 is provided.
  • the spray powder 3 can be supplied from the metering unit 5 to the injector line 10, which is connected both to the metering unit 5 and to the conveying gas line 8.
  • the conveying gas line 8 is fed by a conveying gas unit 9 with conveying gas 7, so that the spraying powder 3 can be supplied from the metering unit 5 into the injector unit 6 with the aid of the conveying gas 7, the conveying gas unit 9 providing the conveying gas 7 at a predeterminable pressure P.
  • further parameters of the conveying gas 7 can be predetermined by the conveying gas unit 9, such as e.g. the flow rate, the temperature, the composition, as well as other operationally relevant parameters of the conveying gas 7.
  • the plasma torch 2 is formed as an anode 21, so that in cooperation with the cathode 22, a plasma is ignitable, so that the introduced into the heating zone 4 spray powder 3 can be heated in the operating state of the plasma spraying device 1, and with the molten Spray powder in a conventional manner, for example a surface layer can be sprayed onto a workpiece.
  • a pressure sensor 11 For detecting the pressure P of the conveying gas 7, in the embodiment shown here in the conveying gas line 8, a pressure sensor 11 provided, which is preferred, but not necessary, a piezoelectric pressure sensor 11.
  • the pressure sensor 11 is signal-connected to monitor the pressure P of the conveying gas 7 with a monitoring unit 12, wherein in the example shown, the monitoring unit 12 a drive unit 13 for controlling and / or regulating the pressure P of the conveying gas 7 and / or the flow rate of the conveying gas 7 and / or a supply quantity of the spray powder 3 and / or a heating power of the plasma burner 2 and / or other operating parameters and / or a system component of the plasma spraying device 1.
  • the drive unit 13 is signal-connected to an electrical energy source 15 and the delivery gas unit 9.
  • both the plasma enthalpy of the plasma jet can be influenced by controlling and / or regulating the electrical energy source 15 or by controlling and / or regulating the plasma gas, and also, for example, the pressure P and or the flow rate of the conveying gas 7 are set.
  • the operating state of the plasma spraying device 1 can be influenced accordingly by the monitoring unit 12 and the drive unit 13, which can be realized, for example, by an electronic data processing system, in particular a computer become.
  • an injection process can be stopped automatically, or with less serious disturbances, an operating parameter, such as the plasma enthalpy of the plasma jet, the pressure P of the conveying gas 7 or other operating parameters are automatically adjusted so that the current injection process can still be stopped and after End of the injection process, the necessary repairs and maintenance can be made.
  • an operating parameter such as the plasma enthalpy of the plasma jet
  • the pressure P of the conveying gas 7 or other operating parameters are automatically adjusted so that the current injection process can still be stopped and after End of the injection process, the necessary repairs and maintenance can be made.
  • the invention does not apply to plasma spray devices of the type described in US Pat Fig. 1 type is limited. Rather, for example, the plasma torch 2, the injector 6 or all others in the schematic Fig. 1 Systemkompnenten shown to be configured differently.
  • Corresponding embodiments of plasma spraying devices are known per se from the prior art and therefore need not be described in detail here. That is, the invention relates to all possible suitable embodiments of plasma spraying devices, in which a
  • the invention thus provides a plasma spraying apparatus and a method for monitoring the state of a plasma spraying apparatus, which makes it possible to measure the state of the plasma spraying apparatus by measuring the pressure of the conveying gas, which conveys the spraying powder into an injector unit of a plasma torch of the plasma spraying apparatus easy way to monitor very effectively.
  • the plasma spraying device may e.g. be switched off automatically, so that consequential damage can be excluded and a workpiece located in coating is not unusable due to the malfunction.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Plasmaspritzvorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie. Plasmaspritzvorrichtungen, zum Beispiel zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstücks mittels eines Spritzpulvers, sind im Stand der Technik wohlbekannt und finden eine breite Anwendung auf ganz unterschiedlichen technischen Gebieten. Bekannte Plasmaspritzvorrichtungen bestehen häufig aus einer Plasmaspritzpistole, einer Hochleistungsgleichstromquelle, einem Kühlaggregat, sowie einem Pulverförderer. Zum Schutz von Mensch und Umwelt wird oft in abgeschlossenen Räumen gespritzt, die mit Absaug-, Staubfilter- und Schallschutzvorrichtungen ausgestattet sind. So offenbart beispielweise die US 4 878 953 A eine Plasmaspritzvorrichtung mit einer Dosier- und Injektoreinheit, durch die Spritzpulver in eine Heizzone einbringbar ist. Dabei ist in der US 5 717 187 eine Plasmaspritzvorrichtung gezeigt, die einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Plasmagases aufweist.
  • Beim atmosphärischen Plasmaspritzen wird z.B. in einem Plasmabrenner zwischen einer wassergekühlten Anode und einer ebenfalls wassergekühlten Wolframkathode, ein Lichtbogen gezündet. Ein Prozeßgas, üblicherweise Argon oder Stickstoff oder ein Gemisch aus einem Edelgas mit Stickstoff oder Wasserstoff wird im Lichtbogen in den Plasmazustand überführt und es entsteht ein Plasmastrahl mit einer Temperatur von bis zu 20.000 K. Durch die thermische Expansion der Gase werden Partikelgeschwindigkeiten von 200 bis 350 m/s erreicht. Der pulverförmige Spritzwerkstoff gelangt mit Hilfe eines Fördergases entweder axial oder radial in- oder ausserhalb des Anodenbereichs in den Plasmastrahl.
  • Es versteht sich, dass insbesondere diejenigen Komponenten, die in der Nähe des Plasmabrenners angeordnet sind, mit der Zeit durch die extremen Temperaturen in Mitleidenschaft gezogen werden können. Auch das Spritzpulver selbst, das in der Regel aggressive abrasive mechanische Eigenschaften hat, führt mit der Zeit zum Verschleiss verschiedenster Komponenten, wie dem Pulverinjektor, Zuleitungen, Dichtungen, Ventilen oder der Dosiereinheit für die Dosierung des Spritzpulvers. Darüber hinaus ist eine durchgehend gleichbleibende Qualität des Spritzpulvers nicht immer gewährleistet. So kann es zum Beispiel vorkommen, dass eine Pulvercharge Teilchen enthält, die viel zu gross sind, so dass es an kritischen Stellen zu Verstopfungen oder zu Verengungen der Zuführquerschnitte kommt, so dass die Pulverzufuhr in unzulässiger Weise reduziert wird oder gar völlig unterbrochen wird. Die hier nur beispielhaft aufgeführten möglichen Betriebsstörungen bzw. Schäden, die beim Betrieb einer Plasmaspritzvorrichtung auftreten, führen alle in der Regel dazu, dass die gespritzten Schichten nicht mehr die erforderlichen Spezifikationen aufweisen, so dass die entsprechenden Werkstücke im schlimmsten ausgesondert werden müssen. Auch können relativ geringfügige Beschädigungen bzw. Betriebsstörungen, die, wenn sie rechtzeitig erkannt werden noch leicht behoben werden können, auf Dauer dazu führen, dass, wenn sie unerkannt bleiben, weitere Systemkomponenten beschädigt oder unbrauchbar werden, was natürlich zu erheblichen Folgekosten für Wartung und Reparaturen führen kann, die bei rechtzeitiger Entdeckung der zunächst geringfügigen Beschädigungen oder Betriebsstörungen nicht entstanden wären.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Plasmaspritzvorrichtung sowie ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem Betriebsstörungen bzw. die Schädigung von Komponenten der Plasmaspritzvorrichtung frühzeitig erkennbar sind.
  • Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
  • Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die erfindungsgemässe Plasmaspritzvorrichtung umfasst einen Plasmabrenner zum Aufheizen eines Spritzpulvers in einer Heizzone, und eine Dosiereinheit zur Dosierung des Spritzpulvers, welche Dosiereinheit zur Förderung des Spritzpulvers in eine Injektoreinheit mittels eines unter einem vorgebbaren Druck stehenden Fördergases über eine Fördergasleitung mit einer Fördergaseinheit verbunden ist. Die Injektoreinheit weist einen Einlass und einen als Pulverinjektor ausgestalteten Auslass auf, so dass der Injektoreinheit mittels des Fördergases über eine Injektorleitung das Spritzpulver aus der Dosiereinheit durch den Einlass zuführbar ist. Dabei ist die Injektoreinheit derart ausgestaltet und angeordnet, dass das Spritzpulver durch das aus der Pulverinjektor austretende Fördergas in die Heizzone einbringbar ist, wobei zur Überwachung des Zustands der Plasmaspritzvorrichtung ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Fördergases vorgesehen ist. Gemäss der Erfindung umfasst eine Überwachungseinheit eine Ansteuereinheit zur Steuerung und / oder Regelung des Drucks des Fördergases und / oder einer Durchflussmenge des Fördergases und / oder einer Zufuhrmenge des Spritzpulvers und / oder einer Plasmaenthalpie des Plasmastrahls und / oder anderer Betriebsparameter und / oder einer Systemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung. Erfindungsgemäss ist somit eine Überwachungseinheit mit Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Fördergases vorgesehen, so dass der Gasdruck des Fördergases überwachbar ist. Wenn die Plasmaspritzvorrichtung in einem einwandfreien Zustand ist, hat der Druck des Fördergases einen bestimmten Wert, bzw. liegt im Betriebszustand der Plasmaspritzvorrichtung innerhalb eines vorgebbaren Druckbereichs, der den einwandfreien Zustand der Plasmaspritzvorrichtung anzeigt. Der konkrete Wert des Drucks, bzw. der genaue Druckbereich des Fördergases, der einem einwandfreien Zustand der Plasmaspritzvorrichtung entspricht und z.B. zwischen 1000mbar und 2000mbar, bevorzugt bei ca.
    1300mbar liegen kann, kann sowohl vom Arbeitsdruck abhängen, der durch die Fördergaseinheit vorgebbar ist, als auch vom Typ der verwendeten Plasmaspritzvorrichtung, vom Spritzpulver oder von den Betriebsbedingungen, unter denen die Plasmaspritzvorrichtung betreibbar ist.
  • Verschlechtert sich der Zustand der Plasmaspritzvorrichtung bzw. der Zustand einer ihrer Komponenten, beispielsweise der Zustand des Pulverinjektors im Betrieb, hat sich gezeigt, dass das Auswirkungen auf den Druck des Trägergases hat. So kann z.B. die Injektoreinheit, insbesondere der Pulverinjektor, durch Spritzpulver mehr oder weniger stark verstopft werden, was sich zum Beispiel durch einen Anstieg im Druck des Fördergases bemerkbar machen kann, der vom Drucksensor detektierbar ist. Das kann beispielsweise vorkommen, wenn das verwendete Spritzpulver Teilchen enthält, die einen bestimmte Grösse überschreiten. Wird ein Anstieg des Drucks durch den Drucksensor detektiert, können sofort entsprechende Gegenmassnahmen eingeleitet werden, so dass eine Verschlechterung der Qualität einer mit der Plasmaspritzvorrichtung zu spritzenden Schicht verhinderbar ist.
  • Auch ein Abfallen des Drucks kann eine Verschlechterung des Zustands der Plasmaspritzvorrichtung, z.B. der Injektoreinheit anzeigen. So ist es beispielsweise möglich, dass durch Abrieb am Pulverinjektor durch das Spritzpulver die Düsenöffnung mit der Zeit geweitet bzw. geschädigt wird, so dass ein optimaler Eintrag des Spritzpulver in die Plasmaflamme nicht mehr gewährleistet ist. Auch kann die Injektoreinheit mit der Zeit durch die extrem hohen Temperaturen der Plasmaflamme geschädigt, z.B. verformt werden, oder auch durch Material- und / oder Fehler in der Herstellung schneller als vorgesehen verschleissen.
  • Je nach der Art des Schadens kann der Druck des Trägergases z.B. auch schwanken oder in charakteristischer Weise oszillieren, was sich negativ auf den Spritzvorgang auswirken kann.
  • Dabei sind natürlich auch andere Schäden und / oder Schäden an anderen Komponenten der Plasmaspritzvorrichtung durch Messung des Drucks des Trägergases mit dem Drucksensor feststellbar. Beispielsweise kann der Druck des Trägergases durch die Menge an Spritzpulver der von der Dosiereinheit pro Zeiteinheit bereitgestellt wird abhängen, so dass Veränderungen im Druck des Trägergases z.B. auf Unregelmässigkeiten bei der Bereitstellung bzw. bei der Förderung des Spritzpulvers hindeuten. Auch können Leckagen im System, die z.B. durch verschlissene Dichtungen, die unter anderem an der Injektoreinheit, der Dosiereinheit, der Injektorleitung, der Fördergasleitung oder an einer anderen Komponente der Plasmaspritzvorrichtung vorgesehen sein können, durch Messung des Drucks des Trägergases besonders einfach detektiert werden, so dass sofort Gegenmassnahmen ergriffen werden können, und so weiterer Schaden verhinderbar ist. Es versteht sich, dass auch ein mit der Zeit stattfindender Verschleiss von Systemkomponenten, Risse oder andere Undichtigkeiten, insbesondere in der Dosiereinheit, der Fördergasleitung, der Injektorleitung, der Injektoreinheit oder anderer Systemkomponenten der erfindungsgemässen Plasmaspritzvorrichtung durch Messung des Drucks des Trägergases zuverlässig feststellbar sind.
  • Dabei können bestimmte Schäden zu ganz charakteristischen Änderungen im Druck des Trägergases führen, so dass in bestimmten Fällen aus der Art der Änderung des Gasdrucks des Trägergases sogar die Art des Schadens ablesbar ist. So zeigt z.B. bei einer bestimmten Plasmaspritzvorrichtung eine Reduktion des Querschnitts der Austrittsöffnung des Pulverinjektors um 1mm2 der Druck im Trägergas eine Änderung um ca. 110mbar. Wird ein solcher Druckanstieg detektiert, kann z.B. ein laufender Spritzvorgang unterbrochen werden, um den entsprechenden Schaden an der Plasmaspritzvorrichtung zu beheben.
  • Der Drucksensor zur Messung des Drucks des Fördergases kann dabei an verschiedenen Stellen vorgesehen sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor in der Fördergasleitung vorgesehen.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor dagegen in der Injektorleitung vorgesehen ist.
  • Dabei ist es auch möglich dass in einer erfindungsgemässen Plasmaspritzvorrichtung mehr als ein Drucksensor vorgesehen ist. So kann z.B. ein Drucksensor in der Injektorleitung und ein Drucksensor in der Fördergasleitung vorteilhaft untergebracht sein, so dass zwei Werte des Drucks des Trägergases bestimmbar sind. Ausserdem können auch mehrere Drucksensoren an bestimmten ausgezeichneten Positionen vorgesehen sein, so dass z.B. der Druckabfall über die Fördergasleitung und / oder die Injektorleitung und / oder die Dosiereinheit messbar und beobachtbar ist. Werden mehrere Drucksensoren an verschiedenen Orten vorgesehen, so sind auftretende Schäden noch leichter und genauer lokalisierbar. Ausserdem ist die Art eines auftretenden Schadens, beispielsweise ein Leck in einer Leitung, Probleme mit der Dosiereinheit beim Dosieren des Spritzpulvers oder aber eine Verstopfung der Pulverinjektors oder eine Erweiterung des Querschnitts des Pulverinjektors oder ein anderer Schaden, der im Betrieb der erfindungsgemässen Plasmaspritzvorrichtung auftreten kann, einfacher klassifizierbar und lokalisierbar, das heisst durch den Einsatz mehrerer Drucksensoren sind die verschiedenen Arten von Schäden einfacher unterscheidbar und können leichter zugeordnet werden.
  • Während in einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel der Drucksensor lediglich mit einer Druckanzeige verbunden ist, die den Druck des Trägergases anzeigt, so dass das Bedienpersonal der Plasmaspritzvorrichtung bei einer bestimmten Druckanzeige entsprechende Massnahmen ergreifen kann, ist der Drucksensor in einem für die Praxis wichtigen Ausführungsbeispiel zur Überwachung des Drucks des Fördergases mit einer Überwachungseinheit signalverbunden. Die Überwachungseinheit kann z.B. den vom Drucksensor gemessenen Druck des Trägergases auswerten und z.B. über eine Ausgabeeinheit, beispielsweise über einen Computermonitor, ein entsprechendes optisches, akustisches oder ein anderes Signal generieren, so dass das Bedienpersonal entsprechende Massnahmen ergreifen kann. Auch ist es möglich, dass die Überwachungseinheit aus den gemessenen Druckdaten die Art des Schadens bzw. die beschädigte Komponente der erfindungsgemässen Plasmaspritzvorrichtung ermittelt und diese Information über die Ausgabeeinheit ausgibt.
  • Dabei umfasst in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Überwachungseinheit eine Ansteuereinheit zur Steuerung und / oder Regelung des Drucks und / oder der Durchflussmenge des Fördergases und / oder einer Zufuhrmenge des Spritzpulvers und / oder Dosierung des Spritzpulvers und / oder einer Heizleistung des Plasmabrenners und / oder anderer Betriebsparameter und / oder einer Systemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung. Nicht jede Veränderung des Drucks des Fördergases macht nämlich den Austausch oder die Reparatur einer Systemkomponente sofort notwendig. Oft kann z.B. ein laufender Spritzvorgang noch zu Ende geführt werden, indem bestimmte Betriebsparameter, z.B. die pro Zeiteinheit geförderte Menge an Spritzpulver, der Wert des Drucks und / oder die Durchflussmenge des Fördergases, und / oder die Leistung des Plasmabrenners und / oder andere Betriebsparameter angepasst werden. Die Anpassung der vorgenannten und anderer Betriebsparameter kann bevorzugt durch die Ansteuereinheit in Abhängigkeit vom Druck und / oder bestimmter Änderungen des Drucks des Fördergases automatisch vorgenommen werden, so dass ein laufender Spritzvorgang ständig automatisch überwachbar und optimierbar ist. Selbstverständlich können solche Anpassungen auch manuell vom Bedienpersonal vorgenommen werden.
  • Der Drucksensor selbst ist dabei bevorzugt ein an sich bekannter mechanischer, optischer, magnetischer oder ein elektrischer Drucksensor, insbesondere ein piezoelektrischer Drucksensor.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung, wobei mittels einer Dosiereinheit ein Spritzpulver dosiert wird, und eine Injektoreinheit vorgesehen ist, die einen Einlass und einen als Pulverinjektor ausgestalteten Auslass aufweist, wobei der Injektoreinheit mittels eines unter einem vorgebenen Druck stehenden Fördergases über eine Injektorleitung das Spritzpulver aus der Dosiereinheit durch den Einlass zugeführt wird und das Spritzpulver durch das aus dem Pulverinjektor austretende Fördergas in eine Heizzone eingebracht wird, wobei der Druck des Fördergases mittels eines Drucksensors überwacht wird.
  • Erfindungsgemäss wird eine Überwachungseinheit, die eine Ansteuereinheit umfasst, mit dem Drucksensor signalverbunden, wobei mittels dem Drucksensor der Druck des Trägergases erfasst wird und der Druck des Trägergases und / oder die Durchflussmenge des Trägergases und / oder eine Zufuhrmenge des Spritzpulvers und / oder eine Heizleistung des Plasmabrenners und / oder ein anderer Betriebsparameter und / oder eine Systemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung überwacht und / oder gesteuert und / oder geregelt wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    eine Plasmaspritzvorrichtung mit Überwachungseinheit und Ansteuereinheit.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemässe Plasmaspritzvorrichtung, die im folgenden gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird.
  • Die erfindungsgemässe Plasmaspritzvorrichtung 1 umfasst in an sich bekannter Weise einen Plasmabrenner 2 mit einer Injektoreinheit 6 zum Aufheizen eines Spritzpulvers 3 in einer Heizzone 4. Die Injektoreinheit 6 hat einen Einlass 61 und einen als Pulverinjektor 62 ausgestalteten Auslass 62, so dass mittels eines unter einem vorgebbaren Druck P stehenden Fördergases 7 über eine Injektorleitung 10, die mit dem Einlass 61 verbunden ist, Spritzpulver 3 mittels des Pulverinjektors 62 in die Heizzone 4 einbringbar ist.
  • Zur Dosierung des Spritzpulvers 3, das beim Plasmaspritzen in die Heizzone 4 der Plasmaspritzvorrichtung 1 einbracht wird, ist eine Dosiereinheit 5 vorgesehen. Der Dosiereinheit 5 ist das Spritzpulver 3 aus einem Vorratsbehälter 14 zuführbar, so dass das Spritzpulver 3 durch die Dosiereinheit 5 dosierbar ist. Das Spritzpulver 3 ist aus der Dosiereinheit 5 der Injektorleitung 10 zuführbar, die sowohl mit der Dosiereinheit 5 als auch mit der Fördergasleitung 8 verbunden ist. Die Fördergasleitung 8 wird von einer Fördergaseinheit 9 mit Fördergas 7 gespeist, so dass das Spritzpulver 3 aus der Dosiereinheit 5 in die Injektoreinheit 6 mit Hilfe des Fördergases 7 zuführbar ist, wobei die Fördergaseinheit 9 das Fördergas 7 unter einem vorgebbaren Druck P bereitstellt. Durch die Fördergaseinheit 9 sind im speziellen auch weitere Parameter des Fördergases 7 vorgebbar, wie z.B. die Durchflussmenge, die Temperatur, die Zusammensetzung, sowie weiterer betriebsrelevanter Parameter des Fördergases 7.
  • Zumindest im Bereich der Heizzone 4 ist der Plasmabrenner 2 als Anode 21 ausgebildet, so dass im Zusammenwirken mit der Kathode 22 ein Plasma zündbar ist, so dass das in die Heizzone 4 eingebrachte Spritzpulver 3 im Betriebszustand der Plasmaspritzvorrichtung 1 erhitzbar ist, und mit dem aufgeschmolzenen Spritzpulver in an sich bekannter Weise z.B. eine Oberflächenschicht auf ein Werkstück gespritzt werden kann.
  • Zur Erfassung des Drucks P des Fördergases 7 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in der Fördergasleitung 8 ein Drucksensor 11 vorgesehen, der bevorzugt, aber nicht notwendig, ein piezoelektrischer Drucksensor 11 ist. Der Drucksensor 11 ist zur Überwachung des Drucks P des Fördergases 7 mit einer Überwachungseinheit 12 signalverbunden, wobei im dargestellten Beispiel die Überwachungseinheit 12 eine Ansteuereinheit 13 zur Steuerung und / oder Regelung des Drucks P des Fördergases 7 und / oder der Durchflussmenge des Fördergases 7 und / oder einer Zufuhrmenge des Spritzpulvers 3 und / oder einer Heizleistung des Plasmabrenners 2 und / oder anderer Betriebsparameter und / oder einer Sytemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung 1 umfasst.
  • Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ansteuereinheit 13 mit einer elektrischen Energiequelle 15 und der Fördergaseinheit 9 signalverbunden. Dadurch kann in Abhängigkeit von dem durch den Drucksensor 11 erfassten Druck P des Fördergases 7 sowohl die Plasmaenthalpie des Plasmastrahls durch Steuerung und / oder Regelung der elektrischen Energiequelle 15 bzw. durch Steuerung und / oder Regelung des Plasmagases beeinflusst werden, als auch z.B. der Druck P und oder die Durchflussmenge des Fördergases 7 eingestellt werden. Wird z.B. ein anomaler Wert des Drucks P des Fördergases 7 durch den Drucksensor 11 festgestellt, so kann durch die Überwachungseinheit 12 und die Ansteuereinheit 13, die z.B. durch eine elektronische Datenverarbeitungsanlage, insbesondere einen Computer, realisiert sein können, ein Betriebszustand der Plasmaspritzvorrichtung 1 entsprechend beeinflusst werden. So kann beispielsweise ein Spritzvorgang automatisch abgebrochen werden, oder bei weniger gravierenden Störungen ein Betriebsparameter, wie zum Beispiel die Plasmaenthalpie des Plasmastrahls, der Druck P des Fördergases 7 oder andere Betriebsparameter automatisch so angepasst werden, dass der laufende Spritzvorgang noch beendet werden kann und nach dem Ende des Spritzvorgangs die notwendigen Reparatur- und Wartungsarbeiten vorgenommen werden können. Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf Plasmaspritzvorrichtungen der in Fig. 1 dagestellten Art beschränkt ist. Vielmehr kann z.B. der Plasmabrenner 2, die Injektoreinheit 6 oder alle anderen in der schematischen Fig. 1 dargestellten Systemkompnenten auch anders ausgestaltet sein. Entsprechende Ausführungsformen von Plasmaspritzvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt und brauchen daher hier im Einzelnen nicht beschrieben zu werden. Das heisst, die Erfindung betrifft alle möglichen geeigneten Ausführungsformen von Plasmaspritzvorrichtungen, bei welchen ein Spritzpulver mit Hilfe eines Fördergases in eine Heizzone eines Plasmabrenners einbringbar ist.
  • Durch die Erfindung wird somit eine Plasmaspritzvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt, die es erlaubt durch Messung des Drucks des Fördergases, das das Spritzpulver in eine Injektoreinheit eines Plasmabrenners der erfindungsgemässen Plasmaspritzvorrichtung befördert, den Zustand der Plasmaspritzvorrichtüng auf besonders einfache Weise sehr effektiv zu überwachen. Dabei können aus den gemessenen Druckdaten ganz unterschiedliche Störungen oder Beschädigungen von Komponenten der Plasmaspritzvorrichtung nicht nur detektiert und lokalisiert werden, sondern es ist auch möglich im Betriebszustand verschiedene Parameter des Spritzvorgangs, wie den Fördergasdruck, die Plasmaenthalpie des Plasmastrahls oder jeden anderen Parameter so Steuern und / oder zu Regeln, dass die Betriebsparameter so angepasst werden, dass beim Auftritt kleinerer Störungen oder Beschädigungen ein Spritzvorgang noch abgeschlossen werden kann, ohne dass Qualitätseinbussen bei der gespritzten Schicht hingenommen werden müssen. Treten gravierende Störungen oder Beschädigungen an einer Systemkomponente auf, kann die Plasmaspritzvorrichtung z.B. automatisch abgeschaltet werden, so dass Folgeschäden ausgeschlossen werden können und ein in Beschichtung befindliches Werkstück durch die Betriebsstörungen nicht unbrauchbar wird.

Claims (6)

  1. Plasmaspritzvorrichtung, umfassend einen Plasmabrenner (2) zum Aufheizen eines Spritzpulvers (3) in einer Heizzone (4), und eine Dosiereinheit (5) zur Dosierung des Spritzpulvers (3), welche Dosiereinheit (5) zur Förderung des Spritzpulvers (3) in eine Injektoreinheit (6) mittels eines unter einem vorgebbaren Druck stehenden Fördergases (7) über eine Fördergasleitung (8) mit einer Fördergaseinheit (9) verbunden ist, wobei die Injektoreinheit (6) einen Einlass (61) und einen als Pulverinjektor (62) ausgestalteten Auslass (62) aufweist, so dass der Injektoreinheit (6) mittels des Fördergases (7) über eine Injektorleitung (10) das Spritzpulver (3) aus der Dosiereinheit (5) durch den Einlass (61) zuführbar ist, wobei die Injektoreinheit (6) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das Spritzpulver (3) durch das aus dem Pulverinjektor (62) austretende Fördergas (7) in die Heizzone (4) einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung des Zustands der Plamaspritzvorrichtung ein Drucksensor (11) zum Erfassen des Drucks (P) des Fördergases (7) vorgesehen ist, und dass eine Überwachungseinheit (12) eine Ansteuereinheit (13) zur Steuerung und / oder Regelung des Drucks (P) des Fördergases (7) und / oder einer Durchflussmenge des Fördergases (7) und / oder einer Zufuhrmenge des Spritzpulvers (3) und / oder einer Plasmaenthalpie des Plasmastrahls und / oder anderer Betriebsparameter und / oder einer Systemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung umfasst.
  2. Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor (11) in der Fördergasleitung (8) vorgesehen ist.
  3. Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor (11) in der Injektorleitung (10) vorgesehen ist.
  4. Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor (11) zur Überwachung des Drucks (P) des Fördergases (7) mit einer Überwachungseinheit (12) signalverbunden ist.
  5. Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor (11) ein mechanischer, optischer, magnetischer oder ein elektrischer Drucksensor (11), insbesondere ein piezoelektrischer Drucksensor (11) ist.
  6. Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Plasmaspritzvorrichtung (1), wobei mittels einer Dosiereinheit (5) ein Spritzpulver (3) dosiert wird, und eine Injektoreinheit (6) vorgesehen ist, die einen Einlass (61) und einen als Pulverinjektor (62) ausgestalteten Auslass (62) aufweist, wobei der Injektoreinheit (6) mittels eines unter einem vorgegebenen Druck (P) stehenden Fördergases (7) über eine Injektorleitung (10) das Spritzpulver (3) aus der Dosiereinheit (5) durch den Einlass (61) zugeführt wird und das Spritzpulver (3) durch das aus dem Pulverinjektor (62) austretende Fördergas (7) in eine Heizzone (4) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P) des Fördergases (7) mittels eines Drucksensors (11) überwacht wird, und dass eine Überwachungseinheit (12), die eine Ansteuereinheit (13) umfasst, mit dem Drucksensor (11) signalverbunden wird, mittels dem Drucksensor (11) der Druck (P) des Fördergases (7) erfasst wird und der Druck (P) des Fördergases (7) und / oder eine Durchflussmenge des Fördergases (7) und / oder eine Zufuhrmenge des Spritzpulvers (3) und / oder eine Plasmaenthalpie des Plasmastrahls und / oder ein anderer Betriebsparameter und / oder eine Systemkomponente der Plasmaspritzvorrichtung (1) überwacht und / oder gesteuert und / oder geregelt wird.
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