Verfahren und Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von hochschmelzenden draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen zum Beschichten von Oberflächen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von hochschmelzendem draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen zum Beschichten von Oberflächen, bei der ein Allgas-Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zum Beschichten der Oberflächen mit beliebigen hochschmelzenden draht- oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen verwendet wird.

[0002] Hierbei sind zwei oder mehrere voneinander unabhängig arbeitende Gasmischsysteme, die mit verschiedenen Brenngas-Sauerstoffgemischen arbeiten können, im Gerät integriert.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren, Geräten und Technologien bekannt, die den hohen Anforderungen der modernen Technologie nicht mehr entsprechen.

[0004] In der DE-C-81 18 99 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-C-81 18 99 manuell, beim Austreten aus der Expansionsdüse, elektrisch durch Kurzschluß bzw. durch einen elektrischen Lichtbogen.

[0005] Das Zünden von Wasserstoff kann durch den schmelzflüssigen erhitzten Spritzzusatzwerkstoff erfolgen, der durch die Brennkammer über einen Zugang mit dem Knallgas zusammengeführt wird.

[0006] Die aus derDE-C-81 18 99 vorgeschlagene Konstruktionskonzeption erfüllt in vielerlei Kriterien nicht den Anforderungen, die man heute an eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzanlage stellt.

[0007] Einerseits wird das Brenngas, gemäß DE-C-81 18 99 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.

[0008] 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.

[0009] Ein weiteres Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystem ist aus der EP-A1-0 049 915 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-C-81 18 99 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.

[0010] Diese Technik gemäß EP-A1-0 049 915 weist ebenfalls eine Vielzahl anwendungstechnischer und sicherheitstechnischer Mängel auf.

[0011] Bei der in der EP-A1-0 049 915 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.

[0012] 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. 11,5m/sec gegenüber Propan-Sauerstoff im Mischungsverhältnis 1:5 mit etwa 3,6 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.

[0013] 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.

[0014] Die Anwendung von Acetylen als Heizgas zur Betreibung von Hochgeschwindigkeitsflammspritzsystemen in Verbindung mit Sauerstoff ist jedoch aufgrund des spezifischen Aufbaues des Acetylen-Moleküls problematisch.

[0015] 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. Z. B. 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.

[0016] 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.

[0017] Desweiteren 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-Kammerspritzen hergestellt werden können. Diese vorgenannte Technologie ist sehr kompliziert und äußerst kostenintensiv.

[0018] 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.

[0019] 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 eine wesentlich höhere kinetische Energie des Flammenstrahles erzielt wird, wobei gleichzeitig eine geringere Porösität, und somit eine höhere Dichtheit der Spritzschicht erreicht wird.

[0020] Gelöst wird diese Aufgabe durch das vorgeschlagene Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie durch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 10, wobei besondere Ausführungsmerkmale der Erfindung in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

[0021] Hierbei ist vorgesehen, daß das Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von hochschmelzendem draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen zum Beschichten von Oberflächen, mittels mindestens zwei voneinander unabhängig fungierenden Gasmischsystemen arbeitet, mit denen der in die Primärkammer eingebrachte draht- oder pulverförmige Spritzzusatzwerkstoff von konzentrisch um einen Beschickungskanal angeordneten Primärheizflammen geschmolzen, mit der entstehenden Hochgeschwindigkeitsflamme beschleunigt und durch eine Expansionsdüse in eine nachgeschaltete Sekundärbrennkammer geführt wird, diese unter Mitführung der schmelzplastischen Zusatzwerkstoffe von der Primärhochgeschwindigkeitsflamme mit Überschallgeschwindigkeit durchströmt wird, welche in eine axial zentrisch erweiterte, nachgeschaltete und wassergekühlte Sekundärexpansionsdüse mündet, so daß im Bereich von radial, axial und fokussierend angeordneten, in die Sekundärbrennkammer einmündende Sekundärbrenngas-Sauerstoffkanälen eine Unterdruckzone entsteht und ein Heizgasgemisch mit niedrigen Zuströmdrücken zuführbar ist, wobei sich in der Sekundärkammer radial, axial um die Primärhochgeschwindigkeitsflamme 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] Diese Kanäle bzw. die Verteilerkammern des Betriebskomponenten-Anschlußblocks korrespondieren mit mediengleichen Kanälen des Gerätegrundkörpers, der sich an den Betriebskompon enten -Anschlußblock anschließt.

[0027] Der Gerätegrundkörper nimmt zumindest teilweise einen Gasmischblockträger für Sekundärgase umgebend auf, wobei im Gasmischblockträger ein Injektorgasmischblock für Primärgase angeordnet ist.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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.

[0033] Hierbei sind die Injektorgasmischbohrungen fokussierend und/oder axial im Innenteil angeordnet sind.

[0034] 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.

[0035] 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.

[0036] 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.

[0037] Hierbei ist vorgesehen, daß zumindest teilweise diese Kanäle durch den Spalt zwischen Primärbrennkammergehäuse und Überwurfteil gebildet wird.

[0038] Ausgehend von der Radialringnut führen axial und fokussierende Bohrungen zur Sekundärbrennkammer.

[0039] Diese Bohrungen sind über die Primärbrennkammer hinweggeführt.

[0040] An die Sekundärbrennkammer schließt sich die Expansionsdüse an.

[0041] 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.

[0042] Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß das Primärbrennkammergehäuse als Sekundärgasmischblock ausgebildet ist. Die Primärbrennkammer des Brennkammergehäuses weist eine Übergangsexpansionsdüsenbohrung auf.

[0043] Anhand den beigefügten Zeichnungen, die besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wird diese nun näher erläutert.
Dabei zeigen:

Figur 1

die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Querschnitt

Figur 2

eine Vergrößerung der Figur 1 mit Darstellung des Primärsystems

Figur 3

eine Vergrößerung der Figur 1 mit der Darstellung des Sekundärsystems

Figur 4

den Betriebskomponenten-Anschlußblock 9

Figur 5

den Gerätegrundkörper 12

Figur 6

den Gasmischblockträger 14

Figur 7

den Injektorgasmischblock 13

Figur 8

das Primärbrennkammergehäuse 29

Figur 9

einen Schnitt entlang der in Figur 1 angedeuteten Linie A-A

Figur 10

einen Schnitt entlang der in Figur 1 angedeuteten Linie B-B

Figur 11-13

Diagramme bezüglich der Eigenschaften der Acetylensauerstoffflamme.

Figur 14

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

[0044] Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, die als Flammspritzpistole ausgebildet ist.

[0045] 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 62, Expansionsdüsenkörper 39 und eine diese umgebende Innenschraubhülse 34 und Außenschraubhülse 35 sowie einem den Zentralbohrungskörper 81 aufnehmenden Innenteil 76 (Fig.2) zusammen.

[0046] 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 6 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 64 geschmolzen wird, mit der entstehenden Hochgeschwindigkeitsflamme 65 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 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.

[0047] 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 86 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.

[0048] 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.

[0049] Der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 ist mittels Inbusschrauben 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.

[0050] Innerhalb der Innenschraubhülse 34 befindet sich der Expansionsdüsenkörper 39, der auf das innenliegende Primär-Brennkammergehäuse 29 aufgeschraubt ist.

[0051] 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.

[0052] Hierbei wird der Kühlkanal 7d durch den Spalt zwischen Gerätegrundkörper 12 und Preßschraube 62 bis hin zum Ringraum 33 weitergeführt.

[0053] Somit beschreitet das Kühlsystem folgenden Weg: Ausgehend vom Kühlwasseranschlußstutzen 1a des Betriebskomponenten-Blocks 9 strömt Kühlwasser über den Kühlwasserzulaufkanal 1b in den Kühlwasservorlaufkanal 1c 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 7a für Kühlwasserrücklauf.

[0054] Anhand der Figuren 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 Figur 1 dargestellt wurde.

[0055] Hierbei ist in den Figuren 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.

[0056] Unter Heranziehung der Figur 2 wird zunächst auf das Primärsystem bezug genommen. Hierzu weist der Betriebskomponenten-Anschußblock 9 beispielsweise u.a. ein Anschluß 3a für Heizsauerstoff (Primärgas) und einen Anschluß 5a für Brenngas H2, Propan usw. (Primärheizgas) auf.

[0057] 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.

[0058] Der Primärheizssauerstoffkanal 3 wird durch die Einzelkanäle 3c im Gerätegrundkörper 12 und dem Kanal 3d 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 5b 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.

[0059] 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.

[0060] Die Injektorwirkung in dem Innengasmischblock wird durch höheren Zuströmdruck von Sauerstoff gegenüber dem Brenngaszuströmdruck erzielt. Wird das aus der Expansionsdüsenbohrung 43 (siehe Figur 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.

[0061] Anhand der Figur 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.

[0062] Hierzu weist der Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 den Anschluß 2a für Heizsauerstoff (Sekundärgas) und den Anschluß 6a für Brenngas C2H2 (Sekundärheizgas) auf, von wo aus die Kanäle 2b und 6b durch den Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 an die Stirnseite 68 führen.

[0063] 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 6b 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.

[0064] In den Figuren 2 und 3 ist ferner die Zentralbohrung 4 für pulverförmigen Zusatzwerkstoff bzw. drahtförmige Spritzzusätze gekennzeichnet.

[0065] Zum Zwecke der Zuführung ist hierbei am Betriebskomponenten-Anschlußblock 9 ein Anschluß 4a 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.

[0066] Die Figur 9 zeigt einen Schnitt entlang der in Figur 1 angedeuteten Linie A-A und die Figur 10 einen Schnitt entlang der in Figur 1 angedeuteten Schnittlinie B-B.

[0067] Aus der Figur 9 der Einmündungsbereich der Primärgasströme in die Primärbrennkammer zu erkennen, während Figur 10 den Einmündungsbereich der Sekundärgasströme in der Draufsicht darstellt.

[0068] Somit sind in Figur 9 die Austrittsbohrungen 44 für Sekundärheizgas-Sauerstoffgemisch (axial) und die Austrittsbohrungen 45 für Sekundärheizgas-Sauerstoffgemisch (fokussierend) zu erkennen.

[0069] 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.

[0070] In Figur 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.

[0071] Die Primärflammenaustritts-Expansionsdüsenbohrung trägt das Bezugszeichen 46 und die Austrittsbohrung für Spritzzusätze ist mit dem Bezugszeichen 49 gekennzeichnet.

[0072] Die Figur 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.

[0073] 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.

[0074] Die Figur 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.

[0075] 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.

[0076] Der Kühlwasserrücklaufkanal 7c steht mit dem Kanal 7d in Verbindung, der zwischen dem Gerätegrundkörper 12 und der Preßschraube 62 gebildet wird.

[0077] Die Figur 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.

[0078] 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.

[0079] Figur 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.

[0080] Die Figur 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 Primärbrennkammergehäuse 29 auch die Sekundärgas- bzw. heizgasmischung vollzieht. Dies erfolgt, indem die aus dem Injektorgasmischblock 13 herangeführte Gasmischung durch die Bohrungen 47,48 in die Primärbrennkammer 28 strömt 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.

[0081] Anhand den Figuren 11 bis 13 wird nochmals die dominierende Eigenschaften der Acetylen-Sauerstoff-Flamme dargestellt. Aus der Figur 11 ist ein Diagramm über die Flammtemperaturen von Brenngas-Sauerstoffgemischen, Figur 12 die Zündgeschwindigkeiten von Brenngas-Sauerstoffgemischen und Figur 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.

[0082] Zur Erläuterung ist in Figur 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.

[0083] Die gleichen Gegenüberstellungen finden sich in den Diagrammen der Figuren 12 und 13 wieder.

[0084] Gemäß den Figuren 1 bis 8 ist noch auf die Pulver-Pulvertransportgaszufuhr einzugehen.

[0085] 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 Figuren 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.

[0086] 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.

[0087] 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 Primärheizflamme 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.

[0088] Über den Anschluß 4a können auch drahtförmige Spritzzusatzwerkstoffe über die Zentralbohrung 4 in die Primärbrennkammer eingebracht und geschmolzen werden.

[0089] Der Drahtvorschub wird in Abhängigkeit von Schmelzpunkt und Drahtdurchmesser so geregelt, daß ein kontinuierlicher Spritzprozeß erfolgen kann.

[0090] Die Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel Besteht ein wesentlicher Funktionsunterschied darin, daß gegenüber der Ausführung gemäß Figur 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 Figur 1 vorgenommenen Beschreibungen hinsichtlich der übrigen Vorrichtungs- und Verfahrenselemente treffen unter Berücksichtigung der Anpassung der Ausführungsvariante gemäß Figur 14 auf diese zu, so daß von einer weiteren Funktionsbeschreibung abgesehen werden kann, da die Ausführungsvariante 14 dem allgemeinen Erfindungsgedanken zu unterstellen ist.

[0091] 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

[0092] 

1

Kühlwasservorlaufkanäle

2

Sekundärgaskanäle

3

Primärsgaskanäle

4

Beschickungskanal

5

Primärheiygaskanäle

6

Sekundärheizkanäle

7

Kühlwasserrücklaufkanäle

8

Inbusschraube

9

Betriebskomponenten-Anschlußblock

10

Brenngasverteilerkammer (Primärgas)

11

Sauerstoffverteilerkammer (Primärgas)

12

Gerätegrundkörper

13

Injektorgasmischblock für Primärgas

14

Gasmischblockträger für Sekundärgase

15

O-Ring

16

17

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 Mischcung von Sekundär-Heizgas und - Sauerstoff

27

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

51

52

52

53

54

55

56

Ringraum von 13 für Sauerstoffverteilung

57

Radialringraum für Primärheizgas (Brenngas)

57a

Injektorspalt

58

Injektordüsenbohrungen

59

Injektormischdüsenbohrungen

60

Radialringmutter für Sekundärgas

61

62

Preßschraube

63

Radialringnut für Sekundär-Sauerstoff (Gasmischblock)

64

Primärheizflamme

65

Hochgeschwindigkeitsflamme

66

67

68

Stirnfläche von 9

69

70

71

Stirnseite von 14

72

73

74

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

Ansprüche

1. Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von hochschmelzenden draht- und pulverförmigen Zusatzwerkstoffen zum Beschichten von Oberflächen,
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels mindestens zwei voneinander unabhängig arbeitenden 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, diese unter Mitführung der schmelzplastischen Zusatzwerkstoffe von der Primärhochgeschwindigkeitsflamme (65) mit Überschallgeschwindigkeit durchströmt wird, 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 (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 erfolgt.

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

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) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärbrennkammer und/oder Expansionsdüse im Sekundär-Injektorgasmischblock integriert ist (sind).

6. Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Spritzzusatzwerkstoff gegebenenfalls pulverförmig und Pulvertransportgas bei Raumtemperatur zugeführt wird (werden).

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

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschluß für Spritzzusatzwerkstoff und/oder Pulvertransportgase mit einer Wasserkühlung ausgeführt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der kalte und/oder vorgewärmte Spritzzusatzwerkstoff beim durchführen durch die Primärbrennkammer angeschmolzen, durch die Primärheizflamme durch die Sekundärbrennkammer gebracht, geschmolzen und beschleunigt wird und an der Expansionsdüsenbohrung mit der Sekundärflamme austritt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung als Flammspritzpistole ausgebildet ist und aus einem Gerätegrundkörper, Betriebskomponenten-Anschlußblock mit Verteilerkammern, Injektorgasmischblock, Brennkammergehäuse, sowie einer Zentralbohrung für Spritzzusatzwerkstoffe und Kühleinrichtungen besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend vom Betriebskomponenten-Anschlußblock (9) die Sekundärgas- (2), Sekundärheizgas- (6), Primärgas- (3) und Primärheizgaskanäle (5) getrennt zu jeweils einer Primärbrennkammer (28) bzw. einer Sekundärbrennkammer (32) geführt sind, wobei der Spritzzusatzwerkstoffkanal bzw. Bestückungskanal (4), umgeben von den Primärgas-/Heizgaskanälen (3,5) in die Primärbrennkammer (28) und die Sekundärgas/heizgaskanäle (2,6) über die Primärbrennkammer (28) in Richtung Expansionsdüse (39) hinausgeführt, in die Sekundärbrennkammer (32) münden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
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), Preßschraube (62) und Überwurfteil (80), sowie Sekundärexpansionsdüsenkörper (39) und Innenschraubhülse (34) und Außenschraubhülse (35) besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11,
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 Primärheizgasanschluß (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 Betriebskomponenten-Anschlußblocks (9) bzw. zu dort angeordneten Verteilerkammern (10,11) fortsetzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12,
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.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13,
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.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 14,
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.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10 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.

Claims

1. A method for the high-speed flame spraying of high-melting point materials in wire or powder form for coating surfaces, characterised in that by means of at least two gas-mixing systems, which operate independently of one another, the sprayed material in wire or powder form introduced into a primary combustion chamber (28) is melted by primary heating flames (64) arranged concentrically around a feed passage (4), accelerated by the resultant high-speed flame (65) and guided through a primary expansion nozzle bore (30) into a downstream secondary combustion chamber (32), the latter being traversed at supersonic speed by the primary high-speed flame (65) while entraining the molten plastic materials, which are discharged into an axial centrally widened, downstream and water-cooled secondary expansion nozzle (39) or into the bore (38) thereof so that a low pressure zone is created in the vicinity of secondary fuel gas-oxygen passages (44, 45), which are arranged radially, axially and/or in a focusing manner and which discharge into the secondary combustion chamber (32), and a heating gas mixture can be admitted at low inflow pressures, wherein in the secondary chamber (32) radially and axially around the primary high-speed flame (65) the heating gas mixture ignites, expands and, as a result of a high flame temperature and an extreme ignition and combustion velocity, assists the residual melting of the sprayed materials and their additional acceleration.

2. A method according to Claim 1, characterised in that the primary gas mixing takes place in a connecting piece in the form of an injector gas mixing block (13).

3. A method according to Claims 1 and 2, characterised in that the secondary gas mixing takes place in the primary combustion gas housing (29) in the form of a mixing block for secondary gases.

4. A method according to Claim 1, characterised in that the primary heating gas mixing takes place directly in a gas mixing block (13a) in accordance with the injector principle in the immediate vicinity of the primary combustion chamber (28).

5. A method according to Claim 1 and at least one of the preceding Claims, characterised in that the primary combustion chamber and/or expansion nozzle are integrated into the secondary injector gas mixing block.

6. A method according to Claim 1 and at least one of the preceding Claims, characterised in that the sprayed material is supplied optionally in powder form and the powder transport gas is supplied at room temperature.

7. A method according to any one of Claims 1 to 5, characterised in that the powdered sprayed material and/or the powder transport gases are supplied preheated.

8. A method according to Claim 7, characterised in that the connection for the sprayed material and/or the powder transport gases is designed for water-cooling.

9. A method according to Claim 1 and at least one of the preceding Claims, characterised in that the cold and/or preheated sprayed material begins to melt upon passing through the primary combustion chamber, is carried, melted and accelerated through the secondary combustion chamber by the primary heating flame and exits with the secondary flame at the expansion nozzle bore.

10. An apparatus for carrying out the method according to Claim 1, wherein the apparatus is in the form of a flame-spraying gun and comprises an appliance body, an operating component connecting block with distribution chambers, an injector gas mixing block, a combustion chamber housing, and also a central bore for sprayed materials and cooling means, characterised in that, starting from the operating component connecting block (9), the secondary gas passage (2), secondary heating gas passage (6), primary gas passage (3) and primary heating gas passage (5) are separately directed to a respective primary combustion chamber (28) and a secondary combustion chamber (32), wherein the sprayed material passage and/or loading passage (4), surrounded by the primary gas/heating gas passages (3, 5) and leading into the primary combustion chamber (28) and the secondary gas/heating gas passages (2, 6) via the primary combustion chamber (28) in the direction of the expansion nozzle (39), discharge into the secondary combustion chamber (32).

11. An apparatus according to Claim 10, characterised in that it comprises an operating component connecting block (9), an appliance body (12), a gas mixing block carrier (14), an injector gas mixing block (13), a primary combustion chamber housing (29) with an inner part (76) and/or central bore body (81), a clamping screw (62) and a cap member (80), and also a secondary expansion nozzle body (39) and an inner collet (34) and an outer collet (35).

12. An apparatus according to Claims 10 and 11, characterised in that the operating component connecting block (9) has in each case at least one cooling-water inlet connector (1a), a secondary gas connector (2a), a primary gas connector (3a), a connector (4a) for powdered materials and/or sprayed materials in wire form, a primary heating gas connector (5a), a secondary heating gas connector (6a) and also a cooling-water return connector (7a), which extend as passages (1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b) up to the end face (68) of the operating component connecting block (9) or up to the distribution chambers (10, 11) provided there.

13. An apparatus according to Claims 10 to 12, characterised in that the passages (1b to 7b) or the distribution chambers (10, 11) of the operating component connecting block (9) correspond with passages (1c to 7c) of like median of the appliance body (12).

14. An apparatus according to Claims 10 to 13, characterised in that the appliance body (12) accommodates and surrounds at least partly a gas mixing block carrier (14) for secondary gases, an injector gas mixing block (13) for primary gases being disposed in the gas mixing block carrier (14).

15. An apparatus according to Claims 10 to 14, characterised in that the appliance body (12) has passages (1c to 7c) which correspond with the passages (1b to 7b) or with annular passages (10, 11) disposed on the end face (68) of the operating component connecting block (9).

16. An apparatus according to Claims 10 to 15, characterised in that the passage (1c) of the appliance body (12) discharges into a cooling-water feed passage (1d) between the inner collet (34) and the outer collet (35), wherein the cooling-water return passage (7c) corresponds with the cooling-water return passage (7b) formed between the appliance body (2) and the clamping screw (62).

17. An apparatus according to Claims 10 to 16, characterised in that the gas mixing block carrier (14) is traversed respectively by at least one secondary gas passage (2d) and one secondary heating gas passage (6d), which respectively correspond at one end with the passages (2c, 6c) of like median of the appliance body (12), and which at the end (71) facing towards the primary combustion chamber (28) lead into radial groove (18, 60) provided there for secondary heating gas and secondary gas.

18. An apparatus according to Claims 10 to 17, characterised in that the injector gas mixing block (13) for primary gases has in each case at least one primary heating gas passage (5d), one primary gas passage (3d) and one central bore (4d) for sprayed materials, wherein these passages (3d to 4d and 5d) correspond at one end with the passages (3c, 4c, 5c) of like median of the appliance body (12), and the passage (5d) discharges into a radial annular chamber (57) between the gas mixing block carrier (14) and the injector gas mixing block (13) and the passage (3d) discharges into an annular chamber (56) for oxygen distribution, whereas the central bore (4d) extends to the end face (75) of the injector gas mixing block (13) and, starting from the annular chamber (56), injector pressure nozzle bores (58) extend to the injector clearance (57a), from which injector mixing nozzle bores (59) extend to a radial annular groove (22a).

19. An apparatus according to Claims 10 to 18, characterised in that a primary combustion chamber housing (29) adjoins the injector gas mixing block (13) in the direction of the expansion nozzle (39) and has at least one inner part (76) with the injector gas mixing bores (47, 48) for primary gas mixing and a bore (49) for the sprayed materials.

20. An apparatus according to Claims 10 to 19, characterised in that the bores (47, 48) are arranged axially and/or in a focusing manner in the inner part (76).

21. An apparatus according to Claims 10 to 20, characterised in that on the end face (77) of the inner part (76) facing towards the injector gas mixing block (13) there is provided a radial annular groove (22) for combustion gas-oxygen-primary gas, which groove (22) corresponds with the radial annular groove (22a) of the injector gas mixing block (13), as does also the centrally arranged bore (49) with the central bore (4d) of the injector gas mixing block (13).

22. An apparatus according to Claims 10 to 21, characterised in that on the end face (78) facing towards the gas mixing block carrier (14) the primary combustion chamber housing (29) has in each case a radial annular groove (20) for secondary heating gas and a radial annular groove (21) for secondary heating oxygen, which grooves correspond with the radial grooves (18, 60) of like median of the gas mixing block carrier (14).

23. An apparatus according to Claims 10 to 22, characterised in that respective corresponding passages (23, 79) extend from the radial annular grooves (20, 21), wherein said passages meet at a radial annular groove (25) (injector clearance) in that the passages (79) lead directly and the passages (23) via injector pressure nozzle bores (24) into the radial annular groove (25).

24. An apparatus according to Claims 10 to 23, characterised in that the passages (79) are formed at least partly by the gap between the primary combustion chamber housing (29) and the cap part (80).

25. An apparatus according to Claims 10 to 24, characterised in that, starting from the radial annular groove (25), axially and focusing bores (44, 45) lead to the secondary combustion chamber (32).

26. An apparatus according to Claims 10 to 25, characterised in that the bores (44, 45) extend away via the primary combustion chamber (28).

27. An apparatus according to Claims 10 to 26, characterised in that the expansion nozzle (39) adjoins the secondary combustion chamber (32).

28. An apparatus according to Claims 10 to 27, characterised in that, starting from the connector (1a) of the operating component connecting block (9), the cooling-water feed passage (1) extends through the appliance body (12) between the inner collet (34) and the outlet collet (35) to radial bores (40) at the expansion nozzle outlet bore (43) and then merges into the cooling-water return in that the cooling-water passage extends between the expansion nozzle body (39) and the inner collet (34) and merges into a cooling-water annular chamber (33), a cooling-water passage (16) leading from here to the cooling-water return connector (7a) of the operating component connecting block (9).

29. An apparatus according to Claims 10 to 28, characterised in that the primary combustion chamber housing (29) is formed as a secondary injector gas mixing block.

30. An apparatus according to Claim 29, characterised in that the primary combustion chamber (28) of the combustion chamber housing (29) has a transition expansion nozzle bore (30).

Revendications

1. Procédé de projection ultra-rapide de matériaux fondus pulvérulents et filiformes à haut point de fusion pour l'enduction de surfaces, caractérisé en ce qu'au moyen de deux systèmes mélangeurs de gaz travaillant indépendamment l'un de l'autre, le matériau d'apport de projection pulvérulent ou filiforme, introduit dans une chambre de combustion primaire (28), est fondu par des flammes de combustion primaire (64) disposées concentriquement autour d'un conduit d'alimentation (4), accéléré par la flamme ultra-rapide produite (65) et amené dans une chambre de combustion secondaire consécutive (32), chambre que la flamme ultra-rapide primaire (65) traverse à une vitesse supersonique, en entraînant conjointement les matériaux d'apport à l'état plastique de fusion, pour déboucher dans une buse d'expansion secondaire consécutive (39), refroidie par eau et élargie axialement en son centre, ou dans le perçage (38) de cette buse, de sorte qu'une zone de dépression est produite dans la région de conduits d'oxygène et de gaz de combustion secondaires (44, 45), en disposition radiale, axiale et/ou focalisante, qui débouchent dans la chambre de combustion secondaire (32), et qu'un mélange de gaz chauds peut être alimenté avec de faibles pressions d'affluence, mélange qui s'enflamme radialement dans la chambre secondaire (32), axialement autour de la flamme ultra-rapide primaire (65), est expansé et, du fait d'une température de flamme élevée et d'une vitesse extrême d'inflammation et de combustion, contribue à la fusion résiduelle des matériaux d'apport de projection et à accélérer encore ces matériaux.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélangeage des gaz primaires s'effectue dans l'élément intermédiaire conçu comme bloc mélangeur de gaz d'injection (13).

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mélangeage des gaz secondaires s'effectue dans le carter (29) de la chambre de combustion primaire, conçu comme bloc mélangeur pour les gaz secondaires.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélangeage des gaz de combustion primaire s'effectue directement, selon le principe d'injection, dans un bloc mélangeur de gaz (13a) au voisinage immédiat de la chambre de combustion primaire (28).

5. Procédé selon la revendication 1 et au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion primaire et/ou la buse d'expansion est (sont) incorporée(s) dans le bloc mélangeur de gaz d'injection secondaire.

6. Procédé selon la revendication 1 et au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau d'apport de projection éventuellement pulvérulent et le gaz pour transporter la poudre est (sont) alimenté(s) à température ambiante.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau d'apport de projection pulvérulent et/ou les gaz pour transporter la poudre sont alimentés à l'état préchauffé.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le branchement pour le matériau d'apport de projection et/ou les gaz pour transporter la poudre est réalisé avec un refroidissement par eau.

9. Procédé selon la revendication 1 et au moins une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau d'apport de projection froid et/ou préchauffé commence à être fondu lorsqu'il traverse la chambre de combustion primaire, est fondu et accéléré par la flamme de combustion primaire en traversant la chambre de combustion secondaire, et sort avec la flamme secondaire par le perçage de la buse d'expansion.

10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ce dispositif étant réalisé sous la forme d'un pistolet de projection de matériaux fondus et étant constitué d'un corps de base d'appareil, d'un bloc de raccordement pour les fluides et matériaux de service avec des chambres de distribution, d'un bloc mélangeur de gaz d'injection, d'un carter de chambre de combustion, d'un perçage central pour les matériaux d'apport de projection et de moyens de refroidissement, caractérisé en ce que les conduits de gaz secondaire (2), de gaz combustible secondaire (6), de gaz primaire (3) et de gaz combustible primaire (5) partent dudit bloc de raccordement (9) et mènent séparément à une chambre de combustion primaire (28) ou, respectivement, à une chambre de combustion secondaire (32), le conduit de matériaux d'apport de projection ou conduit d'alimentation (4) menant dans la chambre de combustion primaire (28) en étant entouré par les conduits de gaz primaire et de gaz combustible primaire (3, 5), et les conduits de gaz secondaire et de gaz combustible secondaire (2, 6) débouchant dans la chambre de combustion secondaire (32) en étant amenés au-delà de la chambre de combustion primaire (28) en direction de la buse d'expansion (39).

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ce dispositif est constitué d'un bloc de raccordement (9) pour les fluides et matériaux de service, d'un corps de base d'appareil (12), d'un bloc porteur mélangeur de gaz (14), d'un bloc mélangeur de gaz d'injection (13), d'un carter (29) de chambre de combustion primaire avec une partie intérieure (76) ou un corps de perçage central (81), une vis de serrage (62) et un élément d'accouplement (80), ainsi que d'un corps de buse d'expansion secondaire (39), d'un manchon vissé intérieur (34) et d'un manchon vissé extérieur (35).

12. Dispositif selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le bloc de raccordement (9) pour les fluides et matériaux de service présente au moins, respectivement, un branchement d'entrée d'eau de refroidissement (1a), un branchement de gaz secondaire (2a), un branchement de gaz primaire (3a), un branchement (4a) pour des matériaux d'apport de projection pulvérulents et/ou filiformes, un branchement de gaz combustible primaire (5a), un branchement de gaz combustible secondaire (6a) et un branchement de retour d'eau de refroidissement (7a), qui se prolongent, sous la forme de conduits (1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b), jusqu'à la face frontale (68) du bloc de raccordement (9) ou jusqu'à des chambres de distribution (10, 11) qui y sont disposées.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les conduits (1b à 7b) ou les chambres de distribution (10, 11) du bloc de raccordement (9) pour les fluides et matériaux de service correspondent avec des conduits (1c à 7c) du corps de base d'appareil (12) destinés aux mêmes fluides et matériaux.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le corps de base d'appareil (12) reçoit, en l'entourant au moins partiellement, un bloc porteur mélangeur de gaz (14) pour les gaz secondaires, un bloc mélangeur de gaz d'injection (13) pour les gaz primaires étant disposé dans le bloc porteur mélangeur de gaz (14).

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le corps de base d'appareil (12) présente des conduits (1c à 7c) qui correspondent avec les conduits (1b à 7b) ou avec des conduits annulaires (10, 11) disposés sur la face frontale (68) du bloc de raccordement (9) pour les fluides et matériaux de service.

16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que le conduit (1c) du corps de base d'appareil (12) débouche dans un conduit aller d'eau de refroidissement (1d) entre le manchon vissé intérieur (34) et le manchon vissé extérieur (35), le conduit de retour d'eau de refroidissement (7c) correspondant avec le conduit de retour d'eau de refroidissement (7b), formé entre le corps de base d'appareil (12) et la vis de serrage (62).

17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que le bloc porteur mélangeur de gaz (14) est traversé par au moins un conduit de gaz secondaire (2d) et au moins un conduit de gaz combustible secondaire (6d), conduits qui, d'un côté, mènent respectivement à des conduits (2c, 6c) pour les mêmes fluides du corps de base d'appareil (12), et qui, sur le côté (71) tourné vers la chambre de combustion primaire (28), mènent respectivement dans des rainures radiales (18, 60) qui y sont prévues pour le gaz secondaire et le gaz combustible secondaire.

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le bloc mélangeur de gaz d'injection (13) pour les gaz primaires présente au moins un conduit de gaz combustible primaire (5d) et au moins un conduit de gaz primaire (3d), ainsi qu'un perçage central (4d) pour les matériaux d'apport de projection, ces conduits (3d, 4d, 5d) correspondant d'un côté avec les conduits (3c, 5c, 5c) pour les mêmes fluides ou matériaux du corps de base d'appareil (12), et le conduit (5d) débouchant dans une chambre annulaire radiale (57) entre le bloc porteur mélangeur de gaz (14) et le bloc mélangeur de gaz d'injection (13), et le conduit (3d) dans une chambre annulaire (56) pour la distribution d'oxygène, tandis que le perçage central (4d) est prolongé jusqu'au côté frontal (75) du bloc mélangeur de gaz d'injection (13) et que des perçages de buse de pression d'injection (58) mènent de la chambre annulaire (56) à la fente d'injection (57a), d'où des perçages de buse de mélange d'injection (59) se poursuivent jusqu'à une rainure annulaire radiale (22a).

19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 18, caractérisé en ce qu'un carter (29) de chambre de combustion primaire se raccorde au bloc mélangeur de gaz d'injection (13) en direction de la buse d'expansion (39), carter qui présente au moins une partie intérieure (76) avec les perçages de mélange de gaz d'injection (47, 48) pour le mélange de gaz primaires, ainsi qu'un perçage (49) pour les matériaux d'apport de projection.

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 19, caractérisé en ce que les perçages (47, 48) sont disposés en disposition axiale et/ou focalisante dans la partie intérieure (76).

21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 20, caractérisé en ce qu'une rainure annulaire radiale (22) pour le gaz primaire (gaz combustible-oxygène) est disposée sur le côté frontal (77) de la partie intérieure (76) qui est tourné vers le bloc mélangeur de gaz d'injection (13), rainure qui correspond avec la rainure annulaire radiale (22a) du bloc mélangeur de gaz d'injection (13), de même que le perçage disposé centralement (49) correspond avec le perçage central (4d) du bloc mélangeur de gaz d'injection (13).

22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 21, caractérisé en ce que le carter (29) de chambre de combustion primaire présente chaque fois, sur son côté frontal (78) tourné vers le bloc porteur mélangeur de gaz (14), une rainure annulaire radiale (20) pour le gaz combustible secondaire et une rainure annulaire radiale (21) pour l'oxygène secondaire, rainures qui correspondent avec les rainures radiales (18, 60) pour les mêmes fluides du bloc porteur mélangeur de gaz (14).

23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 22, caractérisé en ce que des conduits correspondants respectifs (23, 79) se poursuivent à partir des rainures annulaires radiales (20, 21) et se réunissent dans une rainure annulaire radiale (25) (fente d'injection), les conduits (79) menant directement dans la rainure annulaire radiale (25), tandis que les conduits (23) y mènent par l'intermédiaire de perçages de buse de pression d'injection (24).

24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 23, caractérisé en ce que les conduits (79) sont formés au moins en partie par la fente entre le carter (29) de chambre de combustion primaire et l'élément d'accouplement (80).

25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 24, caractérisé en ce que des perçages (44, 45) en disposition axiale et focalisante mènent de la rainure annulaire radiale (25) à la chambre de combustion secondaire (32).

26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 25, caractérisé en ce que les perçages (44, 45) sont amenés au-delà de la chambre de combustion primaire (28).

27. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 26, caractérisé en ce que la buse d'expansion (39) se raccorde à la chambre de combustion secondaire (32).

28. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 27, caractérisé en ce que le circuit aller (1) d'eau de refroidissement se poursuit, en partant du branchement (1a) du bloc de raccordement (9) pour les fluides et matériaux de service, à travers le corps de base d'appareil (12), puis, entre le manchon vissé intérieur (34) et le manchon vissé extérieur (35), jusqu'aux perçages radiaux (40) prévus au niveau du perçage de sortie (43) de la buse d'expansion, à la suite de quoi ce circuit aller se raccorde au circuit de retour d'eau de refroidissement par le fait que le conduit d'eau de refroidissement s'étend entre le corps de buse d'expansion (39) et le manchon vissé intérieur (34) et se raccorde à une chambre annulaire d'eau de refroidissement (33), d'où un conduit d'eau de refroidissement (16) mène au branchement de retour d'eau de refroidissement (7a) du bloc de raccordement (9).

29. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 28, caractérisé en ce que le carter (29) de chambre de combustion primaire est conçu comme bloc mélangeur de gaz d'injection secondaire.

30. Dispositif selon la revendication 29, caractérisé en ce que la chambre de combustion primaire (28) du carter de chambre de combustion (29) présente un perçage de buse d'expansion de transition (30).

Zeichnung