WO2010139303A1 - Düsenhalterung - Google Patents
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- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
Definitions
- the invention relates to a nozzle holder, in particular for fastening a spray nozzle of a thermal spray system, according to the preamble of patent claim 1.
- Thermal spray processes such as flame spraying, high-speed flame spraying, arc spraying or plasma spraying have been known for years. Recently, a method, the so-called cold gas spraying method, has been developed in which the layer particles are not melted. The layer particles are accelerated in a carrier gas jet to supersonic and heated only so strong that they are deformed accordingly upon impact on a body to be coated. As the carrier gas nitrogen is often used, whose temperature is far below the melting point of the layer particles. Advantages of cold gas spraying are a lack of oxidation of the coating material and layer thicknesses in the centimeter range due to the lower temperature.
- Laval nozzle To accelerate the carrier gas, a Laval nozzle is usually used.
- Known nozzle materials are hard metal alloys such as tungsten carbide with cobalt (WC / Co). These alloys are extremely brittle, which in daily use requires very careful handling of the nozzle to avoid scratches or similar damage.
- Correspondingly critical is the connection of the nozzle to a housing portion of a cold gas spraying system, in which additional stresses are introduced into the nozzle by different thermal expansions and, for example, internal pressure loads of about 42 bar.
- Such attachment is shown for example in German Patent Application DE 101 26 100 Al.
- Comparable connections via an outer peripheral annular flange are shown in European patent EP 1 482 566 B1 and in European patent application EP 1 629 899 A1.
- This type of connection has the disadvantage that the annular flange has relatively small, annular clamping surfaces, so that the thermal and mechanical loads occur very concentrated in the nozzle or be introduced into this, which means a high stress on the nozzle in the transition region flange nozzle body and cracks growth in this area calls.
- the object of the invention is to provide a nozzle holder, in particular for securing a spray nozzle of a thermal spray system, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows a low-tension clamping of the nozzle.
- a nozzle holder according to the invention for tying a nozzle to a housing, in particular for fastening a spray nozzle of a thermal spray system has a holding element with a through bore for receiving a body portion of the nozzle. According to the invention, the body portion is circumferentially clamped in the holding element.
- the circumferential clamping of the nozzle according to the invention has the advantage that a necessary holding or pressing force for clamping the nozzle is distributed over a relatively large area and stress peaks in the clamping region of the nozzle are avoided. Likewise, loads that occur during operation in the nozzle, large area in the housing forwarded. The nozzle is thus secured low voltage to the housing.
- the body portion is disposed in the throughbore in which the highest internal pressure prevails within the nozzle.
- the body portion is additionally stabilized, so that it is quasi executable with a reduced wall thickness. Another advantage is that cracking in this body portion is inhibited and crack growth is stopped even in the unlikely event of cracking.
- the through-hole is formed so that the body portion automatically centers in it.
- the self-centering can be achieved, for example, by making the through-hole and the body portion conical.
- a clamping element may be provided which can be brought into abutment with an end face of the nozzle.
- the nozzle is acted upon by an axial force and the body portion is pressed or pulled quasi into the through hole.
- the retaining element is advantageously fixed in position in the housing at the same time. This reduces the number of components required for assembly and simplifies assembly.
- the tension member is a threaded member having an external thread that is engageable with a housing-side êtgwinde.
- the retaining element has a radial downgrading for receiving a nozzle flange.
- the downgrading is such that when the clamping member is fixed, the nozzle flange is spaced from wall surfaces of the downgrading. This prevents that the nozzle is clamped over its nozzle flange in the holding element.
- a sleeve is disposed between the body portion and the retaining element.
- the sleeve is preferably made of a softer material, such as copper, than the retaining element and the body portion and compensates for surface irregularities, whereby a uniform distribution between the initiation of the loads is favored.
- the sleeve can be provided with a porous coating such as a nickel-based alloy, on the one hand further favors the removal of surface irregularities and on the other facilitates disassembly of the nozzle from the holding element.
- a porous coating such as a nickel-based alloy
- FIGURE 1 shows a cross section through a nozzle holder according to the invention of a nozzle inserted into a housing.
- FIG. 1 shows a cross section through a nozzle holder 2 according to the invention of a nozzle 4 in a housing 6, for example a cold gas spraying nozzle in a cold gas spraying system.
- the nozzle 4 is made of tungsten carbide with cobalt and is designed as a Laval nozzle with a conical body portion 8 and a cylindrical body portion 10.
- the nozzle 4 has a cylindrical inner circumference 14, which tapers radially in the direction of a nozzle neck 16 and then expands radially in the direction of a nozzle outlet 18 again.
- the nozzle 4 has a flange 20 arranged on the outer peripheral side, which forms a radial end face 22 facing away from the nozzle outlet 18 with the nozzle 4. With its tapered body portion 8 radially tapering away from the flange 20, the nozzle 4 is inserted in a correspondingly conical through-bore 24 of an annular retaining element 26.
- the holding member 26 is inserted with a cylindrical portion 28 in an opening 30 of the housing 6 and is located with a positioned within the housing 6 collar 32 on a housing portion 34 at.
- the through-hole 24 has a radial downgrading 36 with a radial bottom surface 38 and a circumferential surface 40.
- the flange 20 is spaced from the bottom surface 38 and the peripheral surface 40 by an axial gap 42 and a circumferential gap 44, respectively.
- a sleeve 50 is arranged with a constant wall thickness.
- the sleeve 50 is also conical and is widened funnel-shaped at its radially tapered end portion 52 on the inner peripheral side.
- the sleeve 50 is made of a softer material, such as copper, as the body portion 8 of the nozzle 4 and as the holding member 26. It is at least circumferentially with a porous or soft coating, not shown, for example, a nickel-based alloy or a coating on a copper Nickel indium base (CuNiIn).
- the nozzle 4 is clamped in the retaining element 26 via a threaded element (not shown).
- the threaded element is displaceable in the direction of the nozzle longitudinal axis 54 and is in operative engagement with an internal thread 56 of the housing 6.
- the clamping element runs on the end face 22 of the nozzle 4 and moves it in the direction of the longitudinal axis of the nozzle 54 in the through hole 24. Due to the conical design of the conical body portion 8 against the sleeve 50 and this against the réelleum- receiving surface 46 of the through hole 24 is pressed , This causes the holding member 26 is taken and a displacement in the direction of the nozzle longitudinal axis 54 performs until its collar 32 is in abutment with the housing portion 34. Now, the nozzle 4 is clamped in the holding member 26 and the holding member 26 is fixed in position in the housing 6. At the same time, the conical body portion 8 is centered in the through hole 24 automatically.
- the nozzle 4 on the nozzle holder 2 circumferentially and thereby tensioned clamped in the holding member 26, so the loads by mechanical loads such as holding or clamping forces, thermal expansions or internal pressure loads over a large area over the circumference of the conical body portion 8 distributed and spikes substantially are eliminated.
- a nozzle holder (2) for connecting a nozzle (4) to a housing (6), in particular for fastening a spray nozzle of a thermal spray system, with a holding element (26) in which a through hole (24) for receiving a body portion (8 ) of the nozzle (4) is formed, wherein the body portion (8) is peripherally clamped in the holding element (26).
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Abstract
Offenbart ist eine Düsenhalterung (2) zum Anbinden einer Düse (4) an ein Gehäuse (6), insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, mit einem Halteelement (26), in dem eine Durchgangsbohrung (24) zur Aufnahme eines Körperabschnitts (8) der Düse (4) ausgebildet ist, wobei der Körperabschnitt (8) umfangsseitig in dem Haltelement (26) eingespannt ist.
Description
Beschreibung
Dfisenhalterung
Die Erfindung betrifft eine Düsenhalterung, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Thermische Spritzverfahren wie Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen, Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen sind seit Jahren bekannt. In jüngster Zeit wurde ein Verfahren, das sogenannte Kaltgasspritzverfahren, entwickelt, bei dem die Schichtpartikel nicht aufgeschmolzen werden. Die Schichtpartikel werden in einem Träger- gastrahl auf Überschall beschleunigt und nur so stark aufgeheizt, dass sie beim Aufprall auf einem zu beschichtenden Körper entsprechend verformt werden. Als Trägergas wird häufig Stickstoff verwendet, dessen Temperatur weit unter dem Schmelzpunkt der Schichtpartikel liegt. Vorteile des Kaltgasspritzens sind aufgrund der geringeren Temperatur eine fehlende Oxidation des Schichtwerkstoffes und Schichtdicken im Zentimeterbereich.
Zur Beschleunigung des Trägergases wird meistens eine Laval'sche Düse verwendet. Bekannte Düsenmaterialien sind Hartmetalllegierungen wie zum Beispiel Wolframkarbid mit Cobalt (WC/Co). Diese Legierungen sind höchst spröde, was im täglichen Gebrauch eine sehr vorsichtige Handhabung der Düse zur Vermeidung von Kratzern oder ähnlichen Beschädigungen notwendig macht. Entsprechend kritisch ist die Anbindung der Düse an einen Gehäuseabschnitt einer Kaltgasspritzanlage, wobei hier durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen und durch zum Beispiel Innendruckbelastungen von etwa 42bar zusätzlich Spannungen in die Düse eingeleitet werden.
Eine übliche Anbindung der Düse an einem Gehäuseabschnitt einer Kaltgasspritzanlage erfolgt über ein axiales Einspannen eines Düsenflansches zwischen dem Gehäuseabschnitt und einer Mutter. Eine derartige Befestigung ist zum Beispiel in der deutschen Patentanmeldung DE 101 26 100 Al gezeigt. Vergleichbare Anbindungen über einen außenumfangsseiti- gen Ringflansch sind in dem europäischen Patent EP 1 482 566 Bl und in der europäischen Patentanmeldung EP 1 629 899 Al dargstellt. Diese Art der Anbindung hat den Nachteil, dass der Ringflansch verhältnismäßig kleine, ringartige Einspannflächen hat, so dass die thermi-
sehen und mechanischen Belastungen sehr konzentriert in der Düse auftreten bzw. in diese eingeleitet werden, was eine hohe Beanspruchung der Düse im Übergangsbereich Flansch- Düsenkörper bedeutet und Risswachstum in diesem Bereich fordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düsenhalterung, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine spannungsarme Einspannung der Düse ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Düsenhalterung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine erfindungsgemäße Düsenhalterung zum Anbinden einer Düse an ein Gehäuse, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, hat ein Halteelement mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Körperabschnitts der Düse. Erfindungsgemäß ist der Körperabschnitt umfangsseitig in dem Haltelement eingespannt.
Das erfindungsgemäße umfangsseitige Einspannen der Düse hat den Vorteil, dass eine notwendige Halte- bzw. Anpresskraft zum Einspannen der Düse auf eine verhältnismäßig große Fläche verteilt wird und Spannungsspitzen im Einspannbereich der Düse werden vermieden. Ebenso werden Belastungen, die beim Betrieb in der Düse auftreten, großflächig in das Gehäuse weitergeleitet. Die Düse ist somit spannungsarm an dem Gehäuse befestigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Körperabschnitt in der Durchgangsbohrung angeordnet, in dem der höchste Innendruck innerhalb der Düse herrscht. Hierdurch wird der Körperabschnitt zusätzlich stabilisiert, so dass er quasi mit einer verringerten Wandstärke ausführbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Rissbildungen in diesem Körperabschnitt unterbunden werden und selbst in dem unwahrscheinlichen Fall einer Rissbildung ein Risswachstum gestoppt wird.
Bevorzugterweise ist die Durchgangsbohrung so ausgebildet, dass sich der Körperabschnitt in ihr selbsttätig zentriert. Dies vereinfacht die Montage und ermöglicht ein gleichmäßiges Verteilen der Haltekräfte bzw. Belastungen über den Körperabschnitt. Die Selbstzentrierung kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass die Durchgangsbohrung und der Körperabschnitt konisch ausgebildet sind.
Zum Einspannen des Körperabschnitts in der Durchgangsbohrung kann ein Spannelement vorgesehen sein, das in Anlage mit einer Stirnfläche der Düse bringbar ist. Hierdurch wird die Düse mit einer Axialkraft beaufschlagt und der Körperabschnitt quasi in die Durchgangsbohrung gedrückt bzw. gezogen. Vorteilhafterweise wird bei Beaufschlagung der Düse mit der Axialkraft gleichzeitig das Halteelement in dem Gehäuse lagefixiert. Dies reduziert die Anzahl der für die Montage notwendigen Komponenten und vereinfacht die Montage. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Spannelement ein Gewindeelement mit einem Außengewinde, das mit einem gehäuseseitigen Innengwinde in Eingriff bringbar ist.
Bevorzugterweise hat das Halteelement eine radiale Zurückstufung zur Aufnahme eines Düsenflansches. Dies ermöglicht die Verwendung handelsüblicher Düsen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Zurückstufung derart ausgebildet, dass bei festgesetztem Spannelement der Düsenflansch von Wandungsflächen der Zurückstufung beabstandet ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Düse über ihren Düsenflansch in dem Halteelement eingespannt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Körperabschnitt und dem Halteelement eine Hülse angeordnet. Die Hülse besteht vorzugsweise aus einem weicheren Material, beispielsweise Kupfer, als das Halteelement und der Körperabschnitt und gleicht Oberflächenunebenheiten aus, wodurch eine gleichmäßige Verteilung zw. Einleitung der Belastungen begünstigt wird. Weiterhin kann die Hülse mit einer porösen Beschichtung wie zum Beispiel einer Nickel-Basislegierung versehen sein, die zum einen die Beseitigung von Oberflächenunebenheiten weiter begünstigt und zum anderen eine Demontage der Düse aus dem Halteelement erleichtert. Zur weiteren Kraftharmonisierung und Vermeidung von Spannungsspitzen kann ein Endabschnitt der Hülse trichterförmig erweitert sein.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenhalterung einer in ein Gehäuse eingesetzten Düse.
In der Figur tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenhalterung 2 einer Düse 4 in einem Gehäuse 6, beispielsweise eine Kaltgasspritzdüse in einer Kaltgasspritzanlage.
Die Düse 4 besteht aus Wolframkarbid mit Cobalt und ist als eine Laval'sche Düse mit einem konischen Körperabschnitt 8 und einem zylindrischen Körperabschnitt 10 ausgeführt. Im Bereich eines Düseneintritts 12 weist die Düse 4 einen zylindrischen Innenumfang 14 auf, der sich in Richtung eines Düsenhalses 16 radial verjüngt und dann in Richtung eines Düsenaustritts 18 wieder radial erweitert. Im Bereich des Düseneintritts 12 weist die Düse 4 einen außenumfangseitig angeordneten Flansch 20 auf, der mit der Düse 4 eine von dem Düsenaustritt 18 abgewandte radiale Stirnfläche 22 bildet. Mit ihrem sich von dem Flansch 20 weg radial verjüngenden konischen Körperabschnitt 8 ist die Düse 4 in einer entsprechend konischen Durchgangsbohrung 24 eines ringartigen Haltelements 26 eingesetzt.
Das Halteelement 26 ist mit einem zylindrischen Abschnitt 28 in einen Durchbruch 30 des Gehäuses 6 eingesetzt und liegt mit einem innerhalb des Gehäuses 6 positionierten Kragen 32 flächig an einem Gehäuseabschnitt 34 an. Zur Aufnahme des Flansches 20 weist die Durchgangsbohrung 24 eine radiale Zurückstufung 36 mit einer radialen Bodenfläche 38 und einer Umfangsfläche 40 auf. Im dargestellten eingespannten Zustand der Düse 4 ist der Flansch 20 von der Bodenfläche 38 und der Umfangsfläche 40 über einen Axialspalt 42 bzw. einen Umfangsspalt 44 beabstandet.
Zwischen einer Innenumfangsfläche 46 der Durchgangsbohrung 24 und einer Außen- umfangsfläche 48 des konischen Körperabschnitts 8 der Düse 4 ist eine Hülse 50 mit konstanter Wandstärke angeordnet. Die Hülse 50 ist ebenfalls konisch ausgebildet und ist an ihrem radial verjüngten Endabschnitt 52 innenumfangsseitig trichterförmig erweitert. Die Hülse 50 besteht aus einem weicheren Material, beispielsweise Kupfer, als der Körperabschnitt 8 der Düse 4 und als das Halteelement 26. Sie ist zumindest umfangsseitig mit einer nicht gezeigten porösen bzw. weichen Beschichtung, beispielsweise einer Nickel-Basislegierung oder einem Belag auf einer Kupfer-Nickel-Indium-Basis (CuNiIn), versehen.
Die Düse 4 ist über ein nicht dargestelltes Gewindeelement in dem Halteelement 26 eingespannt. Das Gewindeelement ist in Richtung der Düsenlängsachse 54 verschiebbar und
steht im Wirkeingriff mit einem Innengewinde 56 des Gehäuses 6. Beim Einspannen der Düse
4 läuft das Spannelement auf die Stirnfläche 22 der Düse 4 auf und verschiebt diese in Richtung der Düsenlängsachse 54 in die Durchgangsbohrung 24. Aufgrund der konischen Ausbildung wird der konische Körperabschnitt 8 gegen die Hülse 50 und diese gegen die Innenum- fangsfläche 46 der Durchgangsbohrung 24 gedrückt. Dies bewirkt, dass das Haltelement 26 mitgenommen wird und eine Verschiebung in Richtung der Düsenlängsachse 54 ausführt bis sich sein Kragen 32 in Anlage mit dem Gehäuseabschnitt 34 befindet. Nun ist die Düse 4 in dem Halteelement 26 eingespannt und das Halteelement 26 in dem Gehäuse 6 lagefixiert. Gleichzeitig zentriert sich der konische Körperabschnitt 8 in der Durchgangsbohrung 24 selbsttätig. Somit ist die Düse 4 über die erfindungsgemäße Düsenhalterung 2 umfangsseitig und dadurch spannungsarm in dem Halteelement 26 eingespannt, so das Belastungen durch mechanische Belastungen wie Halte- bzw. Einspannkräfte, thermische Ausdehnungen oder Innendruckbelastungen großflächig über den Umfang des konischen Körperabschnitts 8 verteilt und Spannungsspitzen im Wesentlichen eliminiert sind.
Offenbart ist eine Düsenhalterung (2) zum Anbinden einer Düse (4) an ein Gehäuse (6), insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, mit einem Halteelement (26), in dem eine Durchgangsbohrung (24) zur Aufnahme eines Körperabschnitts (8) der Düse (4) ausgebildet ist, wobei der Körperabschnitt (8) umfangsseitig in dem Haltelement (26) eingespannt ist.
Claims
1. Düsenhalterung (2) zum Anbinden einer Düse (4) an ein Gehäuse (6), insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, mit einem Halteelement (26), in dem eine Durchgangsbohrung (24) zur Aufnahme eines Körperabschnitts (8) der Düse (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperabschnitt (8) umfangsseitig in dem Haltelement (26) eingespannt ist.
2. Düsenhalterung nach Anspruch 1, wobei der Körperabschnitt (8) in der Durchgangsbohrung (24) angeordnet ist, in dem der höchste Innendruck innerhalb der Düse (4) herrscht.
3. Düsenhalterung nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Körperabschnitt (8) in der Durchgangsbohrung (24) selbsttätig zentriert.
4. Düsenhalterung nach Anspruch 3, wobei die Durchgangsbohrung (24) und der Körperabschnitt (8) konisch ausgebildet sind.
5. Düsenhalterung nach einem der Ansprüche, wobei zum Einspannen des Körperabschnitts (8) in der Durchgangsbohrung (24) ein Spannelement vorgesehen ist, das in Anlage mit einer Stirnfläche (22) der Düse (4) bringbar ist.
6. Düsenhalterung nach Anspruch 5, wobei das Haltelement (26) mittels des Spannelements in dem Gehäuse (6) lagefixierbar ist.
7. Düsenhalterung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Spannelement ein Gewindeelement mit einem Außengewinde ist, das mit einem gehäuseseitigen Innengewinde (56) in Eingriff bringbar ist.
8. Düsenhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (26) eine radiale Zurückstufung (36) zur Aufnahme eines Flansches (20) der Düse (4) hat.
9. Düsenhalterung nach Anspruch 8, wobei im eingespannten Zustand der Flansch (20) von Wandungsflächen (38, 40) des Halteelements (26) beabstandet ist.
10. Düsenhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Halteelement (26) und dem Körperabschnitt (8) eine Hülse (50) angeordnet ist.
11. Düsenhalterung nach Anspruch 10, wobei die Hülse (50) aus einem weicheren Material als der Körperabschnitt (8) und als das Haltelement (26) besteht.
12. Düsenhalterung nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein Endabschnitt (52) der Hülse (50) trichterförmig erweitert ist.
13. Düsenhalterung nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei auf die Hülse (50) eine poröse Beschichtung, insbesondere eine Nickel-Basislegierung, aufgetragen ist.
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