EP1854547A1 - Kaltgasspritzpistole - Google Patents

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EP1854547A1
EP1854547A1 EP06015704A EP06015704A EP1854547A1 EP 1854547 A1 EP1854547 A1 EP 1854547A1 EP 06015704 A EP06015704 A EP 06015704A EP 06015704 A EP06015704 A EP 06015704A EP 1854547 A1 EP1854547 A1 EP 1854547A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
spray gun
cold gas
gun according
coolant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06015704A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Heinrich
Heinrich Prof .Dr. Kreye
Tobias Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP1854547A1 publication Critical patent/EP1854547A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
    • B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/1606—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air
    • B05B7/1613—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed
    • B05B7/162—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the invention relates to a cold gas spray gun, in particular a cold gas spray gun, which allows spraying with higher gas temperatures.
  • particles from 1 ⁇ m to 250 ⁇ m are accelerated in a gas stream to speeds of 200 m / s to 1600 m / s without melting or fusing, and sprayed onto the surface to be coated, the substrate. Only when it strikes the substrate does the temperature increase at the colliding interfaces due to plastic deformation under very high strain rates and leads to welding of the particle material with the substrate as well as with each other. For this, however, a minimum impact speed must be exceeded, the so-called critical speed.
  • the mechanism and quality of welding is comparable to explosive welding and also depends on the temperature of the particles at the moment of impact. It is therefore necessary to ensure that the particles have a sufficiently high speed and temperature on impact.
  • the particles are mixed in a cold gas spray gun, which has a mixing chamber and a nozzle in the mixing chamber a hot carrier gas, heated by this and accelerated and further accelerated through the nozzle and sprayed with the gas stream from the cold gas spray gun.
  • a cold gas spray gun which has a mixing chamber and a nozzle in the mixing chamber a hot carrier gas, heated by this and accelerated and further accelerated through the nozzle and sprayed with the gas stream from the cold gas spray gun.
  • Such spray guns are known for thermal spraying eg from the US 6,623,796 B1 ,
  • a spray gun is described with a Laval nozzle, consisting of an inlet cone and an outlet cone, which abut one another at a nozzle neck.
  • the Laval nozzle is supplied with air under high pressure via an air heater and a mixing chamber in which an air-particle mixture is mixed.
  • the particles are accelerated through the Laval nozzle as a supersonic nozzle and heated by the air heated in the air heater, without that they melt.
  • the temperature of the gas for example, with aluminum particles by 50 to 150 ° C, with water cooling even increase by 300 ° C, without that it comes to deposits on the inner wall of the nozzle.
  • the higher gas temperature also gives the particles a higher temperature, favoring their ability to deform on impact with the substrate, ie reducing the critical velocity required for adhesion.
  • the phenomenon of the accumulation of particles on the inner wall of the nozzle and the consequent limitation of the maximum usable gas temperature is found in all metallic materials as particles.
  • Nozzle cooling therefore has a favorable effect, in particular in the case of many metallic spray materials, such as in the case of steel, titanium, nickel, copper, tin and zinc, above all, there are considerable advantages with aluminum.
  • the cold gas spray gun according to the invention can also spray particles of materials which require higher gas temperatures, for example up to 1000 ° C., in order to achieve good layer properties by increasing the particle velocity and the particle temperature.
  • the nozzle is a Laval nozzle, which consists of a converging section, a nozzle throat and a diverging section.
  • the gas in the area of the nozzle throat can be accelerated to supersonic speed. Since the speed of sound increases with temperature, the higher temperature of a Laval nozzle thus increases the gas velocities that can be achieved when flowing through, and thus also the velocity of the particles. Since higher speeds are possible, coarser particles with particle sizes of up to 100 ⁇ m, even up to 250 ⁇ m, can be accelerated to the critical speed required for adhesion. The risk of material accumulation on the inner wall of the Laval nozzle is reduced by the cooling of the nozzle, which in turn supports the use of coarser powders. These coarser particles or powders are cheaper and can also be produced better and promote evenly. Moreover, layers sprayed with coarser particles, yet dense, have higher bond strength to the substrate and higher strength with respect to the bonding of the particles to each other than layers sprayed with finer particles.
  • the region of the nozzle neck can be cooled more strongly and the coolant flowing around the Laval nozzle in the region of the converging section axially to a nozzle outlet at the diverging section.
  • the nozzle can have cooling fins flowed around by the coolant and can be flowed around radially, axially or helically by the coolant.
  • the coolant is a gas, in particular compressed air.
  • the coolant may be water.
  • the nozzle may consist at least partly of hardened material, in particular hard metal or hardened steel.
  • cooling fins are attached to the nozzle, already sufficient cooling can be achieved by the convection of the ambient air. Especially in spray booths is through the suction and an air flow, which leads to a greater cooling effect of the cooling fins.
  • nozzle cooling allows the nozzle to be made of hardened material, otherwise the material would lose its strength.
  • the resistance to erosion is thereby greatly improved, since the particles accelerated by the gas have a very abrasive effect and hardened materials withstand the longer.
  • Fig. 1 shows schematically in detail cross section a nozzle of a cold gas spray gun according to the invention in the form of a Laval nozzle 8.
  • This consists of a converging section 7, a nozzle throat 9 and a diverging section 10.
  • the Laval nozzle 8 is surrounded by a cooling jacket 12, which is a coolant , here compressed air, in the direction indicated by the arrow is flowed through.
  • a cooling jacket 12 which is a coolant , here compressed air, in the direction indicated by the arrow is flowed through.
  • the area of the convergent section 7 and the nozzle throat 9 is cooled more strongly by the initially still cold compressed air.
  • the Laval nozzle 8 is traversed by a gas with particles in the same direction indicated by the arrow.
  • Fig. 2 shows schematically in cross section a cold gas spray gun according to the invention with the Laval nozzle 8, a pressure vessel 1, which has an insulation 2 on its inner side.
  • a heating element 3 is arranged, here in the form of a filament heater, which consists of a plurality of electrical heating wires.
  • the gas to be heated is supplied to the pressure vessel 1 via a gas supply line 4.
  • the pressure vessel 1 is a rotationally symmetrical body.
  • a gas outlet 5 directs the heated or further heated gas in a mixing chamber 6, in which a particle tube 11 can supply particles. In this case, the mouth of the particle tube 11 is aligned with the forming gas stream.
  • the gas flows through the pressure vessel 1 and with this linearly aligned mixing chamber 6 and Laval nozzle 8 as indicated by the arrows, wherein it is distributed uniformly over the cross section of the heating element 3. Due to the internal insulation 2 is achieved that only a few heat energy reaches the wall of the pressure vessel 1 and the mixing chamber 6. Since the pressure vessel 1 and the mixing chamber 6 at the same time give off heat to the environment, the pressure vessel 1 and the mixing chamber 6 is a considerably lower temperature than the heated gas has. The pressure vessel 1 and the mixing chamber 6 can therefore be relatively thin-walled and lightweight.
  • the particles to be sprayed are added to the heated gas via the particle tube 11. This is done by the particles are transported through the particle tube via a carrier gas stream.
  • the nozzle throat 9 On the distance between particle injection and the narrowest cross section of the Laval nozzle, the nozzle throat 9, the particles are heated.
  • a short mixing chamber and an extended converging section 7 may be used, because even with an elongated converging section 7, the distance between particle injection and nozzle throat is long enough to sufficiently heat the particles.
  • the diverging section 10 of the Laval nozzle 8 the expanding gas is accelerated to speeds above the speed of sound. The particles are strongly accelerated in this supersonic flow and reach speeds between 200 and 1500 m / s.
  • the surface temperature of the convergent section 7, the nozzle throat 9 and the diverging section 10 of the Laval nozzle 8 remains in a lower range, so that substantially higher gas temperatures can be used, which have an advantageous effect on the quality of the coating.
  • gas temperatures above 600 ° C and more resistant to abrasive wear materials for the Laval nozzle 8 can be used.

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Abstract

Eine Kaltgasspritzpistole zum Verspritzen von Partikeln in einem heißen Gasstrom mit einer Mischkammer (6), in der Partikel dem Gas durch eine Partikelzuführung (11) zugeführt werden können, weist eine Düse auf, wobei die Düse außen durch ein Kühlmittel gekühlt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kaltgasspritzpistole, insbesondere eine Kaltgasspritzpistole, die ein Spritzen mit höheren Gastemperaturen ermöglicht.
  • Beim Kaltgasspritzen oder dem kinetischen Spritzen werden Partikel von 1 µm bis 250 µm in einem Gasstrom auf Geschwindigkeiten von 200 m/s bis 1600 m/s beschleunigt, ohne dabei an- oder aufzuschmelzen, und auf die zu beschichtende Fläche, das Substrat, gespritzt. Erst beim Aufprall auf das Substrat steigt durch plastische Verformung unter sehr hohen Dehnraten die Temperatur an den kollidierenden Grenzflächen und führt zu Verschweißungen des Partikelwerkstoffs mit dem Substrat sowie untereinander. Dazu muss jedoch eine Mindestaufprallgeschwindigkeit überschritten werden, die so genannte kritische Geschwindigkeit. Der Mechanismus und die Qualität der Verschweißung ist mit dem Explosivschweißen vergleichbar und hängt auch von der Temperatur der Partikel im Moment ihres Aufpralls ab. Man muss daher dafür sorgen, dass die Partikel eine ausreichend hohe Geschwindigkeit und Temperatur beim Aufprall haben. Hierzu werden die Partikel in einer Kaltgasspritzpistole, die eine Mischkammer und eine Düse aufweist, in der Mischkammer einem heißen Trägergas zugemischt, durch dieses erwärmt und beschleunigt sowie über die Düse weiter beschleunigt und mit dem Gasstrom aus der Kaltgasspritzpistole verspritzt. Bei vorgegebener Düsengeometrie ist es deshalb oft erforderlich, mit dem anlagentechnisch möglichen maximalen Gasdruck und möglichst hoher Gastemperatur zu arbeiten.
  • Dabei zeigt sich, dass es oberhalb einer von dem Werkstoff der Partikel abhängigen Gastemperatur zu Anlagerungen an der Innenwand der Düse kommt. Beim Spritzen von Aluminium liegt z.B. die maximal mögliche Gastemperatur im Bereich von 150 bis 300 °C. Durch diese Anlagerungen wird die Gasströmung in der Düse gestört und es wird die Funktionsfähigkeit der Kaltgasspritzpistole bis hin zum Verstopfen der Düse beeinträchtigt.
  • Bekannt sind solche Spritzpistolen für das thermische Spritzen z.B. aus der US 6,623,796 B1 . In dieser ist eine Spritzpistole mit einer Lavaldüse beschrieben, bestehend aus einem Eingangskonus und einem Ausgangskonus, die an einem Düsenhals aneinander stoßen. Der Lavaldüse wird Luft unter hohem Druck über einen Lufterhitzer und eine Mischkammer zugeführt, in der ein Luft-Partikelgemisch zugemischt wird. Die Partikel werden durch die Lavaldüse als Überschalldüse beschleunigt und durch die im Lufterhitzer erhitzte Luft erwärmt, ohne, dass sie schmelzen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kaltgasspritzpistole, zur Verfügung zu stellen, die mit Gas unter beliebig hohen Temperaturen und unter hohen Drücken betrieben werden kann und bei der keine Materialanlagerungen des Partikelmaterials in der Düse auftreten.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kaltgasspritzpistole mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Kaltgasspritzpistole werden durch die Unteransprüche angegeben.
  • Kühlt man die Außenseite der Düse durch ein Kühlmittel, so dass die Temperatur der Innenwand der Düse verringert ist, dann lässt sich die Temperatur des Gases z.B. bei Partikeln aus Aluminium um 50 bis 150 °C, mit Wasserkühlung sogar um 300°C erhöhen, ohne dass es zu Anlagerungen an der Innenwand der Düse kommt. Durch die höhere Gastemperatur erhalten auch die Partikel eine höhere Temperatur, wodurch ihre Verformungsfähigkeit beim Aufprall auf das Substrat begünstigt wird, d.h. die zum Haften erforderliche kritische Geschwindigkeit verringert wird. Das Phänomen der Anlagerung von Partikeln an der Innenwand der Düse und die dadurch bedingte Begrenzung der maximal nutzbaren Gastemperatur ist bei allen metallischen Werkstoffen als Partikel festzustellen. Eine Düsenkühlung wirkt sich daher insbesondere bei vielen metallischen Spritzwerkstoffen günstig aus, wie etwa bei Stahl, Titan, Nickel, Kupfer, Zinn und Zink, vor allem ergeben sich erhebliche Vorteile bei Aluminium. Durch die erfindungsgemäße Kaltgasspritzpistole können auch Partikel aus Werkstoffen verspritzt werden, die höhere Gastemperaturen, etwa bis 1000°C erfordern, um gute Schichteigenschaften durch die Steigerung der Partikelgeschwindigkeit und der Partikeltemperatur zu erreichen.
  • In vorteilhafter Ausführung ist die Düse eine Lavaldüse, die aus einem konvergierenden Abschnitt, einem Düsenhals und einem divergierenden Abschnitt besteht.
  • In einer Lavaldüse kann das Gas im Bereich des Düsenhalses auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden. Da die Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur steigt, sind durch die höhere Temperatur somit bei einer Lavaldüse die beim Durchströmen erreichbaren Gasgeschwindigkeiten höher und damit auch die Geschwindigkeit der Partikel. Da höhere Geschwindigkeiten möglich sind, können gröbere Partikel mit Partikelgrößen von bis zu 100 µm, ja von bis zu 250 µm auf die zur Haftung erforderliche kritische Geschwindigkeit beschleunigt werden. Auch die Gefahr von Materialanlagerungen an der Innenwand der Lavaldüse verringert sich durch die Kühlung der Düse, was wiederum die Verwendung von gröberen Pulvern unterstützt. Diese gröberen Partikel oder Pulver sind kostengünstiger und lassen sich zudem besser herstellen und gleichmäßiger fördern. Überdies besitzen Schichten, die mit gröberen Partikeln gespritzt und dennoch dicht sind, eine höhere Haftfestigkeit auf dem Substrat und höhere Festigkeit im Hinblick auf die Bindung der Partikel untereinander als Schichten, die mit feineren Partikeln gespritzt wurden.
  • In günstiger Ausführungsform kann der Bereich des Düsenhalses stärker gekühlt sein und das Kühlmittel die Lavaldüse im Bereich des konvergierenden Abschnitts zuströmend axial bis zu einem Düsenaustritt am divergierenden Abschnitt umströmen.
  • Eine stärkere Kühlung ist im Bereich des engsten Querschnittes der Düse und in Strömungsrichtung kurz dahinter vorteilhaft, da hier die Partikelbeschleunigung und die Partikeltemperaturen am höchsten sind und draus resultierend die Gefahr von Anlagerungen. Es ist daher vorteilhaft, das kalte Kühlmittel im rückwärtigen, konvergierenden Bereich in einen die Düse umgebenden Kühlraum einströmen und im Bereich des Düsenaustritts am Ende des divergierenden Abschnitts ausströmen zu lassen.
  • Die Düse kann von dem Kühlmittel umströmte Kühlrippen aufweisen und von dem Kühlmittel radial, axial oder spiralförmig umströmt werden.
  • Durch entsprechend geformten Kühlrippen kann eine bessere Wärmeabfuhr und gezielte Führung sowie gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels erreicht werden.
  • In günstiger Ausführungsform ist das Kühlmittel ein Gas, insbesondere Druckluft. Alternativ kann das Kühlmittel Wasser sein.
  • Wenn das heiße Gas zum Beschleunigen der Partikel Druckluft ist, so steht auch oft kalte Druckluft für Kühlzwecke zur Verfügung. Weiter steht Druckluft generell in vielen Werkstätten zur Verfügung und ermöglicht einen einfachen Aufbau, da nach dem Kühlvorgang die Druckluft in die Umgebung abgeblasen werden kann und keine Rückführung des Kühlmittels erfordert. Wasser ist meist auch gut verfügbar und hat eine erheblich stärkere Kühlwirkung als Gase.
  • Die Düse kann zumindest zum Teil aus gehärtetem Material bestehen, insbesondere Hartmetall oder gehärtetem Stahl.
  • Vorteilhaft kann als Kühlmittel die Umgebungsluft dienen.
  • Wenn an der Düse Kühlrippen angebracht sind, ist eine bereits ausreichende Kühlung schon durch die Konvektion der Umgebungsluft zu erreichen. Vor allem in Spritzkabinen besteht durch die Absauganlagen auch eine Luftströmung, die zu einer stärkeren Kühlwirkung der Kühlrippen führt.
  • Bei Gastemperaturen oberhalb von 600°C für WCCo (Wolfram-Carbid-Kobalt) bzw. 500°C bei gehärtetem Stahl ermöglicht eine Düsenkühlung, dass die Düse aus gehärtetem Material besteht, da ansonsten das Material seine Festigkeit verlieren würde. Bei der erfindungsgemäßen Kaltgasspritzpistole wird dadurch die Beständigkeit gegen Erosion stark verbessert, da die durch das Gas beschleunigten Partikel sehr abrasiv wirken und gehärtete Materialien dem länger stand halten.
  • Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kaltgasspritzpistole wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
    • Fig. 1 schematisch im Detailquerschnitt eine Düse einer erfindungsgemäßen Kaltgasspritzpistole und
    • Fig. 2 schematisch im Querschnitt eine erfindungsgemäße Kaltgasspritzpistole.
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch im Detailquerschnitt eine Düse einer erfindungsgemäßen Kaltgasspritzpistole in Form einer Lavaldüse 8. Diese besteht aus einem konvergierenden Abschnitt 7, einem Düsenhals 9 und einem divergierenden Abschnitt 10. Die Lavaldüse 8 ist von einem Kühlmantel 12 umgeben, der von einem Kühlmittel, hier Druckluft, in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung durchströmt wird. Dadurch wird der Bereich des konvergierenden Abschnitts 7 und des Düsenhalses 9 von der zunächst noch kalten Druckluft und somit stärker gekühlt. Dabei wird die Lavaldüse 8 von einem Gas mit Partikeln in derselben durch den Pfeil angegebenen Richtung durchströmt.
  • Fig. 2 zeigt schematisch im Querschnitt eine erfindungsgemäße Kaltgasspritzpistole mit der Lavaldüse 8, einem Druckbehälter 1, der auf seiner Innenseite eine Isolierung 2 aufweist. Im Inneren des Druckbehälters 1 ist ein Heizelement 3 angeordnet, hier in Form eines Filamentheizers, der aus einer Vielzahl von elektrischen Heizdrähten besteht. Das aufzuheizende Gas wird dem Druckbehälter 1 über eine Gaszuleitung 4 zugeführt. In dem vorliegenden Beispiel ist der Druckbehälter 1 ein rotationssymmetrischer Körper. Ein Gasaustritt 5 leitet das aufgeheizte oder weiter aufgeheizte Gas in eine Mischkammer 6, in der ein Partikelrohr 11 Partikel zuführen kann. Dabei ist die Mündung des Partikelrohrs 11 mit dem sich bildenden Gasstrom ausgerichtet.
  • Das Gas durchströmt den Druckbehälter 1 und die mit diesem linear ausgerichtete Mischkammer 6 und Lavaldüse 8 wie durch die Pfeile angezeigt, wobei es sich gleichmäßig über den Querschnitt des Heizelements 3 verteilt. Durch die innen angebrachte Isolierung 2 wird erreicht, dass nur wenige Wärmeenergie die Wand des Druckbehälters 1 und der Mischammer 6 erreicht. Da der Druckbehälters 1 und die Mischammer 6 an die Umgebung zugleich Wärme abgeben, stellt sich beim Druckbehälter 1 und der Mischammer 6 eine erheblich niedrigere Temperatur ein, als das erhitzte Gas hat. Der Druckbehälter 1 und die Mischammer 6 können daher relativ dünnwandig und leicht gebaut sein. In der Mischkammer 6 werden dem erhitzten Gas über das Partikelrohr 11 die zu verspritzenden Partikel beigemischt. Dies erfolgt, indem über einen Trägergasstrom die Partikel durch das Partikelrohr befördert werden. Auf der Strecke zwischen Partikelinjektion und engstem Querschnitt der Lavaldüse, dem Düsenhals 9 werden die Partikel aufgeheizt. Anstelle der in Fig. 2 gezeigten langen Mischkammer 6 kann auch eine kurze Mischkammer und ein verlängerte konvergierender Abschnitt 7 verwendet werden, da auch bei einem verlängertem konvergierendem Abschnitt 7 die Strecke zwischen Partikelinjektion und Düsenhals lang genug ist, die Partikel ausreichend zu erwärmen. In dem divergierenden Abschnitt 10 der Lavaldüse 8 wird das expandierende Gas auf Geschwindigkeiten oberhalb der Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Die Partikel werden in dieser Überschallströmung stark beschleunigt und erreichen Geschwindigkeiten zwischen 200 und 1500 m/s.
  • Durch den von Druckluft durchströmten Kühlmantel 12 bleibt die Oberflächentemperatur des konvergierenden Abschnitts 7, des Düsenhalses 9 und des divergierenden Abschnitts 10 der Lavaldüse 8 in einem niedrigeren Bereich, so dass wesentlich höhere Gastemperaturen verwendet werden können, die sich vorteilhaft auf die Qualität der Beschichtung auswirken. Insbesondere können auch Gastemperaturen oberhalb von 600°C und gegen abrasiven Verschleiß beständigere Materialien für die Lavaldüse 8 verwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckbehälter
    2
    Isolierung
    3
    Heizelement
    4
    Gaszuleitung
    5
    Gasaustritt
    6
    Mischkammer
    7
    konvergierender Abschnitt
    8
    Lavaldüse
    9
    Düsenhals
    10
    divergierender Abschnitt
    11
    Partikelrohr
    12
    Kühlmantel

Claims (10)

  1. Kaltgasspritzpistole zum Verspritzen von Partikeln in einem heißen Gasstrom mit einer Mischkammer (6), in der Partikel dem Gas durch eine Partikelzuführung (11) zugeführt werden können und einer Düse, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse außen durch ein Kühlmittel gekühlt wird.
  2. Kaltgasspritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse eine Lavaldüse (8) ist, die aus einem konvergierenden Abschnitt (7), einem Düsenhals (9) und einem divergierenden Abschnitt (10) besteht.
  3. Kaltgasspritzpistole nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Düsenhalses (9) stärker gekühlt ist.
  4. Kaltgasspritzpistole nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel die Lavaldüse (8) im Bereich des konvergierenden Abschnitts (7) zuströmend bis zu einem Düsenaustritt am divergierenden Abschnitt (10) axial umströmt.
  5. Kaltgasspritzpistole nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse von dem Kühlmittel umströmte Kühlrippen auf weist.
  6. Kaltgasspritzpistole nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse von dem Kühlmittel radial oder spiralförmig um strömt wird.
  7. Kaltgasspritzpistole nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel ein Gas, insbesondere Druckluft ist.
  8. Kaltgasspritzpistole nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser ist.
  9. Kaltgasspritzpistole nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel die Umgebungsluft dient.
  10. Kaltgasspritzpistole nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse zumindest zum Teil aus gehärtetem Material besteht, insbesondere Hartmetall oder gehärtetem Stahl.
EP06015704A 2006-05-11 2006-07-27 Kaltgasspritzpistole Withdrawn EP1854547A1 (de)

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