DE3620201A1 - Vorrichtung zum thermischen spritzen von auftragsschweisswerkstoffen - Google Patents
Vorrichtung zum thermischen spritzen von auftragsschweisswerkstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen
Spritzen von Auftragsschweißwerkstoffen gemäß Oberbegriff
des Hauptanspruches.
Vorrichtungen der genannten Art sind für das thermische
Spritzen zum Auftragen von Pulvern nach der E-A-01 35 826
bekannt. Der weitere Stand der Technik wird durch die
E-A-8 12 01 061.9, die DAS 10 89 614 und durch die Zeit
schrift "Metall", Heft 3/83, Seite 238, Fig. 1b, reprä
sentiert. Bei der letztgenannten Vorrichtung wird Stick
stoff als Fördergas benutzt, wobei die Flamme (Brenngas =
Gemisch aus Methylacetylentropadien und Sauerstoff) in
den wassergekühlten Strahlbündelungsdüse gebildet wird.
Das Verfahren nach der E-A-8 12 01 061.9 setzt ein aufwen
diges Dosiersystem mit elektronischer Steuerung und Re
gelung voraus, d.h., die zugehörige genannte Anlage ist
sehr teuer und deren Anschaffung und Einsatz lohnt sich
nur für bestimmte Einsatzfälle, obgleich mit einer sol
chen Anlage Spritzqualitäten erreichbar sind, die einen
Vergleich mit dem beim Plasma- und Flammschockspritzen
erreichbaren Spritzqualitäten ohne weiteres aushalten,
d.h. sehr hochwertig sind. Da diese Anlagen nicht unter
Verwendung reinen Acetylens betrieben werden können und,
wie erwähnt, sehr teuer sind, verbietet sich deren Ver
wendung für gewissermaßen normale Spritzauftragsfälle,
d.h., für solche Fälle konnte man mit einfachen Mitteln,
die mit allen solchen Verfahren und einer solchen Strahl
bündelungsdüse (Pinchdüse) verbundenen Vorteile, nämlich
Vermeidung bzw. Reduktion von Spritzverlusten, bessere
Partikelaufschmelzung und höhere Partikelbeschleunigung
bisher nicht ausnutzen.
Bei der Vorrichtung nach der DAS 10 89 614 ist keine
Brennkammer vorhanden, sondern die Mündung des Trägergas-
Pulveraustrittskanals ist unmittelbar im Bereich der Ein
mündung in den Strahlbündelungskanal der Bündelungsdüse
angeordnet, wobei der erweiterte Raum um die Düse ledig
lich der Sauerstoffzufuhr dient, der durch einen Ring
spalt dem Trägergas-Pulverstrom zugemischt wird. Abgese
hen von der Rückzündgefahr in den Trägergas-Pulverzufuhr
kanal ist die Düse nicht verstellbar ausgebildet, so daß
sich hierbei keine Anpassungsmöglichkeiten an differente
Pulver ergeben. Außerdem muß die ganze Vorrichtung von
vorn her gezündet werden, was nicht ungefährlich ist.
Eine Verbesserung hierzu stellt die mit vergleichbar ge
ringen Spritzverlusten arbeitende Vorrichtung nach der
eingangs erwähnten E-A-01 35 826 bzw. nach der DOS 33 31 216
dar, die, nach dem sogen. Differenzdruckprinzip arbeitend,
einerseits hinsichtlich ihres apparativen Aufwandes nicht
bzw. nicht wesentlich mehr verlangt, als bisher für das
Flammspritzen erforderlich war und die andererseits bei
angepaßter Veränderbarkeit der Brennkammer die Verwen
dung aller brennbaren Gase, insbesondere aber auch Ace
tylen, erlaubt, und mit der insbesondere auch der Zünd-
bzw. Anfahrvorgang sicher beherrschbar ist, und zwar
durch Einhaltung einer bestimmten Schaltfolge und Ver
wendung einer entsprechenden Schaltung für die Betätigung
einer Zündelektrode. Wie sich gezeigt hat, reagieren die
vorbekannten Vorrichtungen relativ empfindlich bezüglich
unterschiedlicher Auftragspulver, d.h., schon von dieser
Seite her sind der universellen Verwendbarkeit derartiger
Geräte relativ enge Grenzen gesetzt, wobei es bspw. in
einem Fall zu einer einwandfreien Funktion kommt, wäh
rend es bei Wechsel auf ein anderes Pulver zu Anbackun
gen des Pulvers an bestimmten Stellen kommen kann. Dies
bezüglich ist mit der Vorrichtung nach der E-A-01 35 826
schon insoweit eine Verbesserung geschaffen, weil dort
die Möglichkeit unterschiedlicher Stellungen der Düse in
der Brennkammer gegeben ist. Insbesondere in Richtung auf
niedriger schmelzende Pulver sind aber auch noch bei die
ser Vorrichtung relativ enge Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu
verbessern, daß deren Anwendungs- und Einsatzbereich be
züglich unterschiedlicher Auftragspulver vergrößert
ist.
Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs ge
nannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen
des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vor
teilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unter
ansprüchen.
Wesentlich hierbei ist also, daß die Verstellbarkeit der
eigentlichen Brennerdüse innerhalb des Strahlbündelungs
rohres weiterhin gegeben ist, dies aber jetzt in Verbin
dung mit der Möglichkeit einer externen Zufuhr, insbeson
dere des Pulvers in das Bündelungsrohr, die bisher bei
derartigen "Pinchdüsen" noch nicht angewendet wurde und
zwar vermutlich deshalb nicht, weil man immer nur den
"Pincheffekt" im Auge hatte, ohne dabei zu erkennen, daß
eine derartige externe Zufuhr insbesondere von Pulver un
mittelbar in das Strahlbündelungsrohr eine wesentliche
Variationsvergrößerung hinsichtlich der Einstellbarkeit
der Vorrichtung auf unterschiedliche Pulver bedeutet.
Derartige vorbekannte Vorrichtungen, insbesondere die der
genannten Art, arbeiten nämlich grundsätzlich mit zentra
ler Pulverzufuhr, d.h., mit einem in der Düse zentrisch
angeordneten Auftragsschweißmaterialzufuhrkanal, wobei
also das Auftragsschweißmaterial in jedem Falle die Bren
nerflamme passieren muß. Da bei der erfindungsgemäßen Lö
sung die Verstellbarkeit der Brennerdüse ebenfalls ge
geben ist, die Auftragsschweißmaterialzufuhr aber nicht
mehr zwingend durch diese Düse erfolgen muß, die aber
auch bei der vorliegenden Vorrichtung genutzt werden
kann, sondern auch noch alternativ eine Pulverzufuhr von
außen in das Strahlbündelungsrohr ermöglicht ist, erge
ben sich die unterschiedlichsten Möglichkeiten hinsicht
lich der Einleitung des Auftragsschweißmaterials relativ
zur Brennerflamme und zwar in Abhängigkeit von der je
weils zu verarbeitenden Pulverart, so daß dadurch die
bisher gegebenen Grenzen der vorbekannten Vorrichtungen
für ein einwandfreies Arbeiten mit unterschiedlichen Pul
vern wesentlich erweitert sind. Will man also bspw. ein
niedriger schmelzendes Schweißauftragsmaterial verarbei
ten, das selbst bei diesbezüglich optimaler Einstellung
der Vorrichtung nach bspw. der DOS 33 31 216 immer noch
zu Anbackungen führte, so muß man im vorliegenden Fall
nicht mehr eine andere, speziell darauf abgestellte Vor
richtung benutzen, sondern kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung bspw. derart einstellen und betreiben, daß
die Brennerflamme möglichst weit von der Pulvereinleit
stelle entfernt ist, d.h., das Pulver würde extern durch
den mindestens einen Pulvereindüskanal in das Bündelungs
rohr eingebracht. Diese zusätzlichen Kanäle am Bündelungs
rohr können aber auch, falls dies das speziell zu verar
beitende Pulver verlangt, als Gaseinleitkanäle benutzt
werden, um bspw. im Bündelungsrohr eine zusätzliche
kühlende oder zusätzlich heizende Mantelströmung zu
bilden. Sofern an der jeweils eingesetzten Düse vorhan
den, kann auch der sonst zur zentralen Pulverzuförderung
bestimmte Kanal zur Zuleitung von Zusatzgasen herange
zogen werden, wenn die Pulverzufuhr durch die Eindüska
näle am Bündelungsrohr erfolgt.
In der einfachsten Ausführungsform besteht die Vorrich
tung letztlich nur aus einem kühlbaren Rohr mit mehreren,
auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Eindüskanälen, wo
bei am beschickungsseitigen Ende des Rohres in dieses
dicht passend der Düsenhalter mit der erforderlichen Düse
eingesetzt ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht
darin, daß betriebsmittelzufuhrseitig das Rohr mit min
destens einer Erweiterung versehen ist, in der dann axial
verstellbar der Düsenhalter mit der Düse sitzt. Je nach
Stellung der Düse innerhalb dieser Erweiterung bildet
dann diese eine mehr oder weniger große Brennkammer, wo
bei aber auch die Möglichkeit besteht, den Düsenhalter
mit der Düse so weit einzuschieben, daß die Düse den
Strahlbündelungskanal in bezug auf die Erweiterung voll
kommen abschließt, d.h., die Brennerflamme brennt unmit
telbar im Bündelungsrohr und im Bereich der Einmündungen
der Pulvereindüskanäle, wobei wiederum beide Möglichkei
ten offen sind, das Zusatzschweißmaterial entweder zent
risch durch die Düse selbst zuzuführen, sofern diese ei
nen zentrischen Zufuhrkanal hat und/oder den Auftrags
schweißwerkstoff durch die Eindüskanäle einzuleiten.
Ist eine elektrische Zündung per Zündelektrode vorgese
hen, so wird diese zweckmäßig im Bereich der Erweiterung
als rückziehbare Zündelektrode angeordnet, um den gan
zen Erweiterungsbereich für die Verstellbarkeit des Dü
senhalters freihalten zu können. In Rücksicht auf die
vorerwähnte Verschlußmöglichkeit der Brennkammer ist die
Brennerdüse mit einer an die Einmündungskontur des Rohres
angepaßten Kopfkontur versehen.
Abgesehen von einer möglichst einfachen und gefährdungs
freien Handhabung der Zündung des Gerätes besteht eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform darin, daß das Rohr
zweiteilig ausgebildet und das Vorderteil des Rohres ver
stellbar an die Düse bzw. den Düsenhalter enthaltenden
anderen Teil des Rohres angeordnet und die Trennebene
der beiden Rohrteile benachbart vor oder hinter dem min
destens einen Pulvereindüskanal quer, geneigt oder abge
stuft zur Längsachse des Rohres verlaufend, ausgebildet
ist. Da bei dieser Ausbildung das Vorderteil des Rohres
einfach abgeschwenkt werden und damit die Düse für eine
Zündung freigestellt werden kann, ist der Aufwand der
Anordnung einer rückziehbaren Elektrode entbehrlich und
der Verstellbereich der Brennerdüse wird davon nicht
mehr beeinträchtigt. Im unmittelbar vorliegenden Zusam
menhang hat diese Ausbildung aber auch noch den Vorteil,
daß man bspw. bei einem Probespritzvorgang die hinsicht
lich einer Anbackgefahr inneren Bereiche des Rohres nach
Aufschwenken unmittelbar in Augenschein nehmen und fest
stellen kann, ob die richtige Einstellung der Vorrich
tung gegeben ist. Außerdem ist damit eine einfache und
gute Reinigungsmöglichkeit für das Bündelungsrohr geschaf
fen.
Durch die einfache Maßgabe der Anordnung mindestens eines
Eindüskanales am Bündelungsrohr wird vorteilhaft insge
samt gesehen die Zahl der Einstellparameter an einer sol
chen Vorrichtung derart vergrößert, daß eine solche Vor
richtung praktisch für alle flammspritzbaren Pulver bei
entsprechender Einstellung benutzt werden kann, d.h., es
muß nicht für jede besondere Pulverart eine besonders
darauf abgestellte Vorrichtung vorgesehen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand
der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Es zeigt stark schematisiert
Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung in einfach
ster Ausführungsform;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung in an
derer Ausführungsform und
Fig. 3 in Seitenansicht die Vorrichtung mit einem zwei
geteilten Bündelungsrohr.
In allen Fig. 1 bis 3 ist auf eine Darstellung der kon
struktiven Gestaltung hinsichtlich der Kühlbarkeit des
Ganzen verzichtet, ebenso sind nicht dargestellt die
Elemente zur geregelten Zufuhr der Betriebsgase, die
sich in geeigneter Weise am nicht dargestellten Teil des
Düsenhalters 1′ befinden. Die Zufuhr für das aufzuspritzen
de Pulver kann in bekannter Weise u.a. auch durch einen
zentrischen Pulverzufuhrkanal (nicht dargestellt) des Dü
senhalters 1′ bzw. der Düse 1 erfolgen. Wie aus Fig. 1 er
sichtlich, besteht die Vorrichtung aus einem Strahlbünde
lungsrohr 3 mit betriebsmittelzufuhrseitig darin angeord
neter, axial verstellbarer Brennerdüse 1 bzw. Düsenhalter
1′ mit Düse 1. Ausgehend von einer solchen Vorrichtung ist
diese nun derart ausgebildet, daß unmittelbar vor dem Be
reich der Einschubextremalposition E der Brennerdüse 1 in
der Wandung 2 des Bündelungsrohres 3 vier zur Rohrlängs
achse 4 in Ausströmrichtung konvergierend geneigte Ein
düskanäle 5 mit Pulverzuleitungsanschlüssen 6 angeordnet
sind. Wie erwähnt, können die Eindüskanäle 5 auch als Zu
leitungskanäle für Zusatzgase, wie Luft, Brenngase, Inert
gase, aber sogar auch für flüssige Brennstoffe mit hohem
Heizwert benutzt werden, und es ist auch möglich, bei ei
ner ausreichend vorhandenen Anzahl von Kanälen 5 einen
Teil für die Pulverzufuhr und einen Teil für eine Zu
satzgaszufuhr zu benutzen. Durch die axiale Verstellbar
keit der Düse 1 mittels des Düsenhalters 1′ ist es ohne
weiteres möglich, die Brennerdüse 1 bedarfsangepaßt von
der Einschubextremalposition E bis zur anderen geringsten
Einschubposition E 1 in bezug auf die Kanäle 5 einzustel
len. Damit ergeben sich aber auch unterschiedliche Posi
tionierungen der Brennerflamme zu den Einmündungen der
Eindüskanäle 5.
Bevorzugt ist die Vorrichtung bzw. das Strahlbündelungs
rohr 3 im Sinne der Fig. 2 ausgebildet, in der auch Kam
mern für die Durchleitung eines Kühlmediums mit angedeu
tet sind. Hierbei ist das Rohr 3 betriebsmittelzufuhrsei
tig mit einer Erweiterung 7 versehen, vor der sich noch
eine zusätzliche Erweiterung 7′ befindet, in deren Be
reich auch eine rückziehbare Zündelektrode 8 angeordnet
ist. Wie ersichtlich, ist hierbei die Brennerdüse 1 mit
einer an die Einmündungskontur 9 des Rohres 3 angepaßten
Kopfkontur 10 versehen, so daß, wie dargestellt, der voll
eingeschobene Düsenhalter 1′ mit Düse 1 den Innenraum des
Rohres 3, der den Strahlbündelungskanal bildet, voll ver
schlossen ist. Für den Zündvorgang wird der Düsenhalter
1′ mit der Düse 1 in die gestrichelte Stellung nach links
verschoben, so daß der Zündvorgang mit der nach innen
eingefahrenen Elektrode 8 erfolgen, danach die Elektrode
8 zurückgezogen und die Düse 1 innerhalb der Erweiterung
7 in die gewünschte bzw. für das spezielle Pulver erfor
derliche Stellung gebracht werden kann. Sofern die Düse 1,
wie erwähnt, einen zentrischen Pulverzufuhrkanal hat, kann
also in jeder Stellung der Düse 1 von Extremalstellung E 1
bis zur Extremalstellung E Pulver in bekannter Weise aus
gedüst werden. Andererseits läßt aber die Vorrichtung zu,
Pulver auch durch die Kanäle 5 zuzufördern, wobei die
Düse 1 ebenfalls Stellungen im Bereich von E 1 bis E ein
nehmen kann. Mit der Vorrichtung sind also die verschie
densten Alternativen jeweils in Abhängigkeit von den For
derungen, die das Spritzpulver stellt, möglich und zwar
sogar die, daß bei einer Düse mit zentrischem Pulverför
derkanal im Falle einer Pulverförderung durch die Kanäle
5 die Zuförderung von zusätzlichem Gas durch diesen vor
handenen zentrischen Kanal in der Düse 1 erfolgen kann.
Aus den erwähnten Gründen und zwar um einerseits die Hand
habung der Zündung zu vereinfachen, auf eine elektrische
Zündung verzichten zu können, und zwecks einfacher Anback
kontrolle und Reinigung, ist die Vorrichtung gemäß Fig. 3
derart beschaffen, daß das Rohr 3 zweiteilig ausgebildet
und das Vorderteil 3′ des Rohres verstellbar am die Düse
1 bzw. den Düsenhalter 1′ enthaltenden anderen Teil 3′′
des Rohres 3 angeordnet und die Trennebene 11 der beiden
Rohrteile 3′, 3′′ benachbart vor oder hinter dem mindestens
einen Pulvereindüskanal 5 quer, geneigt oder abgestuft zur
Längsachse 4 des Rohres 3 verlaufend, ausgebildet ist.
Die beiden Teile 3′, 3′′ sind dafür mit Gelenkelementen
12 versehen, so daß das Vorderteil 3′, wie mit Pfeil an
gegeben, einfach hochgeschwenkt werden kann. Dadurch
wird die im Inneren des Rohres 3 befindliche Düse 1′
frei zugänglich und kann in herkömmlicher Weise von Hand
gezündet werden, ohne daß Explosionsgefahr besteht, die
normalerweise bei derartigen Geräten gegeben wäre, wenn
man diese Geräte einfach am offenen Ende des Rohres 3
bei ausströmendem Brenngas zünden wollte. Durch die Ab
schwenkbarkeit des Vorderteiles 3′ ist aber insbesondere
die Möglichkeit geschaffen, das Innere des Rohres 3 in
Augenschein nehmen zu können, ob und wo sich Pulveran
backungen gebildet haben und außerdem kann der Bündelungs
kanal sehr leicht und ohne Verstopfungsgefahr der Düse 1
gereinigt werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann die
Trennebene 11 in verschiedener Weise ausgeführt sein, und
zwar, wie dargestellt, in Form einer Abstufung oder, wie
gestrichelt angedeutet, in Form einer senkrecht oder quer
geneigten Verlaufsanordnung. Die beiden Anschlußflächen
der Teile 3′, 3′′ können problemlos in geeigneter Weise
abgedichtet werden und gegenüberliegend zu den Gelenk
elementen 12 können im Bereich des anderen Auslaufendes
der Trennebene 11 Verschlußelemente angeordnet werden,
die das abschwenkbare Vorderteil 3′ fest in der darge
stellten Betriebsstellung halten.
Die Anordnung der Eindüskanäle am Bündelungsrohr führt
zu Einstellbarkeiten der Vorrichtung wie folgt:
Wechselmöglichkeit der Pulverzufuhr von innen nach au
ßen.
Einleitung des Pulvers in die Flamme oder relativ weit
entfernt vor der Flamme.
Einleitungsmöglichkeit von Zusatzbrennstoffen allein
oder zusammen mit Pulver im Ausmündungsbereich der Ein
düskanäle.
Einstellbarkeit der Größe der Brennkammer von maximal
bis null.
Dabei ist zu beachten, daß diese Einstellmöglichkeiten
auch untereinander wiederum kombiniert werden können.
Claims (6)
1. Vorrichtung zum thermischen Spritzen von Auftrags
schweißwerkstoffen, bestehend aus einem Strahlbünde
lungsrohr mit betriebsmittelzufuhrseitig darin ange
ordneter, axial verstellbarer Brennerdüse bzw. Düsen
halter mit Düse, dadurch gekenn
zeichnet, daß unmittelbar vor dem Bereich
der Einschubextremalposition (E) der Brennerdüse (1)
in der Wandung (2) des Bündelungsrohres (3) minde
stens ein zur Rohrlängsachse (4) in Ausströmrichtung
konvergierend geneigter Eindüskanal (5) mit Zulei
tungsanschluß (6) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei Anordnung von
mehr als einem Eindüskanal (5) diese gleichmäßig auf
den Umfang verteilt angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß betriebsmittelzu
fuhrseitig das Rohr (3) mit mindestens einer Erwei
terung (7) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Erweiterung
(7) eine rückziehbare Zündelektrode (8) angeordnet
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennerdüse
(1) mit einer an die Einmündungskontur (9) des Roh
res (3) angepaßten Kopfkontur (10) versehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß das
Rohr (3) zweiteilig ausgebildet und das Vorderteil
(3′) des Rohres verstellbar am die Düse (1) bzw. den
Düsenhalter (1′) enthaltenden anderen Teil (3′′) des
Rohres (3) angeordnet und die Trennebene (11) der
beiden Rohrteile (3′, 3′′) benachbart vor oder hinter
dem mindestens einen Eindüskanal (5) quer, geneigt
oder abgestuft zur Längsachse (4) des Rohres (3) ver
laufend ausgebildet ist.
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Publications (2)
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