DE4016412C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von draht- und pulverförmigen Zustzstoffen zum Beschichten von Oberflächen unter Verwendung von acetylenhaltigem Heizgas (=Brenngas).

Erfindungsgemäß sind zwei oder mehrere unabhängig ar­ beitende Gasmischsysteme, die mit verschiedenen acetylenhaltigen Brenngas-Sauerstoff-Gemischen arbeiten können, im Gerät integriert.

Zum nächstkommenden Stand der Technik sind die US-PS 48 69 936 und die EP-A 03 61 710 zu nennen.

Die US-PS 48 69 936 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von sehr dichten thermisch aufgespritzten Schichten. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um zwei oder mehr unabhängig voneinander arbeitenden Gasmischsystemen; ferner muß bei der Vorrichtung gemäß dieses Standes der Technik ein sehr hoher Energieverlust, der ins Kühlwasser geht, in Kauf genommen werden. Der Hauptunterschied besteht darin, daß man mit dem Gerät gemäß US-PS 48 69 936 kein Acetylen-Brenn­ gas einsetzen kann, so daß man keine hochschmelzenden Spritzzusatzwerk­ stoffe, wie z. B. Titan, Molybdän, Tantal und keine oxidkeramischen Werk­ stoffe wie z. B. Aluminiumoxid, Chromoxid oder Zirkoniumoxid verspritzen kann.

Die EP-A 03 61 710 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Hochgeschwindigkeits-Flammspritzung, wobei das Gerät ebenfalls nicht zwei oder mehrere voneinander unabhängig arbeitende Gasmischsysteme verwendet und ebenfalls die Verwendung von Acetylen-Brenngas ausge­ schlossen ist.

In der DE-PS 8 11 899 wird eine Vorrichtung zum Versprühen von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen vorgeschlagen, die als Basisprinzip für das Hochgeschwindigkeitsspritzen unter Verwendung von Brenngas und Sauerstoff angesehen werden kann. Es handelt sich hierbei im wesentlichen bei der Vorrichtung um ein System, bestehend aus Brennkammer und Expansionsdüse, mit dem draht-, pulver- oder schmelzflüssige Spritzzusatzwerkstoffe unter vorwiegender Verwendung von Wasserstoff als Knallgas verspritzt werden können. Es wird also bei der vorgeschlagenen Vorrichtung nur jeweils mit einem Heiz- oder Treibgas, vorwiegend Wasserstoff gearbeitet, das nach dem Druckgasprinzip in die Brennkammer eingeführt wird. Die Zündung von Wasserstoff erfolgt gemäß der DE-PS 8 11 899 manuell, beim Austreten aus der Expansionsdüse, elektrisch durch Kurzschluß bzw. durch einen elektrischen Lichtbogen.

Das Zünden von Wasserstoff kann durch den schmelzflüssigen erhitzten Spritzzusatzwerkstoff erfolgen, der durch die Brennkammer über einen Zugang mit dem Knallgas zusammengeführt wird.

Die aus der DE-PS 8 11 899 vorgeschlagene Konstruktionskonzeption erfüllt in vielerlei Kriterien nicht die Anforderungen, die man heute an eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzanlage stellt.

Einerseits wird das Brenngas, gemäß DE-PS 8 11 899 ist dies Wasserstoff, nach dem Druckgasprinzip in die Brennkammer geführt, welches nicht mehr den gesetzlichen Bauartvorschriften für Autogenbrenner und auch nicht der Unfallverhütungsvorschrift UVV-VGB 15 gerecht wird.

Ferner hat Wasserstoff, ohne zusätzliches Oxidationsgas, z. B. Sauerstoff, eine unzureichende Heizleistung, um hochschmelzende Spritzzusatzwerkstoffe, wie z. B. Molybdän, Wolfram und Oxyde verspritzen zu können. Andererseits verbrennt Wasserstoff reduzierend und ist aus diesem Grunde zum Verspritzen von Metalloxyden nicht geeignet, da die Wasserstoff-Flamme dem Spritzzusatzwerkstoff im schmelzflüssigen oder plastischem Zustand Sauerstoff entzieht.

Ein weiteres Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystem ist aus der EP-00 49 915 bekannt. Dieses Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystem weist eine wassergekühlte Expansionsdüse auf, das zum Spritzen von draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen geeignet sein soll. Abweichend von der Konzeption der DE-PS 8 11 899 wird als Heizgas wahlweise mit Wasserstoff, Propan oder mit MAPP-Gas zusätzlich mit Sauerstoff gearbeitet. Die jeweils verwendeten Brenngase werden nach dem Druckgasprinzip in einen großen Mischraum geführt und mit Sauerstoff vermischt.

Über Bohrungen gelangt das Brenngas-Sauerstoffgemisch in die wassergekühlte Expansionsdüse, wo es mit dem pulver- oder drahtförmigen Zusatzwerkstoff in der Brennkammer zusammengeführt wird.

Diese Technik gemäß EP-A1-00 49 915 weist ebenfalls eine Vielzahl anwendungstechnischer und sicherheitstechnischer Mängel auf.

Bei der in der EP-A1-00 49 915 vorgeschlagenen Konstruktionskonzeption wird die Verwendung von Acetylen als Heizgas ausgeschlossen, da durch die hohe Zündgeschwindigkeit von Acetylen die Flammrückschlag- und Rückzündgefahr, wegen des Druckgasmischprinzipes, extrem groß ist.

Der Ausschluß der Verwendung von Acetylen in Verbindung mit Sauerstoff führt zu einer starken Anwendungseinschränkung, da speziell Zusatzwerkstoffe, wie z. B. hochschmelzende Metalle und Oxyde wegen der hohen Flammenergie nur mit der Acetylen-Sauerstoff-Flamme von 3160°C verspritzt und geschmolzen werden können. Die sehr hohe Zündgeschwindigkeit eines Acetylen-Sauerstoff- Gemisches von ca. 11,5 m/sec. gegenüber Propan-Sauerstoff im Mischungsverhältnis 1 : 5 mit etwa 3,8 m/sec. Geschwindigkeit, die sich in der Praxis durch entscheidend höhere Flammengeschwindigkeiten und somit höheren kinetischen Partikelgeschwindigkeiten auswirkt, kann bei dem vorgeschlagenen System nicht ausgenutzt werden. Gasmischsysteme der vorgenannten Art entsprechen nicht den Unfallverhütungsvorschriften der VGB 15 und auch nicht den Bauartvorschriften für autogene Geräte.

Die Acetylen-Sauerstoff-Flamme besitzt dominierende Eigenschaften, wie diese von keinen anderen Brenngas- Sauerstoff-Gemischen erreicht werden. Sie ist aus diesem Grunde ideal zum thermischen Spritzen von hochschmelzenden Zusatzwerkstoffen geeignet.

Die Anwendung von Acetylen als Heizgas zur Betreibung von Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystemen in Verbindung mit Sauerstoff ist jedoch aufgrund des spezifischen Aufbaues des Acetylen-Moleküls problematisch.

Acetylen stellt eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Wasserstoff dar. Es ist ein sogenannter ungesättigter Kohlenwasserstoff, dessen Molekül voll innerer Spannung steckt, die einem Ausgleich zustrebt. Acetylen ist also kein stabiler Stoff, sondern neigt dazu, in seine Bestandteile, nämlich Kohlenstoff und Wasserstoff, zu zerfallen. Zum Beispiel, wenn das Acetylen auf eine Temperatur von etwa 300°C erwärmt wird, steht es außerdem unter Druck, so pflanzt sich ein einmal eingeleiteter Zerfall durch die gesamte Gasmenge fort. Die in Form von Wärme freiwerdende Energie genügt, um benachbarte Acetylen-Teilchen auf die Zerfallstemperatur zu bringen. Dieser Vorgang spielt sich so rasch ab, daß komprimiertes Acetylen bei eingeleiteter Zersetzung verpuffungsartig zerfällt. Dieser Zustand tritt z. B. ein, wenn Acetylen in eine Brennkammer eines Hochgeschwindigkeitsbrenners eingeführt und gezündet wird, durch die Expansion entsteht ein Brennkammerdruck in der Größenordnung zwischen 2 bis 3,5 Bar, so daß durch den Rückstau auf die Brenngasleitung es zu dem vorgenannten Acetylen-Zerfall kommt.

Aufgrund des vorab geschilderten Umstandes kommt es zum Zurückzünden in dem Gasmischbereich, dort wo Brenngas, in diesem vorliegenden Falle Acetylen und Sauerstoff, zusammengeführt werden. Die vorangeschilderte negative Erscheinung verhindert, daß Brenngas, Acetylen und Sauerstoff in der Brennkammer verbrennt und auf diese Weise eine Hochgeschwindigkeitsflamme entstehen kann.

Des weiteren ist es bekannt, daß beim derzeitigen Stand der Technik oxydfreie Spritzschichten, wie z. B. aus Hastelloy, Tribaloy oder hochreinem Nickel nur unter Verwendung des Plasmavakuum-Kammerspritzens hergestellt werden können. Diese vorgenannte Technologie ist sehr kompliziert und äußerst kostenintensiv.

Der vorstehenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem (der) der Betrieb mit Acetylen und Sauerstoff problemlos möglich ist.

Ferner soll mit der vorliegenden Erfindung eine erhebliche Vereinfachung des Beschichtungsprozesses und eine Kostenreduzierung geschaffen werden, die auch gleichzeitig die Schichtqualität in bezug auf Optimierung der Haftzugfestigkeit des Spritzwerkstoffes zum Substrat verbessert, indem durch eine wesentlich höhere kinetische Energie des Flammenstrahles erzielt wird, wobei gleichzeitig eine geringere Porösität, und somit eine höhere Dichtheit der Spritzschicht erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das vorgeschlagene Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 8.

Vorzugsweise erfolgt die Primärgasmischung im, als Injektorgasmischblock ausgebildeten Zwischenstück und die Sekundärgasmischung im als Mischblock für Sekundärgase ausgebildeten Primärbrennkammergehäuse.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die Primär-Heizgasmischung direkt in einem Gasmischblock nach dem Injektorprinzip in unmittelbarer Nähe der Primärbrennkammer folgt.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Primärbrennkammer und/oder die Expansionsdüse im Sekundär- Injektorgasmischblock integriert ist (sind). Alternativ besteht die Möglichkeit den Spritzzusatzwerkstoff, gegebenenfalls pulverförmig und das Pulvertransportgas bei Raumtemperatur oder den pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoff und/oder die Pulvertransportgase vorgeheizt zuzuführen. Hierbei ist der Anschluß für die Spritzzusatzwerkstoffe und/oder Pulvertransportgase mit einer Wasserkühlung ausgestattet. Der kalte oder vorgewärmte Spritzzusatzwerkstoff wird beim Durchführen durch die Primärbrennkammer angeschmolzen, durch die Primärheizflamme durch die Sekundärbrennkammer gebracht, geschmolzen und beschleunigt und tritt aus der Expansionsdüsenbohrung mit der Sekundärflamme aus.

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, daß diese als Flammspritzpistole ausgebildet ist und aus einem Gerätegrundkörper, Betriebskomponenten-Anschlußblock mit Verteilerkammern, Injektorgasmischblock, Brennkammergehäuse sowie einer Zentralbohrung für Spritzzusatzwerkstoffe und Kühleinrichtungen besteht und ausgehend vom Betriebskomponenten-Anschlußblock die Sekundärgas-, Sekundärheizgas-, Primärgas- und Primärheizgaskanäle getrennt zu jeweils einer Primärbrenngaskammer und einer Sekundärbrenngaskammer geführt sind, wobei der Spritzzusatzwerkstoffkanal umgeben von den Primärgaskanälen in die Primärbrennkammer und die Sekundärgaskanäle über die Primärbrennkammer in Richtung Expansionsdüse hinausgeführt in die Sekundärbrennkammer münden.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Betriebskomponenten-Anschlußblock, einem Gerätegrundkörper, einem Gasmischblockträger, einem Injektorgasmischblock, einem Primärbrennkammergehäuse mit Innenteil bzw. Zentralbohrungskörper, Preßschraube und Überwurfteil, sowie Sekundärexpansionsdüsenkörper und Innenschraubhülse und Außenschraubhülse besteht.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, daß der Betriebskomponenten-Anschlußblock mindestens je einen Kühlwasseranschluß, einen Sekundärgasanschluß, einen Primärgasanschluß, einen Anschluß für pulverförmige Zusatzwerkstoffe und/oder drahtförmige Spritzzusätze, einen Primärheizgasanschluß, einen Sekundärheizgasanschluß sowie einen Kühlwasser-Rücklaufanschluß aufweist, die sich als Kanäle bis an die Stirnfläche des Betriebskomponenten- Anschlußblocks bzw. zu dort angeordneten Verteilerkammern fortsetzen.

Diese Kanäle bzw. die Verteilerkammern des Betriebskomponenten-Anschlußblocks korrespondieren mit mediengleichen Kanälen des Gerätegrundkörpers, der sich an den Betriebskomponenten-Anschlußblock anschließt.

Der Gerätegrundkörper nimmt zumindest teilweise einen Gasmischblockträger für Sekundärgase umgebend auf, wobei im Gasmischblockträger ein Injektorgasmischblock für Primärgase angeordnet ist.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß der Gerätegrundkörper Kanäle aufweist, die mit den Kanälen bzw. mit an der Stirnfläche des Betriebskomponenten-Anschlußblockes angeordneten Ringkanälen korrespondieren.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß der Kanal des Gerätegrundkörpers in einen Kühlwasservorlaufkanal zwischen Innenschraubhülse und Außenschraubhülse mündet, wobei der Kühlwasserrücklaufkanal mit dem Kühlwasserücklaufkanal, gebildet zwischen Gerätegrundkörper und Preßschraube korrespondiert.

Der Gasmischblockträger ist bevorzugterweise jeweils von mindestens einem Sekundärgas- und Sekundärheizgaskanal durchsetzt, die jeweils einerseits mit den mediengleichen Kanälen des Gerätegrundkörpers korrespondieren und an der zur Primärbrennkammer hinweisenden Seite in dort angeordneten Radialnuten für Sekundärheizgas und Sekundärgas führen.

Der Injektorgasmischblock für Primärgase weist mindestens je einen Primärheizgaskanal und einen Primärgaskanal sowie eine Zentralbohrung für Spritzzusatzwerkstoffe auf, wobei diese Kanäle einerseits mit den mediengleichen Kanälen des Gerätegrundkörpers korrespondieren und der Primärgaskanal in einen Radialringraum zwischen Gasmischblockträger und Injektorgasmischblock bzw. der Kanal für Primärheizgas in einen Ringraum für die Sauerstoffverteilung mündet(en), während die Zentralbohrung bis zur Stirnseite des Injektorgasmischblocks führt und ausgehend von dem Ringraum für die Sauerstoffverteilung, Injektordüsenbohrungen zum Injektorspalt geleitet sind, von wo aus sich Injektormischdüsenbohrungen zu einer Radialnut fortsetzen.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, daß sich dem Injektorgasmischblock in Richtung Expansionsdüse ein Primärbrennkammergehäuse anschließt, das ein Innenteil mit Injektorgasmischbohrungen sowie eine Bohrung für die Spritzzusätze aufnimmt.

Hierbei sind die Injektorgasmischbohrungen fokussierend und/oder axial im Innenteil angeordnet sind.

An der zum Injektorgasmischblock hinweisenden Stirnseite des Innenteils ist eine Radialringnut für Brenngas, Sauerstoff-Primärgas angeordnet, die mit der Radialringnut des Injektorgasmischblocks korrrespondiert, wie auch die zentral angeordnete Bohrung für Spritzzusatzwerkstoffe des Innenteils mit der Zentralbohrung des Injektorgasmischblocks.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, daß das Primärbrennkammergehäuse an der zum Gasmischblockträger hinweisenden Stirnseite je eine Radialringnut für Sekundärheizgas und eine Radialringnut für Sekundärheizsauerstoff aufweist, die mit den mediengleichen Radialnuten des Gasmischblockträgers korrespondieren, aufweisen.

Von diesen Radialringnuten setzen sich jeweils entsprechende Kanäle fort, wobei diese in einer Radialringnut (Injektorspalt) zusammentreffen, indem die Kanäle direkt bzw. über Injektordruckdüsenbohrungen in die Radialringnut einführen.

Hierbei ist vorgesehen, daß zumindest teilweise diese Kanäle durch den Spalt zwischen Primärbrennkammergehäuse und Überwurfteil gebildet wird.

Ausgehend von der Radialringnut führen axial und fokussierende Bohrungen zur Sekundärbrennkammer.

Diese Bohrungen sind über die Primärbrennkammer hinweggeführt.

An die Sekundärbrennkammer schließt sich die Expansionsdüse an.

Der Kühlwasserkanal setzt sich, ausgehend vom Anschluß des Betriebskomponenten-Anschlußblockes durch den Gerätegrundkörper, zwischen Innenschraubhülse und Außenschraubhülse bis hin zur Radialbohrung an der Expansionsdüsenaustrittsbohrung fort und geht sodann in den Kühlwasserrücklauf über, indem sich der Kühlwasserkanal zwischen Expansionsdüsenkörper und Innenschraubhülse erstreckt und in einen Kühlwasserringraum übergeht, wobei von hier aus sich ein Kühlwasserkanal zum Kühlwasserrücklaufanschluß des Betriebskomponenten-Anschlußblocks führt.

Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß das Primärbrennkammergehäuse als Sekundärgasmischblock ausgebildet ist.

Die Primärbrennkammer des Brennkammergehäuses weist eine Übergangsexpansionsdüsenbohrung auf.

Anhand den beigefügten Zeichnungen, die besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wird diese nun näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Querschnitt,

Fig. 2 eine Vergrößerung der Fig. 1 mit Darstellung des Primärsystems,

Fig. 3 eine Vergrößerung der Fig. 1 mit der Darstellung des Sekundärsystems,

Fig. 4 den Betriebskomponenten-Anschlußblock 9,

Fig. 5 den Gerätegrundkörper 12,

Fig. 6 den Gasmischblockträger 14,

Fig. 7 den Injektorgasmischblock 13,

Fig. 8 das Primärbrennkammergehäuse 29,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 angedeuteten Linie A-A,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 angedeuteten Linie B-B,

Fig. 11-13 Diagramme bezüglich der Eigenschaften der Acetylensauerstoffflamme.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsvariante bei der die Primär-Heizgasmischung direkt in einem Gasmischblock nach dem Injektorprinzip erfolgt in unmittelbarer Nähe der Primärbrennkammer.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, die als Flammspritzpistole ausgebildet ist.

Die Vorrichtung setzt sich aus einem Betriebskomponenten- Anschlußblock 9, einem Gerätegrundkörper 12, einem Innen- Mischdüsenblock/Injektorgasmischblock für Primärgase 13 und Gasmischblockträger 14, einem Primärbrennkammergehäuse 29 mit Überwurfteil 80 und Anpreßschraube 82, Expansionsdüsenkörper 39 und eine diese umgebende Innenschraubhülse 34 und Außenschraubhülse 35 sowie einem den Zentralbohrungskörper 81 aufnehmenden Innenteil 76 besteht.

Durch die Vorrichtung setzen sich ein Kühlwasservorlaufkanal 1, ein Sekundärgaskanal 2, ein Primärgaskanal 3, eine Zentralbohrung für Zusatzwerkstoffe (pulverförmig oder drahtförmig) 4, ein Primärheizgaskanal 5, ein Sekundärheizgaskanal 8 und ein Kühlwasserrücklaufkanal 7 durch.

Das Primärgas und das Primärheizgas werden im Injektorgasmischblock für Primärgase 13 gemischt und treten in die Primärbrennkammer 28 ein, wobei der ebenfalls in die Primärbrennkammer 28 eingebracht draht- oder pulverförmige Spritzzusatzwerkstoff von den konzentrisch um den Beschickungskanal 4 angeordneten Primärheizflammen 84 geschmolzen wird, mit der entstehenden Hochgeschwindigkeitsflamme 85 beschleunigt und durch eine Primärexpansionsdüsenbohrung 30 in eine nachgeschaltete Sekundärbrennkammer 32 geführt wird. Diese wird unter Mitführung der schmelzplastischen Zusatzwerkstoffe von der Primärhochgeschwindigkeitsflamme 65 mit Überschallgeschwindigkeit durchströmt, welche in eine axial zentrisch erweiterte, nachgeschaltete und wassergekühlte Sekundärexpansionsdüse 39 bzw. in deren Bohrung 38 mündet, so daß im Bereich von radial, axial und/oder fokussierend angeordneten, in die Sekundärbrennkammer 32 einmündende Sekundärbrenngas- Sauerstoffkanälen 44, 45 eine Unterdruckzone entsteht und ein Heizgasgemisch mit niedrigen Zuströmdrücken zuführbar ist, wobei sich in der Sekundärkammer 32 radial, axial um die Primärhochgeschwindigkeitsflamme 85 das Heizgasgemisch entzündet, expandiert und aufgrund einer hohen Flammentemperatur und einer extremen Zünd- und Verbrennungsgeschwindigkeit zur Restschmelzung der Spritzzusatzwerkstoffe und zu deren zusätzlichen Beschleunigung beiträgt.

Die Außenschraubhülse 35 umgibt hierbei die Innenschraubhülse 34 derart, daß ein Ringraum 36 für den Kühlwasservorlauf gebildet ist. Die Innenschraubhülse 34 weist hierbei ein Innengewinde 83 auf, und ist somit auf das Außengewinde 84 des Gerätegrundkörpers 12 aufschraubbar und mittels O-Ring 19 abgedichtet. Die Außenschraubhülse 35 weist ein Außengewinde 85 auf, das in ein Innengewinde 88 des Gerätgrundkörpers 12 eingreift und somit mit diesem verschraubt wird. Auch hier ist zu Abdichtungszwecken ein O-Ring 15 eingelassen. Durch diese Anordnung wird der Ringraum 36, der übergeordnet mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, des Kühlwasservorlaufs bis zum Gerätegrundkörper 12 fortgesetzt. Im Bereich der Expansionsdüsenaustrittsbohrung 43 sind zwischen Außenschraubhülse 35 und Innenschraubhülse 34 sowie zwischen Innenschraubhülse 34 und Expansionsdüsenkörper 39 ebenfalls O-Ring-Dichtungen 41 und 42 angeordnet.

Ausgehend vom Ringraum 36 führt ein Kühlwasserkanal 1c durch den Gerätegrundkörper 12 hin zum Kühlwasserkanal 1b des Betriebskomponenten-Anschlußblocks 9, welcher einen Anschluß für den Kühlwasserzugang 1a aufweist.

Der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 ist mittels Imbusschrauben 8 auf dem Gerätegrundkörper 12 befestigt und mittels O-Ringen 50 abgedichtet, die jeweils die Anschlußkanäle 1a bis 7a sowie die Schrauben 8 abdichtend umgeben.

Innerhalb der Innenschraubhülse 34 befindet sich der Expansionsdüsenkörper 39, der auf das innenliegende Primär- Brennkammergehäuse 29 aufgeschraubt ist.

Hierbei wird wiederum ein Ringraum 37 für den Kühlwasserrücklauf zwischen Expansionsdüsenkörper 39 und Innenschraubhülse 34 gebildet. Dieser geht wiederum in einen größeren Ringraum 33 über, in welchen der Kühlwasserkanal 7d ausgehend vom Gerätegrundkörper 12 und Betriebskomponenten-Anschlußblock 9, hier der Kanal 7a mündet.

Hierbei wird der Kühlkanal 7d durch den Spalt zwischen Gerätegrundkörper 12 und Preßschraube 62 bis hin zum Ringraum 33 weitergeführt.

Somit beschreitet das Kühlsystem folgenden Weg: Ausgehend vom Kühlwasseranschlußstutzen 1 des Betriebskomponenten-Blocks 9 strömt Kühlwasser über den Kühlwasserzulaufkanal 1a in den Kühlwasservorlaufkanal 1b des Gerätegrundkörpers über den Ringraum 36, verteilt zwischen der Außenschraubhülse 35 und der Innenschraubhülse 34 zu den Radialbohrungen für Kühlwasser 40 (Kühlwasservorlauf) auf die Expansionsdüse 39. Über den Ringraum 37 fließt das Kühlwasser zwischen der Expansionsdüse 39 und Innenschraubhülse 34 über den Kühlwasserkanal 7d zurück zum Anschlußstutzen 7 für Kühlwasserrücklauf.

Anhand den Fig. 2 und 3 sowie den Detailen 4 bis 8 werden nun die, in diesem Ausführungsbeispiel zwei voneinander unabhängig arbeitenden Gasmischsysteme näher beschrieben. Es handelt sich hierbei um die Vorrichtung, wie sie bereits in Fig. 1 dargestellt wurde.

Hierbei ist in den Fig. 2 und 3 der Kühlwasservorlauf mit gestrichelten Linien und der Kühlwasserrücklauf mit strichpunktierten Linien gekennzeichnet. Der Sekundärgasweg ist hierbei mit von links oben nach rechts unten schräg verlaufenden Wellenlinien und der Sekundärheizgasweg mit schräg von links unten nach rechts oben verlaufenden Wellenlinien dargestellt.

Der Primärgasweg wurde mit waagrechten Wellenlinien und der Primärheizgasverlauf mit senkrechten Wellenlinien dargestellt, wobei sich die jeweils überkreuzenden Wellen das Gemisch darstellen. In der Zentralbohrung ist der Spritzzusatzwerkstoff punktiert dargestellt.

Unter Heranziehung der Fig. 2 wird zunächst auf das Primärsystem bezug genommen. Hierzu weist der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 beispielsweise u.a. einen Anschluß 3a für Heizsauerstoff (Primärgas) und einen Anschluß 5a für Brenngas H2, Propan usw. (Primärheizgas) auf.

Vom Anschluß 3a für Heizsauerstoff (Primärgas) führt ein Kanal 3b durch den Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 in eine Sauerstoffverteilerkammer 11, an der zum Geräteanschlußblock 12 hinweisenden Stirnseite 68 des Betriebskomponenten-Anschlußblocks 9.

Der Primärheizssauerstoffkanal 3 wird durch die Einzelkanäle 3c im Gerätegrundkörper 12 und dem Kanal 3d und im Injektorgasmischblock 13 gebildet.

Hierbei mündet der Kanal 3c in die Sauerstoffverteilerkammer 11 und der Kanal 3d in den Ringraum 56 für die Sauerstoffverteilung im Innenmischdüsenblock bzw. Injektorgasmischblock 13. Vom Anschluß 5a für Brenngas führt innerhalb des Betriebskomponenten-Anschlußblocks 9 ein Kanal 5a in eine Brenngasverteilerkammer 10, die ebenfalls an der Stirnseite 68 des Betriebskomponenten-Anschlußblocks 9 angeordnet ist. Von hier aus führt der Kanal 5c im Gerätegrundkörper 12 zum Kanal 5d, welcher in den Ringraum 57 mündet.

Im Ringraum 56 findet die Sauerstoffverteilung statt, wobei diese als Druckausgleichskammer fungiert. Durch die Injektordruckdüsenbohrungen 58 durchströmt der Sauerstoff den sich an den Ringraum 57 anschließende Ringnut (Injektorspalt) 57a, um alsdann die verschiedenen Injektormischdüsenbohrungen 59 zu durchströmen, mit dem mitgerissenen Brenngas aus dem Injektorspalt (Ringraum 57a). Das Brenngas-Sauerstoffgemisch gelangt über die Radialringnut 22/22a über die Brenngas-Sauerstoff- Gemischbohrungen 47 und 48 in die Primärgas-Brennkammer 28. Brenngas (vorwiegend Wasserstoff, Propangas oder Propylen) wird am Anschluß 5 zugeführt und gelangt über die Brenngasverteilerkammer (Druckausgleichskammer) 10 über die Anschlußbohrung 5c/5d in den Radialringraum 57 in die Radialringnut 57a, Injektorspalt, von dem das Brenngas durch die Injektorwirkung, der mit Überschallgeschwindigkeit durchströmenden Sauerstoff strömen, in die Injektormischbohrungen 59 mitgerissen und gemischt wird. Das Brenngas-Sauerstoff-Primärgemisch gelangt über die Bohrungen 47 und 48 in die Primärbrennkammer 28.

Die Injektorwirkung in dem Innengasmischblock wird durch höheren Zuströmdruck von Sauerstoff gegenüber dem Brenngaszuströmdruck erzielt. Wird das aus der Expansionsdüsenbohrung 43 (siehe Fig. 1) austretende Primärbrenngas-Sauerstoffgemisch gezündet, schlägt die Flamme zurück in die Primär-Brennkammer 28. Aus der zylindrischen Brennkammerbohrung 30 bzw. 46 brennt nun das Brenngas-Sauerstoffgemisch als Primär- Hochgeschwindigkeitsflamme heraus durch die Sekundärbrennkammer 32 in die wassergekühlte Expansionsdüsenbohrung 38 hinein. Im Einmündungsbereich der konzentrisch, axial und fokussierend um die Primärbrennkammerbohrung 46 angeordneten Sekundärgas- Gemischbohrungen 44, 45 entsteht aufgrund der hohen Flammengeschwindigkeit der Primär-Heizgasströmung eine Unterdruckzone.

Anhand der Fig. 3 wird nun das Sekundärsystem näher beschrieben. An dem Anschluß 2a wird Sekundärheizsauerstoff zugeführt und gelangt über die Kanäle 2b, 2c, 2d in die Radialringnut 63/21 (Druckausgleichs- und Verteilringnut). Über die Sauerstoffanschlußbohrungen gelangt der Sauerstoff in eine Vielzahl von Injektordruckgasbohrungen 24, in denen er auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird und Ringnut 25 (Injektorspalt) durchströmt, Brenngas aus der Ringnut 25 mitreißt und in den gegenüberliegenden axialen und/oder fokussierend fluchtenden Mischbohrungen 26 einmündet und als Brenngas-Sauerstoffgemisch aus den Mischbohrungen 44 und 45 austritt. Das Ausströmen wird durch die von der Primär-Hochgeschwindigkeitsflamme erzeugte Unterdruckzone im Eintrittsbereich positiv beeinflußt. Daß in die Brennkammer (sekundär) 32 einströmende Brenngas- Sauerstoffgemisch (vorwiegend Acetylen-Sauerstoff-Gemisch) entzündet sich an der Primär-Hochgeschwindigkeitsflamme und optimiert den Schmelzvorgang der Spritzpartikel und erhöht die Flammgeschwindigkeit und Spritzpartikelgeschwindigkeit.

Hierzu weist der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 den Anschluß 2a für Heizsauerstoff (Sekundärgas) und den Anschluß 6a für Brenngas C₂, H₂ (Sekundärheizgas) auf, von wo aus die Kanäle 2b und 6b durch den Betriebskomponenten- Anschlußblock 9 an die Stirnseite 68 führen.

Von hier aus führt innerhalb des Gerätegrundkörpers 12, von dem Kanal 2b ein Kanal 2c zum Kanal 2d des Gasmischblockträgers 14 und ein Kanal 6c vom Kanal 6a zum Kanal 6d des Gasmischblockträgers 14. Der Kanal 2d führt wiederum in eine Radialringnut 63 bzw. 21 und der Kanal 6d in die Radialnut 18. Hierbei korrespondieren mediengleiche Radialnuten des Gasmischblockträgers 14 mit den Radialnuten des Primärbrennkammergehäuses 29, wie dies auch beim Primärsystem der Fall ist. Über die Bohrungen 23 des Sekundärheizstoffes strömt Heizsauerstoff (Sekundärgas) über die Injektordruckdüsenbohrungen 24, die je zur Hälfte fokussierende Stellung und axiale Stellung aufweisen, in die Radialringnut 25 (Injektorspalt), von wo aus sich dann das Gemisch über die Bohrungen 44 und 45, wie beschrieben, fortsetzt.

In den Fig. 2 und 3 ist ferner die Zentralbohrung 4 für pulverförmigen Zusatzwerkstoff bzw. drahtförmige Spritzzusätze gekennzeichnet.

Zum Zwecke der Zuführung ist hierbei am Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 ein Anschluß 4 angeordnet, von welchem aus sich der Kanal 4b bis hin zur Stirnseite 68 fortsetzt, wo er in einen Kanal 4c des Gerätegrundkörpers 12 einführt bzw. mit diesem korrespondiert.

Es setzt sich nun im Injektorgasmischblock 13 der Kanal 4d fort, welcher mit der Bohrung 49 des Zentralbohrungskörpers 76 korrespondiert.

Die Fig. 9 zeigt einen Schnitt entlang der in Fig. 1 angedeuteten Linie A-A und die Fig. 10 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 angedeuteten Schnittlinie B-B.

Aus der Fig. 9 der Einmündungsbereich der Primärgasströme in die Primärbrennkammer zu erkennen, während Fig. 10 den Einmündungsbereich der Sekundärgasströme in der Draufsicht darstellt.

Somit sind in Fig. 9 die Austrittsbohrungen 44 für Sekundärheizgas-Sauerstoffgemisch (axial) und die Austrittsbohrungen 45 für Sekundärheizgas- Sauerstoffgemisch (fokussierend) zu erkennen.

Ferner ist mit dem Bezugszeichen 47 die Injektorgasmischbohrungen für Primärheizgas- Sauerstoffgemisch (axial) und mit dem Bezugszeichen 48 solche Bohrungen (fokussierend) eingesetzt. Mit dem Bezugszeichen 49 ist die Austrittsbohrung für die Spritzzusätze, und mit dem Bezugszeichen 81 der Zentralbohrungskörper gekennzeichnet.

In Fig. 10 trägt das Sekundärbrennkammergehäuse das Bezugszeichen 31 und die Primärexpansionsdüsenbohrung das Bezugszeichen 30, während mit dem Bezugszeichen 44 die Austrittsbohrungen für Sekundärheizgas-Sauerstoffgemisch (axial) und mit dem Bezugszeichen 45 diese Austrittsbohrungen (fokussierend) gekennzeichnet sind.

Die Primärflammenaustritts-Expansionsdüsenbohrung trägt das Bezugszeichen 46 und die Austrittsbohrung für Spritzzusätze ist mit dem Bezugszeichen 49 gekennzeichnet.

Die Fig. 4 zeigt den Betriebskomponenten-Anschlußblock 9. Er weist den Kühlwasservorlaufanschluß 1a, den Sekundärgasanschluß 2a, den Primärgasanschluß 3a, Beschickungskanalanschluß 4a, Primärheizgasanschluß 5a, Sekundärheizgasanschluß 6a und Kühlwasserrücklaufanschluß 7a auf. Diese setzen sich jeweils mit entsprechenden Kanälen 1b bis 7b im Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 fort, wobei die Kanäle 1b bis 7b mit mediengleichen Kanälen 1c bis 7c des Gerätegrundkörpers 12 korrespondieren.

Lediglich der Primärgaskanal 3b und der Primärheizgaskanal 5b münden zuvor in eine Sauerstoffverteilerkammer 11 bzw. Brenngasverteilerkammer 10, wobei dann diese mit den mediengleichen Kanälen 3c bzw. 5c korrespondieren. Mittels Schrauben 8 ist der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 an den Gerätegrundkörper 12 angeschlossen und durch O-Ringe 50 an seiner Stirnfläche 68 abgedichtet.

Die Fig. 5 zeigt den Gerätegrundkörper 12. Wie bereits zuvor beschrieben, weist dieser die Kanäle 1c bis 7c auf, die mit entsprechenden mediengleichen Kanälen 1b bis 7b des Betriebskomponenten-Anschlußblockes 9 korrespondieren.

Der Sekundärgaskanal 2c und Sekundärheizgaskanal 6c des Gerätegrundkörpers 12 führen in mediengleiche Kanäle 2d und 6d des Gasmischblockträgers 14, während die Primärgas- 3c- und Primärheizgaskanäle 5c in mediengleiche Kanäle 3d, 5d des Injektorgasmischblocks 13 führen. Der Zentralbeschickungskanal 4c korrespondiert hierbei mit dem Kanal 4d des Injektorgasmischblocks 13.

Der Kühlwasservorlaufkanal 1c steht unterdessen mit dem Kanal 1d, der zwischen Innenschraubhülse 34 und Außenschraubhülse 35 gebildet wird, in Verbindung, wobei die Außenschraubhülse 35 auf das Innengewinde 86 und die Innenschraubhülse 34 auf das Außengewinde 84 des Gerätegrundkörpers 12 aufgeschraubt sind, wobei diese natürlich entsprechende Gewinde 83 bzw. 85 aufweisen.

Der Kühlwasserrücklaufkanal 7c steht mit dem Kanal 7d in Verbindung, der zwischen dem Gerätegrundkörper 12 und der Preßschraube 62 gebildet wird.

Die Fig. 6 zeigt den Gasmischblockträger 14. Er nimmt zentral den Injektorgasmischblock 13 auf und weist die bereits beschriebenen Sekundärgas-2d- und Sekundärheizgaskanäle 6d auf, die mit den Kanälen 2c bzw. 6c des Gerätegrundkörpers 12 korrespondieren.

An der Stirnseite 71 des Gasmischblocks 14 sind Radialringnuten 18 für Sekundärheizgas und 60 für Sekundärgas vorgesehen, wobei der Kanal 2d in die Radialringnut 60 und der Kanal 6d in die Radialringnut 18 mündet. Diese stehen wiederum mit entsprechenden mediengleichen Radialringnuten 20 und 21 des Primärbrennkammergehäuses 29 in Verbindung.

Fig. 7 zeigt den vom Gasmischblockträger 14 aufgenommenen Injektorgasmischblock 13, mit seinen Kanälen 3d, 4d und 5d, die wie zuvor beschrieben, mit den Kanälen 3c, 4c und 5c des Gerätegrundkörpers 12 in Verbindung stehen. Der Kanal 3d für Primärgas führt in einen Ringraum für die Sauerstoffverteilung, von dort durch Injektordruckdüsenbohrungen 58 in den Injektorspalt 57a, während der Kanal 5d in den Radialringraum 57 für Primärheizgas (Brenngas) und von dort aus in den Injektorspalt 57a führt. Das Gemisch setzt sich dann durch die Injektormischdüsenbohrungen 59 in die Radialringnut 22a fort, während der Zentralkanal 4d für den Spritzzusatzwerkstoff bis an die Stirnseite 65 führt und dort in den Zentralkanal 49 des Zentralbohrungskörpers 81 übergeht.

Die Fig. 8 zeigt das Primärbrennkammergehäuse 29 mit seinen Radialringnuten 20 für Sekundärheizgas und 21 für Sekundärheizsauerstoff, sowie das aufgenommene Innenteil 76 mit Zentralbohrungskörper 81. Aus dieser Darstellung geht klar hervor, daß das Pirmärbrennkammergehäuse 29 auch die Sekundärgas- bzw. heizgasmischung vollzielt. Dies erfolgt, indem die aus dem Injektorgasmischblock 13 herangeführte Gasmischung durch die Bohrungen 47,48 in die Primärbrennkammer 28 strömen und die Sekundärgas­ /heizgaskomponenten aus dem Gasmischblockträger getrennt in das Primärbrennkammergehäuse 29 geführt werden und dort in der Radialringnut 25 (Injektorspalt) zusammenführen und über die Primärbrennkammer 28 hinaus durch die Bohrungen 44,45 in die Sekundärbrennkammer 32 des Sekundärexpansionsdüsenkörpers 39 geführt sind.

Anhand den Fig. 11 bis 13 wird nochmals die dominierende Eigenschaften der Acetylen-Sauerstoff-Flamme dargestellt. Aus der Fig. 11 ist ein Diagramm über die Flammtemperaturen von Brenngas-Sauerstoffgemischen, Fig. 12 die Zündgeschwindigkeiten von Brenngas- Sauerstoffgemischen und Fig. 13 über die Primärflammenleitungen von Brenngas-Sauerstoffgemischen abgebildet. Hieraus geht hervor, daß die Acetylen- Sauerstoff-Flamme dominierende Eigenschaften besitzt, wie diese von keinem anderen Brenngas-Sauerstoffgemisch erreicht werden. Sie ist aus diesem Grunde ideal zum thermischen Spritzen von hochschmelzenden Zusatzwerkstoffen geeignet.

Zur Erläuterung ist in Fig. 11 die Kurve von Acetylen einem Gemisch nach TRG103 von

21,5 bis 22,5% Acetylen,
71,5 bis 73,5% Äthylen und
5,0 bis 6,0% Propylen,

einem Gemisch mit Methyl-Acetylen sowie Methan, Propylen und Propan gegenübergestellt.

Die gleichen Gegenüberstellungen finden sich in den Diagrammen der Fig. 12 und 13 wieder.

Gemäß den Fig. 1 bis 8 ist noch auf die Pulver- Pulvertransportgaszufuhr einzugehen.

Im Normalfall wird Pulver und Pulvertransportgas bei Raumtemperatur am Anschluß 4 zugeführt. Für Sonderanwendungen, speziell beim Verspritzen von hochschmelzenden metallischen oder oxydkeramischen pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen, können vorgeheizte Pulvertransportgase, wie z. B. Argon, Stickstoff und andere Gase und vorgeheizte Pulver zugeführt werden. Wird von dieser Möglichkeit vorwiegend Gebrauch gemacht, wird der Anschluß 4a abweichend zur Darstellung gemäß den Fig. 1 bis 8 mit einer Wasserkühlung ausgeführt (Kühlwasservor- und -rücklauf). Das kalte oder vorgeheizte Pulver-Pulvertransportgasgemisch wird durch die Zentralbohrung 4 geführt und mündet in der Primär- Brennkammer 28 aus der Düseneintrittsbohrung 49.

Das nicht vorgewärmte Pulvertransportgasgemisch wird von der Hochgeschwindigkeitsflamme angeschmolzen und mit der kinetischen Energie durch die Sekundär-Brennkammer geführt, von der umhüllenden Sekundärheizflamme (Acetylen + Sauerstoff-Flamme) nachgeschmolzen und zusätzlich beschleunigt durch die wassergekühlte Expansionsdüsenbohrung 38 geführt und tritt stirnseitig aus der Expansionsdüsenbohrung 43 optimal geschmolzen oder im schmelzplastischen Zustand mit der Sekundär- Hochgeschwindigkeitsflamme mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit aus.

In dem Falle, daß vorgeheizte Flammspritzpulver und vorgeheizte Pulvertransportgase den Brenner am Anschluß 4 zugeführt wird (die Vorwärmtemperaturen können zwischen 50 und 800°C betragen), wird der vorgewärmte Spritzzusatzwerkstoff bereits gut angeschmolzen, wenn die Partikel durch die Primär-Brennkammer geführt und von der Primarheizflamme durch die Sekundärbrennkammer gelangt, wo sie noch geschmolzen, zusätzlich beschleunigt, aus der Expansionsdüsenbohrung mit höchstmöglicher Geschwindigkeit mit der Sekundärflamme austritt. Die Vorwärmung von pulverförmigem Zusatzwerkstoff und Pulvertransportgas auf 50°C bis 800°C vor der Zuführung in den Brenner hat mehrere Vorteile gegenüber der Kaltzufuhr. Hierzu ist beispielsweise die geringe Temperaturdifferenz zwischen Pulverpartikel und Heizleistung der Primärflamme zu nennen; dadurch wird das Pulver bei gleicher Verweilzeit in der Flamme besser geschmolzen als bei der Kalteinführung. Ferner ist beispielsweise von Vorteil, daß das vorgeheizte Pulvertransportgas die Primär- und Sekundärflamme weniger kühlt als kalt zugeführtes Pulvertransportgas; dies führt zu höherer Flammheizleistung und höheren Flammgeschwindigkeiten.

Über den Anschluß 4a können auch drahtförmige Spritzzusatzwerkstoffe über die Zentralbohrung 4 in die Primärbrennkammer eingebracht und geschmolzen werden.

Der Drahtvorschub wird in Abhängigkeit von Schmelzpunkt und Drahtdurchmesser so geregelt, daß ein kontinuierlicher Spritzprozeß erfolgen kann.

Die Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel steht ein wesentlicher Funktionsunterschied darin, daß gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1, bei der die Primärgasmischung im Injektorgasmischblock 13, also in einem Zwischenstück erfolgt, hier die Primär-Heizgasmischung (Brenngas und Sauerstoff) direkt in einem Gasmischblock 13a nach dem Injektorprinzip in unmittelbarer Nähe der Primärbrennkammer 28, also ohne Zwischenstück, erfolgt. Die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgenommenen Beschreibungen hinsichtlich der übrigen Vorrichtungs- und Verfahrenselemente treffen unter Berücksichtigung der Anpassung der Ausführungsvariante gemäß Fig. 14 auf diese zu, so daß von einer weiteren Funktionsbeschreibung abgesehen werden kann, da die Ausführungsvariante 14 dem allgemeinen Erfindungsgedanken zu unterstellen ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung in Form eines Allgas-Hochgeschwindigkeits- Flammspritzbrenners zum Beschichten von Oberflächen mit beliebigen hochschmelzenden draht- oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen geschaffen, der beispielsweise den Betrieb mit Acetylen und Sauerstoff problemlos möglich macht.

Bezugszeichenliste

 1 Kühlwasservorlaufkanäle
 2 Sekundärgaskanäle
 3 Primärgaskanäle
 4 Beschickungskanal
 5 Primärheizgaskanäle
 6 Sekundärheizkanäle
 7 Kühlwasserrücklaufkanäle
 8 Inbusschraube
 9 Betriebskomponenten-Anschlußblock
10 Brenngasverteilerkammer (Primärgas)
11 Sauerstoffverteilerkammer (Primärgas)
12 Gerätegrundkörper
13 Injektorgasmischblock für Primärgas
14 Gasmischblockträger für Sekundärgas
15 O-Ring
18 Radialringnut für Sekundärgas
19 O-Ring
20 Radialringnut für Sekundärgas
21 Radialringnut für Sekundärheizsauerstoff
22 Radialringnut für Brenngas-Sauerstoff-Primärgas
22a Radialringnut
23 Bohrung für Sekundär-Heizsauerstoff
24 Injektordruckdüsenbohrung
25 Radialringnut (Injektorspalt)-Sekundärheizgas
26 Bohrungen für Mischung von Sekundär-Heizgas und -Sauerstoff
28 Primärbrennkammer
29 Primärbrennkammergehäuse
30 Primärexpansionsdüsenbohrung
31 Sekundärbrennkammergehäuse
32 Sekundärbrennkammer
33 Ringraum für Kühlwasserrücklauf
34 Innenschraubhülse
35 Außenschraubhülse
36 Ringraum für Kühlwasservorlauf
37 Ringraum für Kühlwasserrücklauf
38 Expansionsdüsenbohrung
39 Sekundärexpansionsdüsenkörper
40 Radialbohrungen für Kühlwasser
41 O-Ring
42 O-Ring
43 Expansionsdüsenaustrittsbohrung
44 Bohrung in 29
45 Bohrung in 29
46 Primär-Flammenaustritts-Expansionsdüsenbohrung
47 Injektorgasmischbohrungen für Primärgasgemisch
48 Injektorgasmischbohrungen für Primärgasgemisch
49 Bohrung für Spritzzusätze in 76
50 O-Ring
56 Ringraum von 13 für Sauerstoffverteilung
57 Radialringraum für Primärheizgas (Brenngas)
57a Injektorspalt
58 Injektordüsenbohrungen
59 Injektormischdüsenbohrungen
60 Radialringmutter für Sekundärgas
62 Preßschraube
63 Radialringnut für Sekundär-Sauerstoff (Gasmischblock)
64 Primärheizflamme
65 Hochgeschwindigkeitsflamme
68 Stirnfläche von 9
71 Stirnfläche von 14
75 Stirnseite von 13
76 Innenteil
77 Stirnseite von 76
78 Stirnseite von 14
79 Bohrung für Sekundärheizgas in 29
80 Überwurfteil
81 Zentralbohrungskörper
82 Zentralbohrungskörper
83 Innengewinde 34
84 Außengewinde von 12
85 Außengewinde von 34
86 Innengewinde von 12

Claims (30)

1. Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von hoch­ schmelzenden draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen zum Beschichten von Oberflächen unter Verwendung von acetylen­ haltigem Heizgas (=Brenngas), dadurch gekennzeichnet,

• a) daß mittels mindestens zwei voneinander unabhängig arbeitender Gasmischsystemen, der, in eine Primärbrennkammer (28) eingebrachte draht- oder pulverförmige Spritzzusatzwerkstoff von konzentrisch um einen Beschickungskanal (4) angeordneten Primärheizflammen (64) geschmolzen, mit der entstehenden Hochgeschwindigkeitsflamme (65) beschleunigt und durch eine Primärexpansionsdüsenbohrung (30) in eine nachgeschaltete Sekundärbrennkammer (32) geführt wird,
• b) daß diese unter Mitführung der schmelzplastischen Zusatzwerk­ stoffe von der Primärhochgeschwindigkeitsflamme (65) mit Über­ schallgeschwindigkeit durchströmt wird, welche in eine axial zentrisch erweiterte, nachgeschaltete und wassergekühlte Sekundär­ expansionsdüse (39) bzw. in deren Bohrung (38) mündet, so daß im Bereich von radial, axial und/oder fokussierend angeordneten, in die Sekundärbrennkammer (32) einmündende Sekundärbrenngas-Sauer­ stoffkanälen (44, 45) eine Unterdruckzone entsteht und
• c) daß ein Heizgasgemisch mit niedrigen Zuströmdrücken zuführbar ist, wobei sich in der Sekundärkammer (32) radial, axial um die Primär­ hochgeschwindigkeitsflamme (65) das Heizgasgemisch entzündet, expandiert und aufgrund einer hohen Flammentemperatur und einer extremen Zünd- und Verbrennungsgeschwindigkeit zur Restschmelzung der Spritzzusatzwerkstoffe und zu deren zusätzlichen Beschleunigung beiträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärgasmischung im als Injektorgasmischblock (13) ausgebildeten Zwischenstück gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärgasmischung im als Mischblock für Sekundärgase ausgebildeten Primärbrennkammergehäuse (29) gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär-Heizgasmischung direkt in einem Gasmischblock (13a) nach dem Injektorprinzip in unmittelbarer Nähe der Primärbrennkammer (28) gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzzusatzwerkstoff pulverförmig und das Pulvertrans­ portgas bei Raumtemperatur zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Spritzzusatzwerkstoff und/oder die Pulvertransportgase vorgeheizt zugeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, daß der kalte und/oder vorgewärmte Spritzzusatzwerkstoff beim Hindurchführen durch die Primärkammer angeschmolzen, durch die Primärheizflamme durch die Sekundärbrennkammer gebracht, ge­ schmolzen und beschleunigt wird und an der Expansionsdüsenbohrung mit der Sekundärflamme austritt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ausgehend vom Betriebskomponenten-Anschlußblock (9) die Sekundärgas- (2), Sekundärheizgas- (6), Primärgas- (3) und Primärheizgaskanäle (5) getrennt zu jeweils einer Primär­ brennkammer (28) bzw. einer Sekundärbrennkammer (32) geführt sind,
• b) wobei der Spritzzusatzwerkstoffkanal bzw. Bestückungskanal (4), umgehend von den Primärgas-/Heizgaskanälen (3, 5) in die Primär­ brennkammer (28) und die Sekundärgas/Heizgaskanäle (2, 6) über die Primärbrennkammer (28) in Richtung Expansionsdüse (39) hinausge­ führt, in die Sekundärbrennkammer (32) münden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Betriebskomponenten-Anschlußblock (9), einem Gerätegrundkörper (12), einem Gasmischblockträger (14), einem Injektorgasmischblock (13), einem Primärbrennkammergehäuse (29) mit Innenteil (76) bzw. Zentralbohrungskörper (81), Preß­ schraube (62) und Überwurfteil (80), sowie Sekundärexpansions­ düsenkörper (39) und Innenschraubhülse (34) und Außenschraubhülse (35) besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebskomponenten-Anschlußblock (9) mindestens je einen Kühlwasserzugangsanschluß (1a), einen Sekundärgasanschluß (2a), einen Primärgasanschluß (3a), einen Anschluß (4a) für pulverförmige Zusatzwerkstoffe und/oder drahtförmige Spritzzusätze, einen Primär­ heizgasanschluß (5a), einen Sekundärheizgasanschluß (6a) sowie einen Kühlwasser-Rücklaufanschluß (7a) aufweist, die sich als Kanäle (1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b) bis an die Stirnfläche (68) des Betriebs­ komponenten-Anschlußblocks (9) bzw. zu dort angeordneten Verteiler­ kammern (10, 11) fortsetzen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (1b bis 7b) bzw. die Verteilerkammern (10, 11) des Betriebskomponenten-Anschlußblocks (9) mit mediengleichen Kanälen (1c bis 7c) des Gerätegrundkörpers (12) korrespondieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärbrennkammer und/oder Expansionsdüse im Sekundär-Injektorgasmischblock integriert ist (sind).

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerätegrundkörper (12) zumindest teilweise einen Gasmischblockträger (14) für Sekundärgase umgebend aufnimmt, wobei im Gasmischblockträger (14) ein Injektorgasmischblock (13) für Primärgase angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gerätegrundkörper (12) Kanäle (1c bis 7c) aufweist, die mit den Kanälen (1b bis 7b) bzw. mit an der Stirnfläche (68) des Betriebskomponenten-Anschlußblocks (9) angeordneten Ringkanälen (10, 11) korrespondieren.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 14, daß der Anschluß für den Spritzzusatzwerkstoff und/oder die Pulvertransportgase mit einer Wasserkühlung ausgestattet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1c) des Gerätegrundkörpers (12) in einen Kühlwasservorlaufkanal (1d) zwischen Innenschraubhülse (34) und Außenschraubhülse (35) mündet, wobei der Kühlwasserrücklaufkanal (7c) mit dem Kühlwasserrücklaufkanal (7b), gebildet zwischen Gerätegrundkörper (12) und Preßschraube (62) korrespondiert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasmischblockträger (14) jeweils von mindestens einem Sekundärgas- (2d) und Sekundärheizgaskanal (6d) durchsetzt ist, die jeweils einerseits mit den mediengleichen Kanälen (2c, 6c) des Gerätegrundkörpers (12) korrespondieren und an der zur Primärbrennkammer (28) hinweisenden Seite (71) in dort angeordnete Radialnuten (18, 60) für Sekundärheizgas und Sekundärgas führen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektorgasmischblock (13) für Primärgase mindestens je einen Primärheizgaskanal (5d) und Primärgaskanal (3d) sowie eine Zentralbohrung (4d) für Spritzzusatzwerkstoffe aufweist, wobei diese Kanäle (3d bis 4d und 5d) einerseits mit den mediengleichen Kanälen (3c, 4c, 5c) des Gerätegrundkörpers (12) korrespondieren und der Kanal (5d) in einen Radialringraum (57) zwischen Gasmischblockträger (14) und Injektorgasmischblock (13) und der Kanal (3d) in einen Ringraum (56) für die Sauerstoffverteilung mündet(en), während die Zentralbohrung (4d) bis zur Stirnseite (75) des Injektorgasmischblocks (13) weiterführt und ausgehend von dem Ringraum (56), Injektordruckdüsenbohrungen (58) zum Injektorspalt (57a) geleitet sind, von wo aus sich Injektormischdüsenbohrungen (59) zu einer Radialringnut (22a) fortsetzen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich dem Injektorgasmischblock (13) in Richtung Expansionsdüse (39) ein Primärbrennkammergehäuse (29) anschließt, das mindestens ein Innenteil (76) mit den Injektorgasmischbohrungen (47, 48) für Primärgasgemisch sowie eine Bohrung (49) für die Spritzzusätze aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (47, 48) axial und/oder fokussierend im Innenteil (76) angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der zum Injektorgasmischblock (13) hinweisenden Stirnseite (77) des Innenteils (76) eine Radialringnut (22) für Brenngas-Sauerstoff-Primärgas angeordnet ist, die mit der Radialringnut (22a) des Injektorgasmischblockes (13) korrespondiert, wie auch die zentral angeordnete Bohrung (49) mit der Zentralbohrung (4d) des Injektorgasmischblockes (13).

22. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärbrennkammergehäuse (29) an der zum Gasmischblockträger (14) hinweisenden Stirnseite (78) je eine Radialringnut (20) für Sekundärheizgas und eine Radialringnut (21) für Sekundärheizsauerstoff aufweist, die mit den mediengleichen Radialnuten (18, 60) des Gasmischblockträgers (14) korrespondieren.

23. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich von den Radialringnuten (20, 21) jeweils entsprechende Kanäle (23, 79) fortsetzen, wobei diese in einer Radialringnut (25) (Injektorspalt) zusammentreffen, indem die Kanäle (79) direkt und die Kanäle (23) über Injektordruckdüsenbohrungen (24) in die Radialringnut (25) einführen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (79) zumindest teilweise durch den Spalt zwischen Primärbrennkammergehäuse (29) und Überwurfteil (80) gebildet werden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Radialringnut (25) axial und fokussierende Bohrungen (44, 45) zur Sekundärbrennkammer (32) führen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (44, 45) über die Primärbrennkammer (28) hinweggeführt sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Sekundärbrennkammer (32) die Expansionsdüse (39) anschließt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kühlwasserkanalvorlauf (1) ausgehend vom Anschluß (1a) des Betriebskomponenten-Anschlußblockes (9) durch den Gerätegrundkörper (12), zwischen Innenschraubhülse (34) und Außenschraubhülse (35) bis hin zu Radialbohrungen (40) an der Expansionsdüsenaustrittsbohrung (43) fortsetzt und sodann in den Kühlwasserrücklauf übergeht, indem sich der Kühlwasserkanal zwischen Expansionsdüsenkörper (39) und Innenschraubhülse (34) erstreckt und in einen Kühlwasserringraum (33) übergeht, wobei von hier aus ein Kühlwasserkanal (16) zum Kühlwasserrücklaufanschluß (7a) des Betriebskomponenten-Anschlußblocks (9) führt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärbrennkammergehäuse (29) als Sekundärinjektorgasmischblock ausgebildet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärbrennkammer (28) des Brennkammergehäuses (29) eine Übergangsexpansionsdüsenbohrung (30) aufweist.