EP0412355A1 - Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole - Google Patents

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EP0412355A1
EP0412355A1 EP90114216A EP90114216A EP0412355A1 EP 0412355 A1 EP0412355 A1 EP 0412355A1 EP 90114216 A EP90114216 A EP 90114216A EP 90114216 A EP90114216 A EP 90114216A EP 0412355 A1 EP0412355 A1 EP 0412355A1
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flame spray
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high-speed flame spray gun with a water-cooled combustion chamber, injector gas mixing block and expansion nozzle, in which the gas and flame-exposed surfaces have an affinity-free top layer for the molten spray additive materials and other combustion residues.
  • High-speed flame spray guns have a gas mixing block with a water-cooled combustion chamber and a downstream expansion nozzle.
  • the advantage over conventional flame spray guns is that the fuel gases z. B. acetylene, propane or hydrogen and / or the combustion gases z. B. burn oxygen or air in the water-cooled combustion chamber, resulting in a very strong gas expansion, with the result that the hot gas jet emerging from the water-cooled expansion nozzle has supersonic speed.
  • the injector gas mixing block, the combustion chamber and the connected expansion nozzle are usually made of copper, the surfaces of which are exposed to gas and flame are smoothed to the maximum.
  • the invention is therefore based on the object of providing a high-speed flame spray gun of the type mentioned at the outset, in which no deposits of spray additives and other combustion residues are formed in the region of the combustion chamber.
  • this object is achieved in that the surfaces exposed to gas and flame have a cover layer which has no affinity for the molten spray additive materials and other combustion residues.
  • FIG. 1 shows, among other things, the expansion nozzle 22, the combustion chamber 2, the injector gas mixing block 18 and the cooling water jacket 23 of a high-speed flame spray gun 1.
  • the spray additive in powder form starting from the feed line 24 through the combustion chamber 2.
  • the filler is placed in a molten or melt-plastic state.
  • oxygen flows through the combustion gas supply 4 into the transverse groove 7 through the bore 8 into a radial groove 9 from where it flows through the fuel gas-filled annular groove 13, which acts as an injector gap, via the injector pressure nozzle bore 10.
  • the fuel gas flows via the feed 3 into the transverse groove 12 and flows from here into the annular space 11, which is connected to the annular groove (injector gap) 13.
  • the injector gap 13 is part of the injector system, consisting of an injector pressure nozzle bore 10, an injector gap 13 and an injector mixing nozzle bore 14.
  • the injector system causes a negative pressure to develop in the injector gap, which in this case draws in the fuel gas (so-called Venturi principle in a simplified version).
  • the combustion gas flows at supersonic speed from at least two injector pressure nozzle bores 10 through the annular groove (injector gap) 13 into the injector mixing nozzle bores 14 and thereby sucks fuel gas from the injector gap 13 into the injector mixing nozzle bores 14, where the mixture between fuel and combustion gas takes place.
  • the mixture then enters the combustion chamber 2. Due to the arrangement of the top layer 21 without affinity for the spray additive and the other combustion residues on the end face 17 of the injector gas mixing block 18, on the combustion chamber wall 16, the combustion chamber floor 19 and on the transition area 20 to the expansion nozzle 22, the spray additive material, like the other combustion residues, cannot be contained therein Store or bake the area.
  • Elements are preferably suitable for the cover layer 21 from group VIII of the periodic system, preferably platinum. Furthermore, some members of subgroup I (Ia), namely gold / silver and ceramic layers, for example oxide and carbide ceramic layers.
  • the cover layer 21, for example gold layer, is preferably applied to the finished component and tested for functionality, for example by galvanic processes or by vapor deposition.
  • the layer thickness is preferably 1 to 5 ⁇ .
  • a high-speed flame spray gun is created, with which by means of the arrangement of a coating layer which has no affinity for spray additive materials and other combustion residues on the gas- and flame-exposed surfaces, a deposition and caking of these substances is avoided and thus prevented, and thus the problem that this deposition of the High-speed flame is entrained and thrown or shot onto the substrate, where it creates defects in the spray layer, is avoided and switched off.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole mit wassergekühlter Brennkammer (2), Injektorgasmischblock (18) und Expansionsdüse (22), die dadurch gekennzeichnet ist, daß die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine zu den schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslose Deckschichten 21 aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsflammspritz­pistole mit wassergekühlter Brennkammer, Injektorgasmisch­block und Expansionsdüse, bei der die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine zu den schmelz­flüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungs­rückständen affinitätslose Deckschicht aufweisen.
  • Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistolen weisen einen Gasmischblock mit wassergekühlter Brennkammer und nachgeschalteter Expansionsdüse auf. Der Vorteil gegenüber konventionellen Flammspritzpistolen besteht darin, daß die Brenngase z. B. Acetylen, Propan oder Wasserstoff und/oder die Verbrennungsgase z. B. Sauerstoff bzw. Luft in der wassergekühlten Brennkammer verbrennen, wobei es zu einer sehr starken Gasexpansion kommt, mit der Folge, daß der aus der wassergekühlten Expansionsdüse austretende Heißgasstrahl Überschallgeschwindigkeit aufweist.
  • Hierbei durchströmt z. B. pulverförmiger Spritzzusatz­werkstoff die Brennkammer, wobei dieser in einen geschmolzenen oder schmelzplastischen Zustand versetzt wird. Das Gemisch aus Brenn- und Verbrennungsgas strömt ebenfalls in die Brennkammer ein und ist beim Eintritt des draht- oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffes bereits gezündet. Hierbei entstehen naturgemäß gewisse technische Probleme derart, daß der Zusatzwerkstoff durch den Druck und die Gasverwirbelung in der Brennkammer nachteiligerweise nicht zentrisch in die gegenüberliegende Expansionsdüsenbohrung eintreten kann. Auf diese Weise werden geschmolzene Spritzzu­satzwerkstoffpartikel an die Brennkammerwandung oder an die Stirnseite des Injektorgasmischblocks geschleudert, wo diese anbacken bzw. ablagern.
  • Diese Ablagerungen treten ebenfalls auf dem Brennkammerboden und im Übergangsbereich der Brennkammer zur Expansionsdüsen­bohrung auf.
  • Da diese Ablagerungen von Zeit zu Zeit von der Hochge­schwindigkeitsflamme mitgerissen und auf das Substrat geschleudert bzw. aufgeschossen werden, verursachen diese Fehlstellen in der zu erzeugenden Spritzschicht.
  • Für bestimmte spezielle Anwendungen, z. B. High-Tech-­Schichten im Flugzeugmotorenbau und Gasturbinenschaufelbau sind die herkömmlichen Verfahrensweisen der Schichtauf­bringung daher nicht immer zufriedenstellend.
  • Bei den bekanntten Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistolen besteht der Injektorgasmischblock, die Brennkammer und die angeschlossene Expansionsdüse normalerweise aus Kupfer, deren gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen maximal geglättet sind.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der im Bereich der Brennkammer keine Ablagerungen von Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen gebildet werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine zu den schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslose Deckschicht aufweisen.
  • Besondere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Anhand der beigefügten Zeichnung, die ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wird diese nun näher erläutert.
  • Die Figur 1 zeigt unter anderem die Expansionsdüse 22, die Brennkammer 2, den Injektorgasmischblock 18 und den Kühlwassermantel 23 einer Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 1.
  • In dem Aufnahmeelement 25 an das der Injektorgasmischblock 18 und der Kühlwassermantel 23 angeschlossen werden, sind verschiedene Zu- und Abführungsdüsen 26 bis 30 eingelassen, die in entsprechende Zuführungs- und Abführungsleitungen 3 bis 6 und 24 münden.
  • Hierbei durchströmt z. B. der Spritzzusatzwerkstoff in Pulverform ausgehend von der Zuführungsleitung 24 durch die Brennkammer 2. Im Bereich der Brennkammer 2 wird der Zusatzwerkstoff in einen geschmolzenen oder schmelz­plastischen Zustand versetzt. Z. B. Sauerstoff strömt durch die Verbrennungsgaszuführung 4 in die Quernute 7 durch die Bohrung 8 in eine Radialnute 9 von wo aus dieser über die Injektordruckdüsenbohrung 10 durch die brenngasgefüllte Ringnute 13, die als Injektorspalt fungiert. Das Brenngas strömt über die Zuführung 3 in die Quernute 12 und strömt von hier aus in den Ringraum 11, der mit der Ringnute (Injektorspalt) 13 verbunden ist. Der Injektorspalt 13 ist Teil des Injektorsystems, bestehend aus Injektordruckdüsen­bohrung 10, Inkjektorspalt 13 und Injektormischdüsen­bohrungen 14.
  • Bekanntlich bewirkt das Injektorsystem, daß im Injektorspalt ein Unterdruck entsteht, der im vorliegende Falle das Brenngas ansaugt (sogenanntes Venturi-Prinzip in vereinfachter Ausführung).
  • Das Verbrennungsgas strömt mit Überschallgeschwindigkeit aus mindestens zwei Injektordruckdüsenbohrungen 10 durch die Ringnut (Injektorspalt) 13 in die Injektormischdüsen­bohrungen 14 und saugt dabei Brenngas aus dem Injektorspalt 13 in die Injektormischdüsenbohrungen 14 mit, wo die Mischung zwischen Brenn- und Verbrennungsgas stattfindet. Danach tritt das Gemisch in die Brennkammer 2 ein. Durch die Anordnung der zu dem Spritzzusatzwerkstoff und den sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslosen Deckschicht 21 auf der Stirnseite 17 des Injektorgasmischblocks 18, auf der Brennkammerwandung 16, dem Brennkammerboden 19 und auf dem Übergangsbereich 20 zur Expansionsdüse 22 kann der Spritz­zusatzwerkstoff, wie auch die sonstigen Verbrennungsrück­stände nicht in diesem Bereich ablagern oder anbacken.
  • Die Probleme des Standes der Technik, die sich dadurch ergeben, daß der in die Brennkammer 2, in der bereits das Gasgemisch gezündet ist, eintretende draht- oder pulver­förmige Spritzzusatzwerkstoff durch den Druck und die Gasverwirbelung in der Brennkammer 2 nicht zentrisch in die gegenüberliegende Expansionsdüsenbohrung 15 eintreten kann, und im Bereich der Brennkammerwandung 16, an der Stirnseite 17 des Injektorgasmischblocks 18, auf den Brennkammerboden 19 oder auf den Übergangsbereich 20 der Brennkammer 2 zur Expansionsdüsenbohrung 15 geschleudert werden und dort anbacken, besteht mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung einer zu diesen Stoffen affinitätslosen Deckschicht 21 nicht mehr.
  • Vorzugsweise eignen sich Elemente für die Deckschicht 21 aus der Gruppe VIII des periodischen Systems, vorzugsweise Platin. Ferner einige Angehörige der I. Nebengruppe (Ia), nämlich Gold/Silber sowie keramische Schichten, beispielsweise oxidische und karbidische Keramikschichten.
  • Es eignen sich ferner Schwermetalloxidschichten, wie z. B. eine Titanoxidschicht.
  • Bevorzugterweise erfolgt die Aufbringung der Deckschicht 21, beispielsweise Goldschicht, am fertig bearbeiteten und auf Funktionsfähigkeit geprüften Bauteil, beispielsweise durch galvanische Verfahren oder durch Aufdampfen.
  • Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 1 bis 5µ.
  • Ein weiterer positiver Effekt der Anordnung einer Deckschicht 21 aus vorgenannten Materialien ist, daß die Zündwilligkeit des aus der Expansionsdüse austretenden Initialzündgemisches sprunghaft erhöht wird.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Hochgeschwindig­keitsflammspritzpistole geschaffen, mit der durch die Anordnung einer zu Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslosen Deckschicht auf den gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine Ablagerung und ein Anbacken dieser Stoffe vermieden und verhindert wird und somit das Problem, das diese Ablagerung von der Hochgeschwindigkeitsflamme mitgerissen und auf das Substrat geschleudert bzw. aufgeschossen wird, wo sie Fehlstellen in der Spritzschicht erzeugen, vermieden und ausgeschaltet wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole
    • 2 Brennkammer
    • 3 Brenngaszuführungsleitung
    • 4 Verbrennungsgaszuführungsleitung
    • 5 Kühlwasserzuführungsleitung
    • 6 Kühlwasserabgangsleitung
    • 7 Quernute
    • 8 Bohrung
    • 9 Radialnute
    • 10 Injektordruckdüsenbohrungen
    • 11 Ringkanal
    • 12 Quernute
    • 13 Injektorspalt (Ringnute)
    • 14 Injektormischdüsenbohrungen
    • 15 Expansionsdüsenbohrung
    • 16 Brennkammerwandung
    • 17 Stirnseite des Gasmischblocks
    • 18 Injektorgasmischblock
    • 19 Brennkammerboden
    • 20 Übergangsbereich zur Expansionsdüse
    • 21 affinitätslose Deckschicht
    • 22 Expansionsdüse
    • 23 Kühlwassermantel
    • 24 zentrale Zuführungsleitung für Spritzzusatzwerkstoffe
    • 25 Element zur Aufnahme von 23 und 18
    • 26 Kühlwasserabgangsdüse
    • 27 Kühlwasserzuführungsdüse
    • 28 Brenngaszuführungsdüse
    • 29 Verbrennungsgaszuführungsdüse
    • 30 Spritzzusatzwerkstoffzuführungsdüse

Claims (3)

1. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole mit wasser­gekühlter Brennkammer, Injektorgasmischblock und Expansionsdüse,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine, zu den schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslose Deckschicht (21) aufweisen.
2. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschicht (21) auf der Brennkammerwandung (16), der Stirnseite des Gasmischblocks (17), Brennkammerboden (19) und im Übergangsbereich (20) zur Expansionsdüse (22) angeordnet ist.
3. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil der gas- und flammenbeauf­schlagten Wandung beschichtet ist.
EP90114216A 1989-08-08 1990-07-25 Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole Revoked EP0412355B1 (de)

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