CH671345A5 - - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft einen Flammspritzbrenner zur Verarbeitung pulver- oder drahtförmiger Spritzwerkstoffe mit einem Brennerkörper und einem Brennerkopf,
wobei der Brennerkörper Zuführvorrichtungen für den Spritzwerkstoff sowie für ein Brenngas und ein Oxydationsgas aufweist und wobei der Brennerkopf einen mit mehreren Gasdüsenkanä- len und mindestens einem Kanal für den Spritzwerkstoff ver- sehenen Düsenteil sowie einen Düsenträgerteil aufweist, die miteinander und - gegebenenfalls über ein Anschlussteil mit dem Brennerkörper auswechselbar verbunden sind,
wo bei der Düsenträgerteil mindestens einen mit dem entspre chenden Kanal für den Spritzwerkstoff im Düsenteil und mit der entsprechenden Zuführvorrichtung im Brennerkörper in Verbindung stehenden Spritzwerkstoff-Förderkanal auf weist.
Flammspritzbrenner dieser Art für pulverförmige Spritz- werkstoffe sind beispielsweise aus der DE-Patentschrift <B>1</B>646 027 bekannt. Die dort beschriebene Anordnung weist eine ringförmige Mischkammer auf, der einerseits aus einem gemeinsamen Förderkanal Brenngas zugeführt wird und in welche andererseits mehrere Oxydationsgaskanäle einmün den. Die Mischkammer besitzt dabei ein relativ grosses Vo lumen, wodurch ein Flammenrückschlag bzw. eine Rück zündung bis in die Mischkammer, die sich, wie die Praxis ge zeigt hat, bei einem solchen Brenner nicht ausschliessen las sen, sehr schwerwiegende Folgen nach sich ziehen können.
Bei einer solchen bekannten Brennerkonstruktion ist fer ner eine Änderung der Flammenenergie nur schwer möglich und erfordert das Eingreifen eines Fachmannes, um beim Auswechseln des die Mischkammer enthaltenden Teils die erforderliche Sicherheit zu gewährleisten. Dies macht eine Umstellung bei der Verarbeitung von verschiedenartigen Spritzwerkstoffen problematisch.
Ein weiterer bedeutender Nachteil eines solchen Brenners besteht darin, dass er an die in einzelnen Ländern bestehen den Vorschriften bezüglich des maximal zugelassenen Brenn- gasdruckes nicht oder nur sehr schwer angepasst werden kann, da dabei für die Mischung eine Oxydationsgasge- schwindigkeit erforderlich wird, die bereits im kritischen Be reich liegt.
Ferner ist bei einem Brenner der bekannten Art das Flammenprofil in seiner Gesamtheit vorgegeben und nicht einzelnen Anwendungsfällen anpassbar.
Um die Auswirkungen eines Flammenrückschlages mög lichst gering zu halten, wurde andererseits vorgeschlagen, die Gasmischung erst im Düsenteil vorzunehmen. Bei einem sol chen Brenner ist jedoch die Durchmischung der Gase nicht zufriedenstellend, da der Gasweg nach der Mischung zu kurz ist und auch die Möglichkeit wegfällt, durch konstruktive Mittel die Durchmischung zu verbessern. Die Ausnutzung der optimalen Flammengeschwindigkeit ist daher in einem solchen Brenner nicht möglich, und die Unregelmässigkeit der einzelnen Flammenkegel beeinträchtigt die Qualität der gespritzten Schichten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nach teile der bekannten Brenner zu beseitigen und insbesondere einen Flammspritzbrenner zu schaffen, der einfach und vom Benutzer selbst problemlos an die verschiedensten Spritzbe- dingungen und Anwendungsfälle anpassbar ist, insbesondere im Hinblick auf die Brennerleistung, so dass optimale Spritz- ergebnisse erzielt werden können und eine wesentliche Ver besserung der Sicherheit im Betrieb gewährleistet ist.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines solchen Flammspritzbrenners möglichst zu vereinfachen und eine kostensparende Herstellung zu ermöglichen.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Düsenträgerteil mindestens zwei Injektordüsen aufweist, die jeweils von der Verbindungsstelle mit dem Brennerkörper bzw. einem Anschlussteil her in den Düsenträgerteil aus wechselbar eingesetzt sind und die im Anschluss an einen entsprechenden Oxydationsgaskanal eine kalibrierte, in eine entsprechende Injektor-Mischkammer mündende Oxyda- tionsgas-Eingangsbohrung aufweisen,
dass der Düsenträger teil ferner zu jeder Injektor-Mischkammer eine seitlich in Be zug auf die genannte Oxydationsgas-Eingangsbohrung in die Injektor-Mischkammer einmündende kalibrierte Brenngas- Eingangsbohrung aufweist, die mit einem entsprechenden Brenngaskanal in Verbindung steht, und dass der Düsenträ- gerteil mindestens zwei Injektor-Ausgangskanäle aufweist,
die jeweils von einer entsprechenden Injektor-Mischkammer ausgehen und die an der Verbindungsstelle mit dem Düsen teil jeweils in mindestens einen Gasdüsenkanal münden.
Vorzugsweise weist der Düsenträgerteil mindestens zwei Injektordüsen auf, die im wesentlichen parallel zueinander um einen zentralen Förderkanal für den Spritzwerkstoff an geordnet sind.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsform wird der Brenngaskanal im Düsenträgerteil durch eine die Brenngas- Eingangsbohrung kreuzende Sackbohrung gebildet, wobei sich die Brenngas-Eingangsbohrung vorzugsweise bis zur Aussenwand des Düsenträgerteils erstreckt und diese Boh rung nach aussen durch ein in sie eingepresstes, im wesentli chen kugelförmiges Verschlussteil abgeschlossen ist.
Jede Injektor-Mischkammer weist vorzugsweise in der Umgebung der Oxydationsgas-Eingangsbohrung eine kegel- stumpfförmige, nach innen vorspringende Wandfläche auf. Die Achsen der Oxydationsgas- und der Brenngas-Eingangs- bohrungen kreuzen sich bei einer bevorzugten Ausführungs form in der Nähe der Mündungsstelle der Oxydationsgas- Eingangsbohrung und schliessen einen Winkel zwischen 30" und 90 ein.
Das Verhältnis der Austrittsgeschwindigkeiten des Oxy dationsgases und des Brenngases aus den entsprechenden Eingangsbohrungen in eine Injektor-Mischkammer liegt bei spielsweise zwischen 2 und 15, vorzugsweise zwischen 2,5 und 13. Dabei kann die Austrittsgeschwindigkeit des Oxyda tionsgases zwischen 500 und 650 m/sec liegen und die ent sprechende Austrittsgeschwindigkeit des Brenngases zwi schen 50 und 200 m/sec. Der Oxydationsgasdruck liegt vor zugsweise zwischen 2 und 5 bar und der entsprechende Brenngasdruck zwischen 0,5 und 1,5 bar.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, welches in der beigefügten Zeichnung veranschau licht ist.
Es zeigen: Fig. 1 den düsenseitigen Teil eines Flammspritzbrenners, bei dem der Brennerkopf im Axialschnitt dargestellt ist, und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1. Der Brenner gemäss den Figuren 1 und 2 ist ein autoge ner Pulver-Flammspritzbrenner mit einem Brennerkörper 1 und einem Brennerkopf, der seinerseits einen Düsenträger teil 2 und einen Düsenteil 3 umfasst.
Der in seiner Grund form zylindrische Düsenträgerteil 2 ist mit einem ebenfalls zylindrischen Anschlussteil des Brennerkörpers 1 bzw. mit einem entsprechenden trennbaren Anschlussstück desselben durch eine Überwurfmutter 4 verbunden, während eine Überwurfmutter 5 in ähnlicher Weise die koaxialen Teile 2 und 3 miteinander verbindet.
Dem Brennerkörper 1 wird mit Hilfe von nicht darge stellten Zuführvorrichtungen ein Gemisch eines Flamm- spritzpulvers mit einem zu dessen Förderung dienenden Trä gergas, z. B. Sauerstoff oder Luft, zugeführt, sowie Azetylen als Brenngas und Sauerstoff als Oxydationsgas. Gegebenen falls weist der Brennerkörper Anschluss-, Regel- und Ab sperrvorrichtungen für diese Gase und das Spritzpulver auf.
Ein strichliniert angedeuteter zentraler Zuführungskanal 15 im Brennerkörper dient zur Zuführung des Pulver- Trägergasgemisches an den Brennerkopf und setzt sich in ei nem entsprechenden Kanal 16 des Düsenträgerteils und ei nem Kanal 17 des Düsenteils fort. Ferner weist der Brenner körper bzw. das Anschlussstück 1 je drei getrennte Zufüh rungskanäle, wie 13, für Azetylen und je drei getrennte Zu führungskanäle, wie 14, für Sauerstoff auf, die ebenfalls strichliniert angedeutet sind und parallel zum Kanal 15 ver laufen.
Der Düsenträgerteil 2 besitzt drei Brenngaskanäle, wie 7, die an die entsprechenden Kanäle 13 des Brennerkörpers 1 anschliessen. Vorzugsweise sind diese Kanäle in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet, doch kommen auch andere Anordnungen wie auch eine von drei verschie dene Anzahl der jeweiligen Kanäle, z. B. 2 oder 4, in Be tracht.
Die Brenngaskanäle 7 im Düsenträgerteil sind als Sackbohrungen ausgeführt und setzen sich jeweils in einer kalibrierten Brenngas-Eingangsbohrung 8 fort, welche die entsprechende Sackbohrung kreuzt und in eine Injektor- Mischkammer 10 mündet.
Um den Düsenträgerteil in einem einzigen Teil und zugleich die Brenngas-Eingangsbohrung als kalibrierte Bohrung ausführen zu können, geht die Boh rung 8 vom Umfang des beispielsweise aus Messing herge stellten Teils 2 aus und ist mit Hilfe einer in den äusseren Abschnitt der Bohrung eingepressten Stahlkugel nach aus sen verschlossen. Diese Ausführung stellt eine vom Gesichts punkt der Wirtschaftlichkeit der Herstellung wie auch der Betriebssicherheit äusserst günstige Lösung dar.
Die Injektor-Mischkammer 10 steht ferner mit dem Sau erstoff-Zuführungskanal 14 in Verbindung, und zwar über einen Oxydationsgaskanal 12 und eine Oxydationsgas- Eingangsbohrung 11, die in einer Injektordüse 60 verlaufen. Die Injektordüse 60 sowie die den beiden anderen getrennten Oxydationsgaskanälen entsprechenden Injektordüsen 61, 62 sind in den Düsenträgerteil eingeschraubt und von der An- schlussseite des Brennerkörpers her zugänglich und aus wechselbar.
Die Injektordüsen ragen mit einem kegelstumpfförmigen Teil in die entsprechende Injektor-Mischkammer, wie 10, hinein, die einen zylindrischen Abschnitt und eine im wesent lichen kegelförmige Verengung aufweist und in einen Injek- tor-Ausgangskanal 20 übergeht.
Die Achsen der Sauerstoff-Eingangsbohrung und der Azetylen-Eingangsbohrung kreuzen einander in der Nähe der Stirnfläche der Injektordüse im zylindrischen Abschnitt der Kammer und bilden einen Winkel von annähernd 90 . Gemäss einer anderen Ausführungsform liegt dieser Winkel zwischen 30\ und 90\, wobei der niedrigste Wert dem Nei gungswinkel der Erzeugenden des kegelstumpfförmigen In jektor-Düsenteils entspricht.
Bei der vorliegenden Anordnung sind beide Eingangs bohrungen, sowohl diejenige für Sauerstoff in der Injektor- düse, als auch diejenige für das Brenngas Azetylen im Dü- senträgerteil, als kalibrierte Bohrungen ausgeführt. Damit wird die Durchflussmenge diese Gase mit Hilfe des Gas druckes in der Zuführungsvorrichtung einstellbar, und es entfallen andere Mittel, wie flow meter , zur Bestimmung dieser Durchflussmengen.
Die Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus den Eingangs bohrungen zur Injektor-Mischkammer ist damit ebenfalls vom eingestellten Gasdruck bestimmt und beträgt beispiels weise für Sauerstoff 500 bis 650 m/sec und für Azetylen 50 bis 200 m/sec.
Das Verhältnis der beiden Austrittsgeschwin digkeiten liegt vorzugsweise zwischen 2 und 15, insbesondere zwischen 2,5 und 13. ' Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt der Sauerstoffdruck 3,0 bar und die Austrittsgeschwindigkeit aus der Injektordüse mit einer kalibrierten Bohrung von 0,45 mm Durchmesser beträgt 550 m/sec. Eine im Winkel von 90\ dazu liegende Azetylen-Eingangsbohrung von 1 mm Durchmesser bewirkt bei einem Druck von 0,7 bar eine Brenngas-Austrittsgeschwindigkeit von 130 m/sec.
Die För- derleistung des Brenners pro Injektor beträgt damit 3301/ min.
Eine Auswechslung der Injektordüsen erlaubt eine Ände rung der Leistung des Brenners. Beispielsweise bewirkt eine Erhöhung des Durchmessers der Sauerstoff-Eingangsboh- rung auf 1 mm bei gleichbleibendem Druck von 3,0 bar, und damit einer Austrittsgeschwindigkeit von 600 m/sec, eine Er höhung der Leistung pro Injektor auf 7001/min.
Der Durchmesserbereich der kalibrierten Eingangsboh rungen, die eine minimale Länge von 0,2 mm haben, liegt zwischen 0,1 und 1,5 mm.
Beträgt der Winkel zwischen den Achsen der Eingangs bohrungen beispielsweise 30\ anstelle von 90\, so wird die gleiche Durchflussmenge des Brenngases bei einem Druck von 0,6 bar anstelle von 0,7 bar erreicht. Die Durchmi- schung der Gase erweist sich als optimal, wenn der genannte Winkel zumindest näherungsweise 90 beträgt. Im Düsenteil 3 ist eine Anzahl von Gasdüsenkanälen 18 angeordnet, die an ihrem mündungsseitigen Ende einen Be schleunigungsteil 19 aufweisen und an ihrem eingangssei- tigen Ende von einer entsprechenden Verteilkammer 21 aus gehen.
Eine solche Verteilkammer verbindet beispielsweise eine Gruppe von Gasdüsenkanälen mit einem einzigen Injek- tor-Ausgangskanal. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird bei der vorliegenden Erfindung das gesamte geförderte Brenngas-Oxydationsgas-Volumen auf mehrere voneinander unabhängige Injektor-Mischvorrichtungen verteilt.
In jeder dieser Mischvorrichtungen ist dabei der Querschnitt des Sauerstoff-Eingangskanals durch Austauschen der Injektor- düse wählbar und damit an eine gewünschte Brennerleistung anpassbar. Die Anordnung von mehreren unabhängigen,
einzeln austauschbaren Injektordüsen erlaubt ferner im sel ben Düsenträgerteil vor den einzelnen Mischkammern un terschiedliche Injektordüsen einzusetzen und damit das Pro fil der Flamme über den gesamten Umfang des Düsenteils veränderlich und einem bestimmten Anwendungsfall ange- passt zu gestalten. Dazu kommt noch die Möglichkeit, durch verschiedene Düsenteile mit jeweils verschiedenen Anord nungen der Düsenkanäle und der Verteilkammern die Zu ordnung der einzelnen Düsenkanäle zu einer bestimmten In jektordüse in äusserst weitem Umfang zu variieren.
So kann beispielsweise bei dem vorstehend beschriebenen Brenner ein Düsenteil verwendet werden, bei dem die Verteilkammern, wie 21, entweder in einer einzigen Ringkammer zusammen- gefasst sind, oder so geformt sind, dass eine beliebige Zuord nung der einzelnen Gasdüsenkanäle 18 zu den verschiedenen Injektordüsen zustande kommt.
Die Aufteilung der Mischvolumen auf mehrere unabhän gige Mischkammern ist auch bei einem allfälligen Flammen rückschlag in einem der Gaswege von grossem Vorteil, da sich die Auswirkung eines solchen Rückschlags bzw. einer Rückzündung auf das entsprechende Teilvolumen be schränkt, wodurch das Risiko nicht nur in seiner Häufigkeit, sondern auch in seinem Umfang erheblich verringert ist.
Die hier beschriebene Konstruktion, bei der die Injektor- düsen von der Trennstelle zwischen Brennerkörper und Dü- senträgerteil aus einsetzbar sind, erlaubt eine einfache Aus wechslung derselben. Ferner wird bei der vorliegenden Anordnung die Verwendung von O-Ringen zur Abdichtung vermieden, wodurch die Gefahr einer Zerstörung solcher Dichtungsringe bei einem Flammenrückschlag entfällt und damit die Sicherheit beim Betrieb des Brenners wesentlich verbessert wird.
Insgesamt weist demnach der vorliegende Flammspritz- brenner eine vereinfachte, wirtschaftlichere Konstruktion auf, bietet eine erhöhte Sicherheit und erlaubt im Betrieb so wohl eine optimale Anpassung der Brennerleistung und des Flammenprofils an einen gegebenen Anwendungsfall als auch eine Einstellung der Gasdurchflussmengen aufgrund des entsprechenden Gasdrucks, was eine entscheidende Ver einfachung der Bedienung bedeutet.
Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE 1. Flammspritzbrenner zur Verarbeitung pulver- oder drahtförmiger Spritzwerkstoffe mit einem Brennerkörper und einem Brennerkopf, wobei der Brennerkörper Zuführ- vorrichtungen für den Spritzwerkstoff sowie für ein Brenn- gas und ein Oxydationsgas aufweist und wobei der Brenner kopf einen mit mehreren Gasdüsenkanälen und mindestens einem Kanal für den Spritzwerkstoff versehenen Düsenteil sowie einen Düsenträgerteil aufweist,die miteinander und, mit dem Brennerkörper auswechselbar verbunden sind, wo bei der Düsenträgerteil mindestens einen mit dem entspre chenden Kanal für den Spritzwerkstoff im Düsenteil und mit der entsprechenden Zuführvorrichtung im Brennerkörper in Verbindung stehenden Spritzwerkstoff-Förderkanal auf weist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenträgerteil (2) mindestens zwei Injektordüsen (60, 61) aufweist, die jeweils von der Verbindungsstelle mit dem Brennerkörper (1)her in den Düsenträgerteil (2) auswechselbar eingesetzt sind und die im Anschluss an einen entsprechenden Oxydationsgaska- nal (12) eine kalibrierte, in eine entsprechende Injektor- Mischkammer mündende Oxydationsgas-Eingangsbohrung (11) aufweisen, dass der Düsenträgerteil (2) ferner zu jeder Injektor-Mischkammer (10) eine seitlich in bezug auf die ge nannte Oxydationsgas-Eingangsbohrung (11) in die Injek- tor-Mischkammer (10)einmündende kalibrierte Brenngas Eingangsbohrung (8) aufweist, die mit einem entsprechen den Brenngaskanal (7) in Verbindung steht, und dass der Düsenträgerteil (2) mindestens zwei Injektorausgangskanäle (20) aufweist, die jeweils von einer entsprechenden Injektor- Mischkammer (10) ausgehen und die an der Verbindungs stelle mit dem Düsenteil jeweils in mindestens einen Gasdü- senkanal (18) münden.
- 2. Flammspritzbrenner zur Verarbeitung pulver- oder drahtförmiger Spritzwerkstoffe mit einem Brennerkörper und einem Brennerkopf, wobei der Brennerkörper Zuführ- vorrichtungen für den Spritzwerkstoff sowie für ein Brenn- gas und ein Oxydationsgas aufweist und wobei der Brenner kopf einen mit mehreren Gasdüsenkanälen und mindestens einem Kanal für den Spritzwerkstoff versehenen Düsenteil sowie einen Düsenträgerteil aufweist, die miteinander und, über ein Anschlussteil,mit dem Brennerkörper auswechsel bar verbunden sind, wobei der Düsenträgerteil mindestens einen mit dem entsprechenden Kanal für den Spritzwerk- stoff im Düsenteil und mit der entsprechenden Zuführvor- richtung im Brennerkörper in Verbindung stehenden Spritz- werkstoff-Förderkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenträgerteil (2) mindestens zwei Injektordüsen (60, 61) aufweist,die jeweils von der Verbindungsstelle mit dem Anschlussteil her in den Düsenträgerteil (2) auswechsel bar eingesetzt sind und die im Anschluss an einen entspre chenden Oxydationsgaskanal (12) eine kalibrierte, in eine entsprechende Injektor-Mischkammer mündende Oxyda- tionsgas-Eingangsbohrung (11) aufweisen, dass der Düsen trägerteil (2) ferner zu jeder Injektor-Mischkammer (10) eine seitlich in bezug auf die genannte Oxydationsgas-Eingangs- bohrung (11) in die Injektor-Mischkammer (10)einmünden de kalibrierte Brenngas-Eingangsbohrung (8) aufweist, die mit einem entsprechenden Brenngaskanal (7) in Verbindung steht, und dass der Düsenträgerteil (2) mindestens zwei In jektorausgangskanäle (20) aufweist, die jeweils von einer ent sprechenden Injektor-Mischkammer (10) ausgehen und die an der Verbindungsstelle mit dem Düsenteil jeweils in min destens einen Gasdüsenkanal (18) münden.
- 3. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 1 oder 2, mit einem zentralen Förderkanal (16, 17) für den Spritz- werkstoff im Düsenträgerteil (2) und im Düsenteil (3), da durch gekennzeichnet, dass der Düsenträgerteil (2) minde stens drei Injektordüsen (60, 61, 62) aufweist, die im wesent- liehen parallel zueinander um den zentralen Förderkanal (16) herum angeordnet sind.
- 4. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenngaskanal (7) im Dü- senträgerteil (2) durch eine die Brenngas-Eingangsbohrung (8) kreuzende Sackbohrung gebildet wird.
- 5. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Brenngas-Eingangsbohrung (8) bis zur Aussenwand des Düsenträgerteils (2) erstreckt und dass diese Bohrung nach aussen durch ein in sie eingepress- tes, im wesentlichen kugelförmiges Verschlussteil (9) abge schlossen ist.
- 6. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Injektor-Mischkammer (10) in der Umgebung der Oxydationsgas-Eingangsbohrung (11) eine kegelstumpfförmige, nach innen vorspringende Wandfläche aufweist.
- 7. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achsen (11, 8) der Oxydations gas- und der Brenngas-Eingangsbohrungen in der Nähe der Mündungsstelle der Oxydationsgas-Eingangsbohrung (11) kreuzen, wobei diese Achsen einen Winkel zwischen 30' und 90 einschliessen.B. Flammspritzbrenner nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Winkel zumindest annä hernd 90 beträgt.
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