EP2014794A1 - Cold gas jet nozzle - Google Patents
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- EP2014794A1 EP2014794A1 EP07022704A EP07022704A EP2014794A1 EP 2014794 A1 EP2014794 A1 EP 2014794A1 EP 07022704 A EP07022704 A EP 07022704A EP 07022704 A EP07022704 A EP 07022704A EP 2014794 A1 EP2014794 A1 EP 2014794A1
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- cold gas
- connecting element
- converging
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- 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
-
- 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
Definitions
- the present invention relates to a cold gas spraying nozzle according to the preamble of claim 1.
- Cold gas spraying is a coating process in which a powdered coating material is applied to a carrier material at very high speed.
- the powder particles are injected into a gas jet of heated process gas, wherein the gas jet was previously accelerated to supersonic speed by expansion in a mostly laval-like shaped nozzle.
- the injected spray particles are accelerated by injection into the gas jet to such a high speed that, in contrast to other thermal spray processes, they form a dense and firmly adhering layer upon impact with the substrate even without prior melting or melting.
- Nozzles for cold gas spraying are produced from metal, from metal alloys, from light metal, for example from aluminum, or from hard material, for example from tungsten carbide. Both full nozzles and split nozzles, for example nozzles composed of two half-shells, can be used for cold gas spraying.
- a cold gas spray nozzle in which the converging section is detachably connected to the non-converging section in the area of the smallest diameter describes the document JP 2005 095 886 A from the prior art.
- Such a detachable connection offers, for example, the advantage that when the nozzle neck is worn, it is not necessary to replace the entire nozzle.
- a non-convergent section may be used with any divergence angle.
- a cold gas spray nozzle which has at least two parts in the flow direction, wherein the second part is easily replaceable.
- these two parts may be formed of different materials, for example of metallic material, of ceramic and / or plastic.
- a cold gas spraying nozzle according to the preamble of claim 1 is in the document EP 1 462 546 B1 (German translation: DE 60 2004 000 936 T2 ) disclosed in the prior art.
- this cold gas spray nozzle at least the non-converging region of polybenzimidazole (PBI) is formed to prevent clogging of the nozzle when using low-melting powder particles.
- PBI polybenzimidazole
- Polybenzimidazole has the formula poly (2,2 '- (m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) and is commercially available under the trade name Celazole. Polybenzimidazole is particularly suitable for use in a cold gas spray nozzle because of its very high temperature resistance. Thus, polybenzimidazole allows for continuous use temperatures in excess of about 310 degrees Celsius. Furthermore, polybenzimidazole has a high and above a wide temperature range almost constant mechanical strength.
- polybenzimidazole can become a chipping challenge. So it is recommended to provide edging to avoid tearing of edges during cutting. Furthermore, in the part design, the relatively high notch sensitivity of polybenzimidazole must be taken into account, that is, corners must be rounded. In addition to the difficult processability, the relatively high price is another disadvantage of the thermoplastic polybenzimidazole.
- polybenzimidazole poses specific requirements for storage.
- precast parts machined to tight tolerances are to be stored in airtight bags provided with a desiccant in order to prevent dimensional changes due to absorption of moisture.
- Moist parts that are quickly exposed to temperatures above 200 degrees Celsius during operation should first be dried before use to avoid deformation due to thermal shock.
- the present invention has the object, a cold gas spray nozzle of the type mentioned in such a way that clogging of the cold gas spray nozzle is reliably prevented with spray particles and the cold gas spray nozzle yet easy and is inexpensive to produce.
- the present invention is based on the fact that the cold gas spraying nozzle is made of at least one heat-resistant plastic, which is easily processable in comparison with polybenzimidazole, at least in that region in which the spray particles cake gently, in particular in the nozzle neck or in the narrowest cross-section of the nozzle.
- the plastic from which the nozzle is formed at least in the region of its smallest diameter, a melting point of about about 250 degrees Celsius, for example, of about about 300 degrees Celsius, in particular of about about 400 degrees Celsius on.
- Polyether ketones have high mechanical strength, stiffness and creep resistance over a wide temperature range; Nevertheless, polyether ketones are relatively easy to work, for example by machining. Another advantage of polyether ketones is their inherent flame retardancy and very little smoke in case of fire. Furthermore, polyether ketones have excellent wear resistance and good sliding properties. Caking of the spray particles is thus prevented in a reliable manner.
- Polyimide can be used in a temperature range between absolute zero and be used in the short term to well above 400 degrees Celsius.
- the thermal and electrical conductivity of polyimide is very low.
- polyimide has a relatively low coefficient of thermal expansion and a good dimensional stability for a plastic, and thus enables the production of components with close tolerances.
- Another advantage is the fact that the properties of polyimide, for example, by adding graphite or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be selectively changed.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the heat-resistant plastic of the cold gas spraying nozzle according to the present invention can also be formed from polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- Polytetrafluoroethylene colloquially also known under the trade name Teflon, is particularly advantageous because it has a very low coefficient of friction. There is almost no material adhering to polytetrafluoroethylene because the surface tension of polytetrafluoroethylene is extremely low. Caking of injected into the gas jet spray particles on the inner wall of the cold gas spray nozzle is prevented by a lining with polytetrafluoroethylene in a particularly reliable manner. Further, polytetrafluoroethylene has a very good workability.
- the polytetrafluoroethylene has calcium fluoride, more particularly a content range of from about fifteen percent by weight calcium fluoride to about fifty percent by weight calcium fluoride, for example a content of about 25 percent by weight calcium fluoride or about forty percent by weight calcium fluoride.
- the heat-resistant plastic may further be formed essentially of fiber-reinforced plastic, in particular of glass fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced plastic; this offers the advantage of less deformability.
- Fiber-plastic composites generally have high specific strengths and stiffnesses.
- the mechanical and thermal properties of fiber-plastic composites can be adjusted via a variety of parameters.
- the fiber angle, the fiber volume ratio and / or the layer order can be varied and thus a particularly easy workability can be achieved.
- the heat-resistant plastic may finally be formed essentially of MICA.
- the smallest diameter of the convergent section of smallest diameter of the non-converging portion is smaller than the smallest diameter of the non-converging portion.
- the diameter of the part of the connecting element facing the convergent section may differ from the diameter of the part of the convergent section facing the connecting element, in particular the diameter of the part of the connecting element facing the convergent section greater than the diameter of the part of the convergent section facing the connecting element be.
- the diameter of the part of the connecting element facing the non-converging section may differ from the diameter of the part of the non-converging section facing the connecting element, in particular the diameter of the part of the connecting element facing the non-converging section is smaller than the diameter of the connecting element Be connecting member facing part of the non-converging section.
- the present invention further relates to a cold gas spray gun with at least one cold gas spray nozzle according to the type set forth above.
- a cold gas spraying nozzle 100 (with orifice 210, powder tube 220 and gas chamber 50) provided for accelerating gas and spray particles is shown, which in the region 10 of its smallest diameter from a direction converging in the flow direction S 20 in a flow direction S non-converging section 30 passes.
- the cold gas spray nozzle 100 is formed in the region 10 of the smallest diameter of heat-resistant plastic.
- the convergent section 20, the non-converging section 30 and / or at least one connecting element 40 it is thus possible for the convergent section 20, the non-converging section 30 and / or at least one connecting element 40 to differ in the material.
- the part made of plastic advantageously begins in the region 10 of the thinnest cross-section of the nozzle, so that the region in which the gas expands, is made of plastic.
- the first segment, ie the converging section 20 is formed of metal, of at least one metal alloy, of carbide, of oxide and / or of at least one hard material, can be operated at higher gas temperatures than with a cold gas spraying nozzle made entirely of plastic become.
- the temperature of the gas fed into the cold gas spraying nozzle 100 'or 100 "" can be selected arbitrarily high, because at the narrowest cross section 10 of the nozzle 100' or 100 "", ie at the expansion location, the gas suddenly becomes cold. Even if the cold gas spray nozzle is fed with 600 degrees Celsius hot gas, the gas temperature at the point where the heat resistant plastic starts is less than 300 degrees Celsius.
- the cold gas spraying nozzle 100 'or 100 "" can be supplied with gas having a temperature of over 310 degrees Celsius, in particular above 600 degrees Celsius, for example, of over about 1,500 degrees Celsius, has. In this way, higher gas velocities and thus also higher particle speeds can be achieved, which in turn leads to more efficiency and better layers.
- the entire nozzle that is to say the convergent section 20, the non-converging section 30 and / or the connecting element 40, may also be formed from the heat-resistant plastic.
- the nozzle can be built from two half shells or a full nozzle.
- the non-converging portion 30 of the cold gas spraying nozzle may be diverging in the flow direction S. This helps to accelerate the gas.
- non-converging portion 30 may also be hollow cylindrical or substantially hollow cylindrical, such as in the third embodiment of cold gas spray nozzle 100 ".
- the convergent section 20 is releasably connected to the non-convergent section 30 in the region 10 of the smallest diameter. This is in Fig. 1 , in Fig. 2 and in Fig. 3 illustrated by a vertical dashed line.
- Fig. 4A, Fig. 4B and Fig. 4C illustrated embodiment of the present invention differs the least Diameter of the converging portion 20 or the converging portion 20 facing portion 42 of the connecting member 40 of the smallest diameter of the non-converging portion 30 or the non-converging portion 30 facing portion 44 of the connecting element 40th
- the smallest diameter of the converging portion 20 or the converging portion 20 facing portion 42 of the connecting member 40 is smaller than the smallest diameter of the non-converging portion 30 or the non-converging portion 30 facing portion 44 of the connecting element 40th
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaltgasspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a cold gas spraying nozzle according to the preamble of claim 1.
Das Kaltgasspritzen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem ein pulverförmiger Beschichtungswerkstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermaterial aufgebracht wird. Hierzu werden die Pulverpartikel in einen Gasstrahl aus aufgeheiztem Prozessgas injiziert, wobei der Gasstrahl zuvor durch Expansion in einer meist lavalartig geformten Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wurde.Cold gas spraying is a coating process in which a powdered coating material is applied to a carrier material at very high speed. For this purpose, the powder particles are injected into a gas jet of heated process gas, wherein the gas jet was previously accelerated to supersonic speed by expansion in a mostly laval-like shaped nozzle.
Die injizierten Spritzpartikel werden durch Injektion in den Gasstrahl auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf das Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bilden.The injected spray particles are accelerated by injection into the gas jet to such a high speed that, in contrast to other thermal spray processes, they form a dense and firmly adhering layer upon impact with the substrate even without prior melting or melting.
Düsen zum Kaltgasspritzen werden aus Metall, aus Metalllegierungen, aus Leichtmetall, zum Beispiel aus Aluminium, oder aus Hartstoff, zum Beispiel aus Wolframcarbid, hergestellt. Hierbei können sowohl Volldüsen als auch geteilte Düsen, beispielsweise aus zwei Halbschalen zusammengesetzte Düsen, zum Kaltgasspritzen eingesetzt werden.Nozzles for cold gas spraying are produced from metal, from metal alloys, from light metal, for example from aluminum, or from hard material, for example from tungsten carbide. Both full nozzles and split nozzles, for example nozzles composed of two half-shells, can be used for cold gas spraying.
Vorrichtungen zum Kaltgasspritzen sind im Stand der Technik beispielsweise aus den Druckschriften
In der Druckschrift
Eine Kaltgasspritzdüse, bei der der konvergierende Abschnitt mit dem nicht-konvergierenden Abschnitt im Bereich des geringsten Durchmessers lösbar verbunden ist, beschreibt die Druckschrift
Aus der Druckschrift
Beim Verspritzen niedrig schmelzender Materialien, zum Beispiel von Aluminium oder von Zink (und deren Legierungen), kommt es jedoch verschiedentlich zu Anbackungen in der Düse, was zu erheblichen Störungen des Spritzprozesses führt.However, spattering of low-melting materials, such as aluminum or zinc (and their alloys), sometimes results in caking in the nozzle, resulting in significant disturbances to the injection process.
Eine Kaltgasspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der Druckschrift
Polybenzimidazol hat die Formel Poly(2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol) und ist kommerziell unter dem Markennamen Celazole erhältlich. Zum Einsatz in einer Kaltgasspritzdüse ist Polybenzimidazol aufgrund seiner sehr hohen Temperaturbeständigkeit besonders geeignet. So lässt Polybenzimidazol Dauergebrauchstemperaturen von mehr als etwa 310 Grad Celsius zu. Ferner hat Polybenzimidazol eine hohe und über einen weiten Temperaturbereich nahezu konstante mechanische Festigkeit.Polybenzimidazole has the formula poly (2,2 '- (m-phenylene) -5,5'-bibenzimidazole) and is commercially available under the trade name Celazole. Polybenzimidazole is particularly suitable for use in a cold gas spray nozzle because of its very high temperature resistance. Thus, polybenzimidazole allows for continuous use temperatures in excess of about 310 degrees Celsius. Furthermore, polybenzimidazole has a high and above a wide temperature range almost constant mechanical strength.
Aufgrund seiner extremen Härte kann Polybenzimidazol jedoch zu einer Herausforderung bei der Zerspanung werden. So wird empfohlen, Einfassungen vorzusehen, um ein Ausreißen von Kanten beim Zerspanen zu vermeiden. Ferner ist bei der Teileauslegung der verhältnismäßig hohen Kerbeempfindlichkeit von Polybenzimidazol Rechnung zu tragen, das heißt Ecken sind auszurunden. Neben der schwierigen Verarbeitbarkeit ist der vergleichsweise hohe Preis ein weiterer Nachteil des Thermoplasts Polybenzimidazol.However, due to its extreme hardness, polybenzimidazole can become a chipping challenge. So it is recommended to provide edging to avoid tearing of edges during cutting. Furthermore, in the part design, the relatively high notch sensitivity of polybenzimidazole must be taken into account, that is, corners must be rounded. In addition to the difficult processability, the relatively high price is another disadvantage of the thermoplastic polybenzimidazole.
Ferner stellt Polybenzimidazol spezifische Anforderungen bei der Lagerung. So sollen auf enge Toleranzen zerspante Fertigteile in luftdicht verschlossenen, mit einem Trockenmittel versehenen Beuteln gelagert werden, um Dimensionsveränderungen durch Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern. Feuchte Teile, die im Betrieb schnell mit Temperaturen über 200 Grad Celsius konfrontiert werden, sollen vor dem Gebrauch zuerst getrocknet werden, um Verformungen durch thermischen Schock zu vermeiden.Furthermore, polybenzimidazole poses specific requirements for storage. For example, precast parts machined to tight tolerances are to be stored in airtight bags provided with a desiccant in order to prevent dimensional changes due to absorption of moisture. Moist parts that are quickly exposed to temperatures above 200 degrees Celsius during operation should first be dried before use to avoid deformation due to thermal shock.
Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten sowie unter Würdigung des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaltgasspritzdüse der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein Verstopfen der Kaltgasspritzdüse mit Spritzpartikeln in zuverlässiger Weise verhindert wird und die Kaltgasspritzdüse dennoch einfach sowie preiswert herstellbar ist.Based on the disadvantages and inadequacies set out above and in appreciation of the outlined prior art, the present invention has the object, a cold gas spray nozzle of the type mentioned in such a way that clogging of the cold gas spray nozzle is reliably prevented with spray particles and the cold gas spray nozzle yet easy and is inexpensive to produce.
Diese Aufgabe wird durch eine Kaltgasspritzdüse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by a cold gas spraying nozzle having the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and expedient developments of the present invention are characterized in the dependent claims.
Mithin basiert die vorliegende Erfindung darauf, dass die Kaltgasspritzdüse zumindest in demjenigen Bereich, in dem die Spritzpartikel leicht anbacken, insbesondere im Düsenhals bzw. im engsten Querschnitt der Düse, aus mindestens einem im Vergleich zu Polybenzimidazol einfach verarbeitbaren, hitzebeständigen Kunststoff gefertigt ist. Vorteilhafterweise weist der Kunststoff, aus dem die Düse zumindest im Bereich ihres geringsten Durchmessers gebildet ist, einen Schmelzpunkt von über etwa 250 Grad Celsius, beispielsweise von über etwa 300 Grad Celsius, insbesondere von über etwa 400 Grad Celsius, auf.Thus, the present invention is based on the fact that the cold gas spraying nozzle is made of at least one heat-resistant plastic, which is easily processable in comparison with polybenzimidazole, at least in that region in which the spray particles cake gently, in particular in the nozzle neck or in the narrowest cross-section of the nozzle. Advantageously, the plastic from which the nozzle is formed at least in the region of its smallest diameter, a melting point of about about 250 degrees Celsius, for example, of about about 300 degrees Celsius, in particular of about about 400 degrees Celsius on.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann als hitzebeständiger Kunststoff beispielsweise mindestens ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff aus der Gruppe der Polyetherketone (PEK), insbesondere
- Polyetheretherketon (PEEK) mit einer Schmelztemperatur von 335 Grad Celsius und/oder
- Polyetherketonketon (PEKK) mit einem Schmelzpunkt von 391 Grad Celsius eingesetzt werden.
- Polyetheretherketone (PEEK) with a melting temperature of 335 degrees Celsius and / or
- Polyether ketone ketone (PEKK) can be used with a melting point of 391 degrees Celsius.
Polyetherketone haben eine hohe mechanische Festigkeit, Steifigkeit und Kriechfestigkeit über einen weiten Temperaturbereich; dennoch sind Polyetherketone relativ einfach bearbeitbar, beispielsweise durch Spanen. Ein weiterer Vorteil der Polyetherketone ist ihre inhärente Flammwidrigkeit und die sehr geringe Rauchentwicklung im Brandfall. Ferner weisen Polyetherketone eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit sowie gute Gleiteigenschaften auf. Ein Anbacken der Spritzpartikel wird somit in zuverlässiger Weise verhindert.Polyether ketones have high mechanical strength, stiffness and creep resistance over a wide temperature range; Nevertheless, polyether ketones are relatively easy to work, for example by machining. Another advantage of polyether ketones is their inherent flame retardancy and very little smoke in case of fire. Furthermore, polyether ketones have excellent wear resistance and good sliding properties. Caking of the spray particles is thus prevented in a reliable manner.
Alternativ oder ergänzend zu Polyetherketon kann der hitzebeständige Kunststoff auch im Wesentlichen aus Polyimid (PI) sein; zentrale Eigenschaften von Polyimid, das beispielsweise von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen Vespel vertrieben wird, sind
- eine hohe mechanische Festigkeit, Härte, Steifigkeit und Zähigkeit,
- ein hohes mechanisches Dämpfungsvermögen,
- eine gute Ermüdungsfestigkeit,
- eine sehr hohe Verschleißfestigkeit,
- gute Gleit- und Notlaufeigenschaften,
- eine gute Bearbeitbarkeit, insbesondere mittels Spanen, sowie
- eine gute Temperaturbeständigkeit.
- high mechanical strength, hardness, rigidity and toughness,
- a high mechanical damping capacity,
- a good fatigue resistance,
- a very high wear resistance,
- good sliding and emergency running properties,
- a good machinability, especially by means of cutting, as well
- a good temperature resistance.
Polyimid kann in einem Temperaturbereich zwischen dem absoluten Nullpunkt und kurzfristig bis weit über etwa 400 Grad Celsius eingesetzt werden. Hierbei ist die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Polyimid sehr gering. Ferner hat Polyimid für einen Kunststoff einen verhältnismäßig geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine gute Dimensionsstabilität und ermöglicht demzufolge die Herstellung von Bauteilen mit engen Toleranzen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Eigenschaften von Polyimid beispielsweise durch Beimengung von Graphit oder von Polytetrafluorethylen (PTFE) gezielt verändert werden können.Polyimide can be used in a temperature range between absolute zero and be used in the short term to well above 400 degrees Celsius. Here, the thermal and electrical conductivity of polyimide is very low. Further, polyimide has a relatively low coefficient of thermal expansion and a good dimensional stability for a plastic, and thus enables the production of components with close tolerances. Another advantage is the fact that the properties of polyimide, for example, by adding graphite or polytetrafluoroethylene (PTFE) can be selectively changed.
Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Kunststoffen kann der hitzebeständige Kunststoff der Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung ferner aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet sein.As an alternative or in addition to the aforementioned plastics, the heat-resistant plastic of the cold gas spraying nozzle according to the present invention can also be formed from polytetrafluoroethylene (PTFE).
Polytetrafluorethylen, umgangssprachlich auch unter dem Handelsnamen Teflon bekannt, ist besonders vorteilhaft, weil es einen sehr geringen Reibungskoeffizienten hat. Es existiert nahezu kein Material, das an Polytetrafluorethylen haften bleibt, denn die Oberflächenspannung von Polytetrafluorethylen ist extrem niedrig. Ein Anbacken von in den Gasstrahl injizierten Spritzpartikeln an der Innenwand der Kaltgasspritzdüse wird durch ein Auskleiden mit Polytetrafluorethylen in besonders zuverlässiger Weise verhindert. Ferner hat Polytetrafluorethylen eine sehr gute Bearbeitbarkeit.Polytetrafluoroethylene, colloquially also known under the trade name Teflon, is particularly advantageous because it has a very low coefficient of friction. There is almost no material adhering to polytetrafluoroethylene because the surface tension of polytetrafluoroethylene is extremely low. Caking of injected into the gas jet spray particles on the inner wall of the cold gas spray nozzle is prevented by a lining with polytetrafluoroethylene in a particularly reliable manner. Further, polytetrafluoroethylene has a very good workability.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Polytetrafluorethylen Calciumfluorid, insbesondere einen Anteilsbereich von etwa fünfzehn Gewichtsprozent Calciumfluorid bis etwa fünfzig Gewichtsprozent Calciumfluorid, beispielsweise einen Anteil von etwa 25 Gewichtsprozent Calciumfluorid oder von etwa vierzig Gewichtsprozent Calciumfluorid, auf.According to an advantageous embodiment of the present invention, the polytetrafluoroethylene has calcium fluoride, more particularly a content range of from about fifteen percent by weight calcium fluoride to about fifty percent by weight calcium fluoride, for example a content of about 25 percent by weight calcium fluoride or about forty percent by weight calcium fluoride.
Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Kunststoffen kann gemäß der vorliegenden Erfindung der hitzebeständige Kunststoff des Weiteren im Wesentlichen aus faserverstärktem, insbesondere aus glasfaserverstärktem und/oder aus kohlenfaserverstärktem und/oder aus kohlenstofffaserverstärktem, Kunststoff gebildet sein; dies bietet den Vorteil einer geringeren Verformbarkeit.As an alternative or in addition to the above-mentioned plastics, according to the present invention, the heat-resistant plastic may further be formed essentially of fiber-reinforced plastic, in particular of glass fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced plastic; this offers the advantage of less deformability.
Faser-Kunststoff-Verbunde weisen in der Regel hohe spezifische Festigkeiten und Steifigkeiten auf. Hierbei können die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden über eine Vielzahl von Parametern eingestellt werden. Ferner können neben der Faser-Matrix-Kombination zum Beispiel der Faserwinkel, der Faservolumenanteil und/oder die Schichtreihenfolge variiert und auf diese Weise eine besonders leichte Bearbeitbarkeit erreicht werden.Fiber-plastic composites generally have high specific strengths and stiffnesses. Here, the mechanical and thermal properties of fiber-plastic composites can be adjusted via a variety of parameters. Further, in addition to the fiber-matrix combination, for example, the fiber angle, the fiber volume ratio and / or the layer order can be varied and thus a particularly easy workability can be achieved.
Alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Kunststoffen kann gemäß der vorliegenden Erfindung der hitzebeständige Kunststoff schließlich im Wesentlichen aus MICA gebildet sein.As an alternative or in addition to the aforementioned plastics, according to the present invention, the heat-resistant plastic may finally be formed essentially of MICA.
Um ein Verwirbeln des Gases und der Spritzpartikel zu vermeiden (derartige Verwirbelungen sind nachteilig, denn hierdurch wird die Geschwindigkeit des Gases bzw. der Spritzpartikel und somit die Auftragsenergie der Spritzpartikel verringert), kann in vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der geringste Durchmesser des konvergierenden Abschnitts vom geringsten Durchmesser des nicht-konvergierenden Abschnitts differieren, insbesondere der geringste Durchmesser des konvergierenden Abschnitts kleiner als der geringste Durchmesser des nicht-konvergierenden Abschnitts sein.In order to avoid swirling of the gas and the spray particles (such turbulence is disadvantageous, because this the speed of the gas or the spray particles and thus the application energy of the spray particles is reduced), can in an advantageous embodiment of the present invention, the smallest diameter of the convergent section of smallest diameter of the non-converging portion, in particular, the smallest diameter of the converging portion is smaller than the smallest diameter of the non-converging portion.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann der Durchmesser des dem konvergierenden Abschnitt zugewandten Teils des Verbindungselements vom Durchmesser des dem Verbindungselement zugewandten Teils des konvergierenden Abschnitts differieren, insbesondere der Durchmesser des dem konvergierenden Abschnitt zugewandten Teils des Verbindungselements größer als der Durchmesser des dem Verbindungselement zugewandten Teils des konvergierenden Abschnitts sein.Alternatively or additionally, the diameter of the part of the connecting element facing the convergent section may differ from the diameter of the part of the convergent section facing the connecting element, in particular the diameter of the part of the connecting element facing the convergent section greater than the diameter of the part of the convergent section facing the connecting element be.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann der Durchmesser des dem nicht-konvergierenden Abschnitt zugewandten Teils des Verbindungselements vom Durchmesser des dem Verbindungselement zugewandten Teils des nicht-konvergierenden Abschnitts differieren, insbesondere der Durchmesser des dem nicht-konvergierenden Abschnitt zugewandten Teils des Verbindungselements kleiner als der Durchmesser des dem Verbindungselement zugewandten Teils des nicht-konvergierenden Abschnitts sein.Alternatively or additionally, the diameter of the part of the connecting element facing the non-converging section may differ from the diameter of the part of the non-converging section facing the connecting element, in particular the diameter of the part of the connecting element facing the non-converging section is smaller than the diameter of the connecting element Be connecting member facing part of the non-converging section.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Kaltgasspritzpistole mit mindestens einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorstehend dargelegten Art.The present invention further relates to a cold gas spray gun with at least one cold gas spray nozzle according to the type set forth above.
Wie bereits vorstehend dargelegt, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Anderem anhand der durch
Es zeigt:
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2
- in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 3
- in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 4A
- in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 4B
- in schematischer Darstellung ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 4C
- in schematischer Darstellung eine Detailansicht der Kaltgasspritzdüse aus
Fig. 4A bzw. ausFig. 4B .
- Fig. 1
- a schematic representation of a first embodiment of a cold gas spray nozzle according to the present invention;
- Fig. 2
- a schematic representation of a second embodiment of a cold gas spraying nozzle according to the present invention;
- Fig. 3
- a schematic representation of a third embodiment of a cold gas spraying nozzle according to the present invention;
- Fig. 4A
- a schematic representation of a fourth embodiment of a cold gas spraying nozzle according to the present invention;
- Fig. 4B
- a schematic representation of a fifth embodiment of a cold gas spraying nozzle according to the present invention; and
- Fig. 4C
- in a schematic representation of a detailed view of the cold gas spray nozzle
Fig. 4A or offFig. 4B ,
Gleiche oder ähnliche Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in
Zur Vermeidung überflüssiger Wiederholungen beziehen sich die nachfolgenden Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung (soweit nicht anderweitig angegeben)
- sowohl auf das in
Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse 100 gemäß der vorliegenden Erfindung - als auch auf das in
Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse 100' gemäß der vorliegenden Erfindung - als auch auf das in
Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse 100" gemäß der vorliegenden Erfindung - als auch auf das in
Fig. 4A und inFig. 4C dargestellte vierte Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse 100"' gemäß der vorliegenden Erfindung - als auch auf das in
Fig. 4B und inFig. 4C dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel einer Kaltgasspritzdüse 100"" gemäß der vorliegenden Erfindung.
- both on the in
Fig. 1 illustrated first embodiment of a coldgas spray nozzle 100 according to the present invention - as well as on in
Fig. 2 illustrated second embodiment of a cold gas spray nozzle 100 'according to the present invention - as well as on in
Fig. 3 illustrated third embodiment of a coldgas spray nozzle 100 "according to the present invention - as well as on in
Fig. 4A and inFig. 4C illustrated fourth embodiment of a coldgas spray nozzle 100 "'according to the present invention - as well as on in
Fig. 4B and inFig. 4C illustrated fifth embodiment of a coldgas spray nozzle 100 "" according to the present invention.
Im anhand
Um ein Verstopfen der Düse 100 mit Spritzpartikeln, insbesondere beim Einsatz von niedrig schmelzendem Material, beispielsweise von Aluminium, zu verhindern, ist die Kaltgasspritzdüse 100 im Bereich 10 des geringsten Durchmessers aus hitzebeständigem Kunststoff gebildet.In order to prevent clogging of the
Es ist also möglich, dass sich der konvergierende Abschnitt 20, der nicht-konvergierende Abschnitt 30 und/oder mindestens ein Verbindungselement 40 im Material unterscheiden.It is thus possible for the
Beispielsweise kann, wie in
- der konvergierende Abschnitt 20 überwiegend aus Metall und/oder überwiegend aus mindestens einer Metalllegierung und/oder überwiegend aus mindestens einem Hartstoff, beispielsweise aus Wolframcarbid, und
- der nicht-
konvergierende Abschnitt 30 und/oder das Verbindungselement 40 überwiegend aus dem hitzebeständigen Kunststoff
- the
convergent section 20 predominantly of metal and / or predominantly of at least one metal alloy and / or predominantly of at least one hard material, for example of tungsten carbide, and - the
non-converging portion 30 and / or the connectingmember 40 mainly made of the heat-resistant plastic
Bei einer derartigen Teilfertigung der erfindungsgemäßen Düse aus entsprechendem hitzebeständigem Kunststoff beginnt der aus Kunststoff gefertigte Teil vorteilhafterweise im Bereich 10 des dünnsten Querschnitts der Düse, so dass der Bereich, in dem das Gas expandiert, aus Kunststoff ist.In such a partial production of the nozzle according to the invention from appropriate heat-resistant plastic, the part made of plastic advantageously begins in the
Bei einer geteilt gefertigten Ausführungsform der Kaltgasspritzdüse 100' bzw. 100"" (vgl.
Die Temperatur des in die Kaltgasspritzdüse 100' bzw. 100"" eingespeisten Gases kann beliebig hoch gewählt werden, weil am engsten Querschnitt 10 der Düse 100' bzw. 100"", also am Expansionsort, das Gas schlagartig kalt wird. Selbst wenn die Kaltgasspritzdüse mit 600 Grad Celsius heißem Gas gespeist wird, beträgt die Gastemperatur an der Stelle, an der der hitzebeständige Kunststoff beginnt, weniger als 300 Grad Celsius.The temperature of the gas fed into the cold
Da die Gasgeschwindigkeit innerhalb der Kaltgasspritzdüse von der Temperatur des in die Kaltgasspritzdüse eingespeisten Gases abhängt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kaltgasspritzdüse 100' bzw. 100"" mit Gas gespeist werden kann, das eine Temperatur von über 310 Grad Celsius, insbesondere von über 600 Grad Celsius, beispielsweise von über etwa 1.500 Grad Celsius, aufweist. Auf diese Weise können höhere Gasgeschwindigkeiten und damit auch höhere Partikelgeschwindigkeiten erreicht werden, was wiederum zu mehr Effizienz und besseren Schichten führt.Since the gas velocity within the cold gas spraying nozzle depends on the temperature of the gas fed into the cold gas spraying nozzle, it is particularly advantageous if the cold
Wie beim vierten Ausführungsbeispiel der Kaltgasspritzdüse 100"' in
Der hitzebeständige Kunststoff besteht im Wesentlichen
- aus mindestens einem Kunststoff aus der Gruppe der Polyetherketone (PEK) und/oder
- aus Polyimid (PI) und/oder
- aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder
- aus faserverstärktem Kunststoff und/oder
- aus MICA.
- from at least one plastic from the group of polyether ketones (PEK) and / or
- of polyimide (PI) and / or
- made of polytetrafluoroethylene (PTFE) and / or
- made of fiber-reinforced plastic and / or
- from MICA.
Wie in
Der nicht-konvergierende Abschnitt 30 kann aber auch, wie etwa im dritten Ausführungsbeispiel der Kaltgasspritzdüse 100", hohlzylinderförmig oder im Wesentlichen hohlzylinderförmig sein.However,
Besonders vorteilhafterweise ist der konvergente Abschnitt 20 mit dem nichtkonvergenten Abschnitt 30 im Bereich 10 des geringsten Durchmessers lösbar verbunden. Dies ist in
Hierbei kann der konvergierende Abschnitt 20 mit dem nicht-konvergierenden Abschnitt 30
- unmittelbar (vgl.
Fig. 1, Fig. 2 ,Fig. 4A, Fig. 4B ,Fig. 4C ) oder - mittelbar (vgl.
Fig. 3 ) über das zum Beispiel als Überbrückungsteil oder als Übergangsstück
- directly (cf.
Fig. 1, Fig. 2 .Fig. 4A, Fig. 4B .Fig. 4C ) or - indirectly (cf.
Fig. 3 ) about that, for example, as a bridging part or as a transition piece
Gemäß einer besonders vorteilhaften, anhand
Insbesondere ist der geringste Durchmesser des konvergierenden Abschnitts 20 oder des dem konvergierenden Abschnitt 20 zugewandten Teils 42 des Verbindungselements 40 kleiner als der geringste Durchmesser des nicht-konvergierenden Abschnitts 30 oder des dem nicht-konvergierenden Abschnitt 30 zugewandten Teils 44 des Verbindungselements 40.In particular, the smallest diameter of the converging
Dieser leichte Versatz des konvergierenden Abschnitts 20 und des nicht-konvergierenden Abschnitts 30 dient dazu, ein Verwirbeln des Gases und der Spritzpartikel zu vermeiden. Derartige Verwirbelungen sind nachteilhaft, denn hierdurch wird die Geschwindigkeit des Gases bzw. der Spritzpartikel und somit die Auftragsenergie der Spritzpartikel verringert. Mittels der erfindungsgemäß ausgewählten hitzebeständigen Kunststoffe ist eine Düse mit einem derartigen Versatz besonders leicht herstellbar, wobei diese Düse zudem auch sehr dauerhaft ist.This slight misalignment of the converging
- 100100
-
Kaltgasspritzdüse (= erstes Ausführungsbeispiel; vgl.
Fig. 1 )Cold gas spraying nozzle (= first embodiment;Fig. 1 ) - 100'100 '
-
Kaltgasspritzdüse (= zweites Ausführungsbeispiel; vgl.
Fig. 2 )Cold gas injection nozzle (= second embodiment;Fig. 2 ) - 100"100 '
-
Kaltgasspritzdüse (= drittes Ausführungsbeispiel; vgl.
Fig. 3 )Cold gas injection nozzle (= third embodiment;Fig. 3 ) - 100"'100 ' "
-
Kaltgasspritzdüse (= viertes Ausführungsbeispiel; vgl.
Fig. 4A ,Fig. 4C )Cold gas spraying nozzle (= fourth embodiment;Fig. 4A .Fig. 4C ) - 100""100 ""
-
Kaltgasspritzdüse (= fünftes Ausführungsbeispiel; vgl.
Fig. 4B ,Fig. 4C )Cold gas spraying nozzle (= fifth embodiment;Fig. 4B .Fig. 4C ) - 1010
-
Bereich des geringsten Durchmessers der Kaltgasspritzdüse 100, 100', 100", 100"', 100""Lowest Diameter Range of
100, 100 ', 100 ", 100"', 100 ""Cold Spray Nozzle - 2020
-
in Strömungsrichtung S konvergierender oder konvergenter Abschnitt der Kaltgasspritzdüse 100, 100', 100", 100"', 100""in the flow direction S converging or convergent section of the cold
100, 100 ', 100 ", 100"', 100 ""gas spray nozzle - 2222
-
dem Verbindungselement 40 zugewandter Teil des konvergierenden Abschnitts 20the connecting
element 40 facing part of the converging portion 20th - 3030
-
nicht-konvergierender oder nicht-konvergenter, insbesondere hohlzylinderförmiger oder in Strömungsrichtung S divergierender, Abschnitt der Kaltgasspritzdüse 100, 100', 100", 100"', 100""Non-converging or non-convergent, in particular hollow-cylindrical or diverging in the flow direction S, section of the cold
100, 100 ', 100 ", 100"', 100 ""gas spraying nozzle - 3232
-
dem Verbindungselement 40 oder dem konvergierenden Abschnitt 20 zugewandter Teil des nicht-konvergierenden Abschnitts 30The connecting
element 40 or the convergingportion 20 facing part of the non-converging portion 30th - 4040
- Verbindungselement, insbesondere Überbrückungsteil oder ÜbergangsstückConnecting element, in particular bridging part or transition piece
- 4242
-
dem konvergierenden Abschnitt 20 zugewandter Teil des Verbindungselements 40the converging
portion 20 facing part of the connecting element 40th - 4444
-
dem nicht-konvergierenden Abschnitt 30 zugewandter Teil des Verbindungselements 40the
non-converging portion 30 facing part of the connecting element 40th - 5050
-
Gaskammer der Kaltgasspritzdüse 100, 100', 100", 100"', 100""Gas chamber of the cold
100, 100 ', 100 ", 100"', 100 ""gas spraying nozzle - 210210
- Blendecover
- 220220
- Pulverrohrpowder tube
- SS
- Strömungsrichtungflow direction
Claims (13)
aus mindestens einem hitzebeständigen Kunststoff gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der hitzebeständige Kunststoff im Wesentlichen
is formed of at least one heat-resistant plastic,
characterized,
that the heat-resistant plastic is essentially
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-
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