EP0848998A2 - Flammspritzvorrichtung und Verfahren zum thermischen Spritzen - Google Patents

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EP0848998A2
EP0848998A2 EP97121412A EP97121412A EP0848998A2 EP 0848998 A2 EP0848998 A2 EP 0848998A2 EP 97121412 A EP97121412 A EP 97121412A EP 97121412 A EP97121412 A EP 97121412A EP 0848998 A2 EP0848998 A2 EP 0848998A2
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EP
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flame
liquid fuel
liquid
metallic
constriction
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Michael Dr. Dvorak
Robert Dipl.-Ing. Torday
Josef Dipl.-Ing. Schmid
Olivier Wieland
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Castolin SA
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/205—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed being originally a particulate material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • 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
    • C23C4/123—Spraying molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • 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
    • C23C4/129—Flame spraying

Definitions

  • the invention relates to a flame spraying device - in particular one High speed flame spray gun - for thermal spraying metallic and non-metallic spray materials in powder or wire form by means of generated in a combustion chamber and in a constriction pipe accelerated flame from a liquid or gaseous fuel and an oxidizing gas.
  • the invention also covers methods for Injection molding of such materials.
  • a simple safety burner for powder flame spraying with Feed channels for fuel gas as well as for oxidation and carrier gas in one Burner body which has an injector with a powder feed channel, discloses for example the CH-PS 451 662.
  • This burner is with a Neck of the bottle-like powder container receiving the collar Powder feeder equipped, which in turn in a housing part of the Burner body is screwed and of which that powder feed channel as i.w. axial bore starts.
  • High-speed flame spraying systems and guns for gaseous and Liquid fuels have been used to manufacture dense fuels for several years Coatings used.
  • the flame is in one Combustion chamber generated and then - by constriction in a so-called Pinch tube - accelerated.
  • U.S. Patent 4,342,551 describes a high speed burner as a whole Ignition system in which the liquid fuel escaping into the combustion chamber burned by the oxygen and the resulting flame in one narrow tubular channel is constricted and thereby accelerated.
  • US-PS 4 343 605 is also a burner with internal combustion become known, in which also no special atomization of the Fuel takes place in the combustion chamber and the High-speed flame is generated by constriction.
  • the inventor has set the goal to improve the structure of the flame spraying device mentioned at the beginning and to facilitate their handling; in particular the mentioned Sealing problems eliminated and thus the service life and safety such devices can be increased overall.
  • the flame spraying device has at least three parts comprehensive water-cooled burner system - preferably one Combustion chamber, a constriction tube and a flame constriction duct -, wherein the constriction tube is interchangeably attached and at least one is assigned by a force accumulator seal.
  • the seal is for the inserted Constriction tube at least a helicoid - so spiral or helical - assigned spring or a leaf spring or a Leaf spring bundle.
  • Has proven to be favorable for a flame spray gun with spray material inlet proven the inlet or entrance area for the powdered Spray material in the constricting tube with a removable insert, in particular a non-ferrous metal insert - preferably made of copper - to equip.
  • the needle valve is for Release or to close the liquid fuel flow also over a helicoidal spring controllable, the needle valve by the liquid fuel pressure opened in the liquid fuel chamber and closed when the pressure drops can be.
  • a leaf spring can also be used for the needle valve or a leaf spring block are used; especially for that it has proved to be favorable for switching off the liquid fuel inflow Needle valve in the liquid fuel chamber from one by compressed air controlled piston acted upon.
  • Flame spray gun is the use of pressure springs - such as the helicoidal spring or the leaf spring bundle - to compensate for the the expansion change in the constriction tube that occurs due to heating.
  • a method for thermal spraying of metallic and non-metallic spray materials in powder or wire form by means of a flame from a liquid or gaseous fuel and an oxidizing gas using the flame spraying device according to the invention where the flame is either with a liquid or gaseous fuel from an aliphatic compound - such as butane, Ethyl alcohol or the like - Or with a liquid or gaseous one Aromatic compound fuel such as kerosene, diesel or the like. petrochemical products is produced. Liquefied gases can also be used Get involved.
  • the method according to the invention is described using the High-speed flame spray gun, especially in the chemical industry - especially the petrochemical industry - as well as for manufacturing of corrosion protection layers in energy generation - for example in large combustion plants - used.
  • a high-speed flame spray gun 10 has a approximately cylindrical central body 12, on the one hand one to his Longitudinal axis A protrudes at an angle w inclined handle 14 and at the other end an axial flame guide tube 16. At its mouth edge 18 shows a connection ring 20 for a cooling water outlet pipe 22, that led to that handle 14 and there a powder feed tube 24th is adjacent; this opens at the end of the guide tube Central body 12.
  • the central body 12 contains a combustion chamber 26 with an atomizing nozzle 30 for liquid fuel and oxygen arranged axially in a chamber base 27 which widens from it in a funnel shape.
  • the combustion chamber 26 tapers towards the guide tube 16 in the manner of a bottle neck to a closure piece 28 in the powder feed area, at which that powder feed tube 24 opens.
  • a further powder feed 24 a is indicated in FIG. 2.
  • an inserted flame constriction tube 34 a is arranged downstream of the combustion chamber 26 in the flame direction x.
  • a further sealing area 44 can be seen between the combustion chamber 26 and the flame necking channel 32 a - as said.
  • a cooling water supply line at 52 a supply line for liquid fuel and at 54 Cable connection provided for an RF cable; this radio frequency line 54 enables the ignition of the high-speed flame.
  • FIG. 6 shows a liquid fuel chamber 56 for the supply of liquid fuel to the atomizing nozzle 30, which is followed by a pressure plate 58 for a needle valve against the direction of flame x; another helicoidal spring 42 a for a valve needle 60 in the liquid fuel supply line to that atomizing nozzle 30 connects to this pressure plate 58 in a holding body or yoke 59.
  • An oxygen supply line 62 is connected to this - inclined to the longitudinal axis A 1 of the atomizing nozzle 30.
  • the pressure plate 58 with the valve needle 60 is pushed up by that helicoidal spring 42 a and the flow to the atomizing nozzle 30 is closed with the needle valve. If the pressure of the liquid fuel in the liquid fuel chamber 56 reaches the desired pressure, the helicoidal spring 42 a is pressed down and the valve needle 60 is guided into the open position; the liquid fuel atomizes with oxygen in the atomizing nozzle 30.
  • FIG. 7 The location of a copper insert 64 as a wear part at the exit of Combustion chamber 26 is illustrated in FIG. 7.
  • FIGS. 8, 9 show a structural design of the flame spray gun 10 a with leaf spring assemblies 66, 66 a for expansion compensation and a safety shutdown controlled by compressed air.
  • the leaf spring bundle 66 of FIGS. 8, 9 for generating a sealing pressure between the combustion chamber 26 and the constricting tube 34 a lies against an end face or ring surface 67 a of a spring chamber 67 and presses against the combustion chamber 26 against a seal indicated at 40 a (see FIG . 11).
  • 9 also offers a powder supply point 25 in the flame constriction tube 34 a and an oxygen feed line 51 to the flame spray gun 10 a .
  • the flame constriction tube 34 a is inserted into the water-cooled flame constriction duct 38 and sealed by spring pressure to compensate for expansion, that is to say by means of the helicoidal springs 42 or the leaf spring bundle 66; when the burner is working, the expansion changes that occur are compensated for by the spring pressure of the energy stores 42, 66.
  • a valve piston 68 is pressed down by the compressed air in a compressed air chamber 70, the needle valve is opened and the liquid fuel is supplied via the liquid fuel chamber 56 to the needle valve - and then to the atomizing nozzle 30 for atomizing with oxygen.
  • the compressed air chamber 70 thus serves to lower the valve piston 68 against the leaf spring assembly 68 a of the valve needle 60 of the needle valve.

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Abstract

Eine Flammspritzvorrichtung (10), insbesondere eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole, für das thermische Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels in einer Brennkammer erzeugter und in einem Einschnürrohr beschleunigter Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff sowie einem Oxidationsgas, weist ein zumindest drei Teile umfassendes wassergekühltes Brennersystem mit Brennkammer (26), Einschnürrohr (34) und einem Flammeneinschnürkanal (32) auf. Das Einschnürrohr (34) ist auswechselbar angebracht und wenigstens einer von einem Kraftspeicher (42,66), druckbeaufschlagten Dichtung (40,40a) zugeordnet. Dieser Dichtung für das eingesteckte Einschnürrohr (34) ist wenigstens eine helicoidale oder aber zumindest eine Blattfeder (42,66) als Kraftspeicher zugeordnet. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Flammspritzvorrichtung -- insbesondere eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole -- für das thermische Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels in einer Brennkammer erzeugter und in einem Einschnürrohr beschleunigter Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff sowie einem Oxidationsgas. Zudem erfaßt die Erfindung Verfahren zum Spritzen derartiger Werkstoffe.
Einen einfachen Sicherheitsbrenner zum Pulverflammspritzen mit Zuführkanälen für Brenngas sowie für Oxydations- und Trägergas in einem Brennerkörper, der einen Injektor mit einem Pulverzuführungskanal aufweist, offenbart beispielsweise die CH-PS 451 662. Dieser Brenner ist mit einem den Hals des flaschenartigen Pulverbehälters aufnehmenden Kragen der Pulverzuführvorrichtung ausgestattet, die ihrerseits in einem Gehäuseteil des Brennerkörpers verschraubt ist und von der jener Pulverzuführungskanal als i.w. axiale Bohrung ausgeht.
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzanlagen und -pistolen für gasförmige und flüssige Brennstoffe werden seit mehreren Jahren zum Herstellen von dichten Beschichtungen verwendet. Bei diesen Anlagen wird die Flamme in einer Brennkammer erzeugt und anschließend -- durch Einschnüren in einem sog. Einschnürrohr -- beschleunigt.
Die Erfahrungen mit diesen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistolen haben gezeigt, daß solche Anlagen relativ große Probleme in Hinsicht auf Verschleiß bzw. Abnützung auf das Ankleben des Spritzwerkstoffes im Einschnürkanal sowie bezüglich des Konstanthaltens der Flammenparameter haben. Schwierigkeiten bestehen zudem mit den damit hergestellten Schichtqualitäten.
Ferner weisen die auf dem Markt angebotenen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistolen einen relativ komplizierten Aufbau auf, wodurch die Herstellungskosten sehr hoch liegen. Infolgedessen können solche Flammspritzpistolen aus Kostengründen nur bedingt angewendet werden.
Die US-PS 4 342 551 beschreibt einen Hochgeschwindigkeitsbrenner samt Zündsystem, bei dem der in die Brennkammer austretende flüssige Brennstoff durch den Sauerstoff verbrannt und die entstehende Flamme in einem engen rohrförmigen Kanal eingeschnürt und dadurch beschleunigt wird. Durch US-PS 4 343 605 ist zudem ein Brenner mit Innenverbrennung bekannt geworden, bei dem ebenfalls keine besondere Verdüsung des Brennstoffes in die Brennkammer erfolgt und die Hochgeschwindigkeitsflamme durch Einschnürung erzeugt wird.
Besondere Schwierigkeiten bei Hochgeschwindigkeits-Spritzpistolen werden durch Dichtungsprobleme in den temperaturbelasteten Bereichen hervorgerufen; diese Dichtungsprobleme entstehen durch die Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe. Bis zum heutigen Tage werden im allgemeinen O-Ringe auf Gummi- oder Kunststoffbasis verwendet, bei denen die jeweilige Standzeit relativ kurz ist, d.h. die Betriebszeit herabgesetztwird.
Angesichts dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, den Aufbau der eingangs erwähnten Flammspritzvorrichtung zu verbessern und deren Handhabung zu erleichtern; insbesondere sollen die erwähnten Dichtungsprobleme beseitigt und damit die Standzeit sowie die Sicherheit derartiger Vorrichtungen insgesamt erhöht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängigen Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.
Erfindungsgemäß weist die Flammspritzvorrichtung ein zumindest drei Teile umfassendes wassergekühltes Brennersystem auf -- bevorzugt eine Brennkammer, ein Einschnürrohr und einen Flammeneinschnürkanal --, wobei das Einschnürrohr auswechselbar angebracht und wenigstens einer von einem Kraftspeicher druckbeaufschlagten Dichtung zugeordnet ist.
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist der Dichtung für das eingesteckte Einschnürrohr zumindest eine helicoidale -- also spiral- oder schraubenlinienförmige -- Feder zugeordnet oder aber eine Blattfeder bzw. ein Blattfederbündel.
Als günstig hat es sich erwiesen, die Schraubenfeder/n im Kühlwasserkanal bzw. die Blattfeder/n in einer Federkammer zu lagern, wobei sie sich jeweils einends an eine Dichtung anpreßt/anpressen; bevorzugt werden Dichtungsringe eingesetzt, insbesondere Paarungen daraus, die einander mit Pultflächen anliegen und so auch radial ihre Gestalt ohne Aufwand zu ändern vermögen.
Als günstig hat sich bei einer Flammspritzpistole mit Spritzwerkstoffeinlaß erwiesen, den Einlaß- oder Eingangsbereich für den pulverförmigen Spritzwerkstoff im Einschnürrohr mit einem lösbaren Einsatz, insbesondere einen Buntmetalleinsatz -- bevorzugt aus Kupfer --, auszustatten.
Im Fließweg des Flüssigbrennstoffes sollen erfindungsgemäß eine Flüssigbrennstoffkammer sowie die Ventilnadel eines Nadelventils zum druckabhängigen Steuern vorgesehen werden. Das Nadelventil ist zur Freigabe bzw. zum Schließen des Flüssigbrennstoffzuflusses ebenfalls über eine Helicoidalfeder steuerbar, wobei das Nadelventil durch den Flüssigbrennstoffdruck in der Flüssigbrennstoffkammer geöffnet sowie bei Druckabfall geschlossen werden kann.
Statt der Helicoidalfeder kann für das Nadelventil jedoch auch eine Blattfeder bzw. ein Blattfedernblock zum Einsatz gelangen; insbesondere dafür hat es sich als günstig erwiesen, zum Abschalten des Flüssigbrennstoffzuflusses das Nadelventil in der Flüssigbrennstoffkammer von einem durch Druckluft gesteuerten Kolben beaufschlagen zu lassen.
Es wird deutlich, daß die Sicherheitsabschaltung beim Abfallen des Flüssigkeits-Brennstoffdruckes nach zwei verschiedenen Methoden vorgenommen zu werden vermag.
Eines der besonderen Konstruktionsmerkmale der erfindungsgemäßen Flammspritzpistole ist also der Einsatz von Druckfedern -- wie beispielsweise der Helicoidalfeder oder des Blattfederbündels -- zur Kompensation der bei der Erwärmung auftretenden Ausdehnungsänderung am Einschnürrohr.
Im Rahmen der Erfindung liegt ein Verfahren zum thermischen Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels einer Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und einem Oxidationsgas unter Verwendung der erfindungsgemäßen Flammspritzvorrichtung, bei dem die Flamme entweder mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aus einer aliphatischen Verbindung -- wie Butan, Ethylalkohol od.dgl. -- oder aber mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aus einer aromatischen Verbindung wie Kerosin, Diesel od.dgl. petrochemischen Produkten erzeugt wird. Auch können verflüssigte Gase zum Einsatz gelangen.
Es hat sich als günstig erwiesen, metallische Werkstoffe mit einer Durchsatzmenge von 0,1 bis 10 kg/h, vorzugsweise 0,5 bis 8,0 kg/h der Flamme zuzuführen oder aber Hartstoffe in einer metallischen Matrix mit einem entsprechenden Durchsatz.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Einsatz der beschriebenen Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole vor allem in der chemischen Industrie -- insbesondere der petrochemischen Industrie -- sowie zum Herstellen von Korrosionsschutzschichten in der Energiegewinnung -- etwa in Großfeuerungsanlagen -- eingesetzt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1:
eine Seitenansicht einer Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole;
Fig. 2, 8:
jeweils einen Längsschnitt einer Ausgestaltung der Flammspritzpistole durch deren Längsachse A in Seitenansicht;
Fig. 3, 9:
jeweils den Längsschnitt zu Fig. 2 bzw. 8 durch die Längsachse A der Flammspritzpistole in Draufsicht;
Fig. 4:
den der Darstellung in Fig. 3 entsprechenden Teillängsschnitt durch eine Brennkammer und einen Flammeinspritzkanal der Flammspritzpistole, die zum Erzeugen von Dichtungsdruck eine Schraubenfeder enthält;
Fig. 5:
einen Teillängsschnitt durch eine Trennungsebene zwischen der Brennerkammer und einem Flammeinschnürkanal zur Ausgestaltung nach Fig. 2 bis 4;
Fig. 6:
ein vergrößertes Detail der Fig. 3 mit einem vom Druck des flüssigen Brennstoffes gesteuerten Nadelventil und eine Zerstäubungsdüse für das Zerstäuben flüssigen Brennstoffes mit Sauerstoff;
Fig. 7:
einen gegenüber Fig. 2 vergrößerten Teilschnitt durch den Bereich einer Pulverzuführung in den Flammeinschnürkanal als Beispiel für die Anordnung von Pulverzuführungsrohren bzw. Pulverzuführungsinjektoren;
Fig. 10:
den gegenüber Fig. 9 vergrößerten Längsschnitt in Draufsicht auf eine Ausführung der Flammspritzpistole mit einem Blattfedernbündel zum Erzeugen von Dichtungsdruck;
Fig. 11:
als vergrößertes Detail der Fig. 10 einen Längsschnitt durch den Übergangsbereich Brennkammer/ Flammeinschnürkanal, Einschnürrohr mit Pulverzufuhrstelle und Blattfederanordnung;
Fig. 12:
die etwa der Fig. 6 entsprechende Draufsicht auf eine andere Ausführung des Nadelventils für Flüssigbrennstoff und ein Zerstäubungsdüsen-System mit Druckluft.
Gemäß Fig. 1 weist eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole 10 einen etwa zylindrischen Zentralkörper 12 auf, von dem einerseits ein zu seiner Längsachse A in einem Winkel w geneigtes Griffstück 14 abragt sowie andernends ein axiales Flammführungsrohr 16. An dessen Mündungskante 18 ist ein Anschlußring 20 für ein Kühlwasser-Austrittsrohr 22 zu erkennen, das zu jenem Griffstück 14 geführt und dem dort ein Pulverzuführrohr 24 benachbart ist; dieses mündet am führungsrohrseitigen Ende des Zentralkörpers 12.
Der Zentralkörper 12 enthält eine Brennkammer 26 mit axial in einem -- sich von ihr aus trichterförmig erweiternden -- Kammerboden 27 angeordneter Zerstäubungsdüse 30 für Flüssigbrennstoff und Sauerstoff. Die Brennkammer 26 verjüngt sich zum Führungsrohr 16 hin flaschenhalsartig zu einem Verschlußstück 28 im Pulverzuführbereich, an dem jenes Pulverzuführrohr 24 mündet. Angedeutet ist in Fig. 2 noch eine weitere Pulverzuführung 24a.
An den Pulverzuführbereich schließt in Flammenrichtung x ein axialer Flammenkanal 32 an, der in einem Flammeneinschnürrohr 34 verläuft. Dieses ist in die Flammspritzpistole 10 eingesteckt und begrenzt mit einem äußeren Hüllrohr 36 einen Kühlwasserkanal 38, der am freien Ende des Führungsrohres 16 von einem -- die Mündungskante 18 anbietenden --Mündungsring 19 aus Stahl überspannt wird.
Gegen den Mündungsring 19 stützt sich ein Ende einer zweiteiligen Dichtung 40 ab, deren -- unterhalb der Fig. 2 als vergrößerter Ausschnitt hervorgehobene -- Ringteile 40', 40'' mit Schrägflächen 41 einander anliegen. An ihrer gegen die Flammrichtung x weisenden Stirnfläche wird die Dichtung 40 von einer helicoidalen -- also spiral- oder schraubenspindelförmigen --Feder 42 beaufschlagt, die im Kühlwasserkanal 38 lagert. Die Fig. 3, 4 lassen erkennen, daß in einem weiteren Dichtungsbereich 44 nahe der Brennkammer 26 entsprechende Dichtungen 40 bzw. Ringteile 40', 40'' federbeaufschlagt sind.
Die Fig. 2 bis 7 zeigen die konstruktive Ausführung mit einer Helicoidalfeder 42 zum Ausdehnungsausgleich mit einer Sicherheitsabschaltung beim Abfallen des Flüssigbrennstoffdruckes ohne Verwendung von Luft. Jene Helicoidalfeder 42 erzeugt einen Dichtungsdruck zwischen der Brennkammer 26 und dem Flammeneinschnürrohr 34. Bei 39 sind Kühlkanäle für die Wasserkühlung der Brennkammer 26 angedeutet.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist der Brennkammer 26 in Flammrichtung x ein eingestecktes Flammeneinschnürrohr 34a nachgeordnet. Zwischen Brennkammer 26 und Flammeneinschnürkanal 32a -- wie gesagt -- ist ein weiterer Dichtungsbereich 44 zu erkennen. Bei 46 findet sich eine mechanische Verschraubung für einen Außenmantel 48 des Zentralkörpers 12.
An den Zentralkörper 12 sind im Heckbereich bei 50 eine Kühlwasser-Zuleitung, bei 52 eine Zuführleitung für Flüssigbrennstoff sowie bei 54 ein Kabelanschluß für ein HF-Kabel vorgesehen; diese Hochfrequenzleitung 54 ermöglicht die Zündung der Hochgeschwindigkeits-Flamme.
In Fig. 6 ist eine Flüssigkeitsbrennstoff-Kammer 56 für die Zuführung flüssigen Brennstoffes zur Zerstäubungsdüse 30 zu erkennen, der gegen die Flammrichtung x eine Druckplatte 58 für ein Nadelventil folgt; an diese Druckplatte 58 schließt in einem Haltekörper oder Joch 59 eine weitere Helicoidalfeder 42a für eine Ventilnadel 60 in der Flüssigkeitsbrennstoff-Zuleitung zu jener Zerstäubungsdüse 30 an. An diese ist -- zur Längsachse A1 der Zerstäubungsdüse 30 geneigt -- eine Sauerstoffzuleitung 62 angeschlossen.
Bei diesem Sicherheitssystem wird die Druckplatte 58 mit der Ventilnadel 60 von jener Helicoidalfeder 42a nach oben gedrückt und dabei der Durchfluß zur Zerstäubungsdüse 30 mit dem Nadelventil geschlossen. Erreicht der Druck des flüssigen Brennstoffes in der Flüssigbrennstoff-Kammer 56 den gewünschten Druck, wird die Helicoidalfeder 42a nach unten gedrückt und die Ventilnadel 60 in Öffnungsstellung geführt; der flüssige Brennstoff zerstäubt mit Sauerstoff in der Zerstäubungsdüse 30.
Die Lage eines Kupfereinsatzes 64 als Verschleißteil am Ausgang der Brennkammer 26 wird in Fig. 7 verdeutlicht.
Die Fig. 8 bis 12 zeigen eine konstruktive Ausführung der Flammspritzpistole 10a mit Blattfederbündeln 66, 66a zur Ausdehnungskompensation und einer mit Druckluft gesteuerten Sicherheitsabschaltung. Das Blattfederbündel 66 der Fig. 8, 9 zum Erzeugen eines Dichtungsdruckes zwischen Brennkammer 26 und Einschnürrohr 34a liegt einer mündungswärtigen Stirn- oder Ringfläche 67a einer Federkammer 67 an und drückt zur Brennkammer 26 hin gegen eine bei 40a angedeutete Dichtung (s. Fig. 11). Zudem bietet Fig. 9 eine Pulverzuführungsstelle 25 im Flammeneinschnürrohr 34a an sowie eine Sauerstoffzuleitung 51 zur Flammspritzpistole 10a.
Das Flammeneinschnürrohr 34a wird in den wassergekühlten Flammeneinschnürkanal 38 eingesteckt und durch Federdruck zur Ausdehnungskompensation abgedichtet, also mittels der Helicoidalfedern 42 bzw. des Blattfederbündels 66; beim Arbeiten des Brenners werden die auftretenden Ausdehnungsänderungen durch den Federdruck der Kraftspeicher 42, 66 kompensiert.
Beim Sicherheitssystem der Fig. 12 wird ein Ventilkolben 68 durch die Druckluft in einer Druckluftkammer 70 nach unten gedrückt, das Nadelventil geöffnet und der Flüssigbrennstoff über die Flüssigbrennstoffkammer 56 dem Nadelventil -- sowie dann der Zerstäubungsdüse 30 zum Zerstäuben mit Sauerstoff -- zugeführt. Die Druckluftkammer 70 dient also zum Absenken des Ventilkolbens 68 gegen das Blattfederbündel 68a der Ventilnadel 60 des Nadelventils.

Claims (14)

  1. Flammspritzvorrichtung, insbesondere Hochgeschwindigkeits-Flammspritzpistole, für das thermische Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels in einer Brennkammer erzeugter und in einem Einschnürrohr besschleunigter Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff sowie einem Oxidationsgas,
    gekennzeichnet durch
    ein zumindest drei Teile umfassendes wassergekühltes Brennersystem mit Brennkammer (26), Einschnürrohr (34) und einem Flammeneinschnürkanal (32), wobei das Einschnürrohr auswechselbar angebracht und wenigstens einer von einem Kraftspeicher (42, 66) druckbeaufschlagten Dichtung (40, 40a) zugeordnet ist.
  2. Flammspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtung (40) für das eingesteckte Einschnürrohr (34) wenigstens eine helicoidale Feder (42) als Kraftspeicher zugeordnet ist.
  3. Flammspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtung (40a) für das eingesteckte Einschnürrohr (34) wenigstens eine Blattfeder (66) als Kraftspeicher zugeordnet ist.
  4. Flammspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (42) in dem das Einschnürrohr (34) umgebenden Kühlwasserkanal (38) lagert und gegen wenigstens einen diesen begrenzenden Dichtring (40) drückbar angeordnet ist.
  5. Flammispritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Federkammer (67) lagernde Blattfederbündel (66) sich gegen eine von deren Ring- oder Stirnflächen (67a) abstützt und an einen Dichtring (40a) drückbar angeordnet ist.
  6. Flammspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (40, 40a) aus wenigstens zwei das Einschnürrohr (34) umfangenden Ringteilen (40', 40'') besteht, die mit zur Längsachse (A) der Flammspritzvorrichtung (10, 10a) geneigten Pult- oder Schrägflächen (41) einander anliegen.
  7. Flammspritzvorrichtung mit Spritzwerkstoffeinlaß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsbereich (25) für den pulverförmigen Spritzwerkstoff im Einschnürrohr (34) von einem lösbaren Einsatz (64) gebildet ist, wobei gegebenenfalls ein Buntmetalleinsatz, bevorzugt einen aus Kupfer geformten Einsatz (64), ausgebildet ist.
  8. Flammspritzvorrichtung mit Zufuhreinrichtung für Flüssigkeitsbrennstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Fließweg des Flüssigbrennstoffes eine Flüssigbrennstoff-Kammer (56) sowie die Ventilnadel (60) eines Nadelventils zum druckabhängigen Steuern vorgesehen sind, wobei gegebenenfalls der Ventilnadel (60) zum Öffnen des Flüssigbrennstoffzuflusses als Steuerelement eine Helicoidalfeder (42a) zugeordnet sowie das Nadelventil durch den Flüssigbrennstoffdruck in der Flüssigbrennstoff-Kammer (56) offen sowie bei Druckabfall schließbar ausgebildet ist, oder wobei der Ventilnadel (60) zum Öffnen des Flüssigkeitsbrennstoffes als Steuerelement zumindest eine Blattfeder (66a) zugeordnet sowie das Nadelventil durch den Flüssigbrennstoffdruck in der Flüssigbrennstoff-Kammer (56) offen sowie bei Druckabfall schließbar ausgebildet ist.
  9. Flammspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nadelventil zum Unterbrechen des Flüssigbrennstoffzuflusses in der Flüssigbrennstoff-Kammer (56) von einem durch Druckluft gesteuerten Kolben (68) beaufschlagbar ausgebildet ist, wobei gegebenfalls der Kolben (68) in einer luftdichten Kammer (70) lagert.
  10. Verfahren zum thermischen Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels einer Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und einem Oxidationsgas unter Verwendung der Flammspritzvorrichtung nach einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aus einer aliphatischen Verbindung wie Butan, Ethylalkohol od.dgl. erzeugt wird.
  11. Verfahren zum thermischen Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels einer Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und einem Oxidationsgas unter Verwendung der Flammspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff aus einer aromatischen Verbindung wie Kerosin, Diesel od.dgl. petrochemischen Produkten erzeugtwird.
  12. Verfahren zum thermischen Spritzen metallischer und nichtmetallischer Spritzwerkstoffe in Pulver- oder Drahtform mittels einer Flamme aus einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und einem Oxidationsgas unter Verwendung der Flammspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flamme mit verflüssigtem Gas erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flamme metallische Werkstoffe mit einer Durchsatzmenge von 0,1 bis 10 kg/h, vorzugsweise 0,5 bis 8,0 kg/h, zugeführt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flamme Hartstoffe in einer metallischen Matrix mit einer Durchsatzmenge von 0,1 bis 10 kg/h, vorzugsweise 0,5 bis 8,0 kg/h zugeführt werden.
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