Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole zum Drahtspritzen

Abstract

 Eine Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole mit Grundkörper und Düsenaufsatz zum thermischen Spritzen von Füll- und/oder Massivdraht mit einem Lichtbogenfußpunkt sowie erhöhter Geschwindigkeit des Spritzstrahles wird dadurch verbessert, daß dem Lichtbogenfußpunkt (38) in Flammrichtung (x) ein Düsenkörper (22, 23) mit axialem Düsenkanal (20) nachgeschaltet ist und durch ihn das aus einem vorgeordneten Zuführkanal (33) strömende Zerstäubungsgas sowie der flüssigen Spritzwerkstoff enthaltende Spritzstrahl eingeschnürt und beschleunigt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole mit Grundkörper und Düsenaufsatz zum thermischen Spritzen von Füll- und/oder Massivdraht mit einem Lichtbogenfußpunkt sowie erhöhter Geschwindigkeit des Spritzstrahles.

[0002] Bekannte Zweidraht-Lichtbogen-Spritzpistolen werden in der Industrie in vielen Fällen für die Serienproduktion oder zum Beschichten von größeren Flächen verwendet.

[0003] Es hat sich gezeigt, daß mit solchen Pistolen durch Lichtbogen-Spritzverfahren hergestellte Beschichtungen eine relativ starke Porosität aufweisen, wodurch die Anwendung dieser Verfahren auf Gebiete begrenzt bleibt, auf denen die Porosität der Beschichtung nur einen geringen oder gar keinen Einfluß hat.

[0004] Weitere Nachteile sind zum einen der hohe Spritzverlust durch den breiten Spritzstrahl solcher Lichtbogendrahtspritzpistolen und zum anderen der groblamellare Aufbau der Beschichtungen; hierdurch liegt die Anwendung der Beschichtungen in der Hauptsache beim anodischen Korrosionsschutz mit Aluminium und Zink sowie bei Schichten für Lagersitze.

[0005] Angesichts dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistolen der eingangs genannten Art zu verbessern, die beschriebenen Nachteile zu beseitigen sowie die Qualität der Beschichtungen zu erhöhen.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe führt eine Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach der Lehre des Patentanspruches 1; der Erfinder hat überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, durch diese Maßgaben die bekannten negativen Faktoren durch Einsatz des erfindungsgemäßen Düsenkörper auszuschalten. Die damit hergestellten Beschichtungen weisen eine wesentlich bessere Dichte und höhere Schichtqualität mit laminarem Aufbau auf.

[0007] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Düsenkörper mit einer Abdeckkappe zu einem einstückigen Düsenkörperblock verbunden, der anschließend an die äußere Mündungskante des Düsenkanals mit einer sich davon in Flammrichtung konisch erweiternden Stirneinformung versehen ist.

[0008] Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung sind Düsenkörper und Abdeckkapp geteilt, und letztere weist sowohl die äußere Mündungskante des Düsenkanals auf als auch jene Stirneinformung. Hierbei ist vorteilhafterweise der Düsenkörper im Grundkörper durch die in diesem verschraubte Abdeckkappe gehalten.

[0009] Der Stabilisierung des Lichtbogens dient ein besonderer Abstand des Lichtbogenfußpunktes zu jener äußeren Mündungskante des Düsenkanals von 1 bis 20 mm, vor allem 2 bis 15 mm, insbesondere 3 bis 8 mm bei einem Düsenkanaldurchmesser von 3 bis 15 mm, bevorzugt 4 bis 10 mm. Auch hat es sich als günstig dazu erwiesen, den Querschnitt des Düsenkanals zwischen 4 bis 50 mm², bevorzugt 12 bis 30 mm² zu wählen.

[0010] Für die Wandstabilisierung des Lichtbogens und des Spritzstrahls ist ein kreisförmiger oder ein etwa elliptischer Querschnitt des Düsenkanals von besonderer Bedeutung.

[0011] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Mündung des Düsenkanals an der Austrittsseite mit einem kleineren Durchmesser versehen als an der den Lichtbogenfußpunkt nahen Eintrittsseite des Lichtbogens. Zudem soll im Düsenkörper wenigstens ein Kühlmittelkanal für die Wandstabilisierung vorhanden sein, wobei als innen zugeführtes Kühlmittel ein gasförmiges und als von außen her zugeführtes ein flüssiges Kühlmittel, z. B. Wasser, eingesetzt werden.

[0012] Im Rahmen der Erfindung liegt ein Kühlmittelringkanal des Düsenkörpers mit radialen Zu- und Abfuhreinrichtungen oder achsparallelen innenliegenden Zufuhrkanälen; die innenliegende Abfuhr des Kühlmittels erfolgt beispielsweise über einen den Düsenkanal querenden Austrittsspalt für das Kühlmittel, der von zwei gegeneinander verschieblichen Teilen des Düsenkörpers begrenzt wird.

[0013] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung führen aus dem Kühlmittelringkanal achsparallele Kühlmittelaustrittsbohrungen in einen Auslaßspalt zwischen Düsenkörper und Abdeckkappe oder in fluchtende Auslaßbohrungen der Abdeckkappe.

[0014] Auch kann der Kühlmittelringkanal mit radialen Bohrungen an den Düsenkanal angeschlossen sein.

[0015] Als günstig hat es sich erwiesen, die Austrittsbohrungen in der Stirneinformung der Abdeckkappe unter verschiedenen Winkeln zum Düsenkanal anzuordnen.

[0016] Um die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Erfolg betreiben zu können, kann ein Gemisch aus brennbaren oder inerten Gasen als Zerstäubungs- und/oder Einschnürgas eingesetzt werden, als Kühlgas ein inertes und/oder brennbares Gas, das der Kühlkammer von außen zugeführt und das über die Stirneinformung der Abdeckkappen abgeleitet wird.

[0017] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0018] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt jeweils im Querschnitt in

Fig. 1:

den Kopf einer Flammspritzpistole mit auswechselbarem Düsenkörper und einer Abdeckkappe;

Fig. 2:

eine weitere Ausführung mit einem Düsenblock und einer Abdeckkappe;

Fig. 3 bis Fig. 5:

weitere Ausgestaltungen von Düsenkörpern;

Fig.6 und 7:

gegenüber Fig. 1 geänderte Ausführungen von Düsenkörpern mit zugeordneter Abdeckkappe.

[0019] Bei einem in Fig. 1 wiedergegebenen Kopf 10 einer aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellten Zwei draht-Lichtbogen-Spritzpistole zum thermischen Spritzen von Drähten, insbesondere von Fülldrähten, sind an einen konischen Abschnitt 14 eines Grundkörpers 15 ein Düsenkörperaufnahmeteil 16 sowie an dessen anderen Ende eine Abdeckkappe 18 angeschraubt. Diese enthält eine sich zu einem in der Vorrichtungslängsachse A liegenden Düsenkanal 20 des Durchmessers d von 3 bis 15 mm, bevorzugt 4 bis 10 mm, hin verjüngende, auch als Kappenkonus bezeichnete Stirneinformung 19.

[0020] In einem schulterartigen Absatz 17 des Düsenkörperaufnahmeteils 16 sitzt ein scheibenartiger Düsenkörper 22 und wird durch die eingeschraubte Abdeckkappe 18 klemmend festgelegt. Jener Düsenkanal 20 setzt sich durch den Düsenkörper 22 hindurch fort und endet an dessen Innenfläche 24 mit einer konisch erweiterten Eintrittsmündung 21. Innerhalb des Düsenkörpers 22 verläuft eine ringförmige Kühlkammer 26 für ein gasförmiges Kühlmittel, von der Kühlkammer 26 gehen radiale Bohrungen 28 aus, die anderseits bei 29 in den Düsenkanal 20 münden. In der Kühlkammer 26 enden innenliegende und parallel zur Längsachse A verlaufende Kühlmittelkanäle 30.

[0021] Außerhalb eines in der Längsachse A liegenden Zuführrohres 32 mit einem Kanal 33 für Zerstäubergas umströmt im Innenraum 12 des Kopfes 10 bzw. des Grundkörpers 15 Einschnürgas E zwei Zuführungen 34 für Füll- oder Massivdrähte 36, deren Zuführwinkel w zur Längsachse A -- mit nicht wiedergegebenen Einrichtungen -- einstellbar ist. Der Kreuzungspunkt 38 der beiden Fülldrahtachsen bildet einen Lichtbogenfußpunkt, der bevorzugt in einer von der Innenfläche 24 des Düsenkörpers 22 bestimmten Fläche -- oder in Flammrichtung x vor ihr -- liegt. Der Abstand q zwischen Lichtbogenfußpunkt 38 und der äußeren Mündungskante 37 des Düsenkanals 20 liegt unter 20 mm, bevorzugt zwischen 3 bis 8 mm.

[0022] Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist auf dem konischen Abschnitt 14 des Grundkörpers 15 ein Düsenkörperblock 23 unmittelbar aufgeschraubt, dessen Düsenkanal 20 in der hier im Düsenkörperblock 23 vorgesehenen konischen Stirneinformung 19 endet. Die ringförmige Kühlkammer 26 ist nicht mit dem Düsenkanal 20 verbunden, sondern mit einem radial nach außen gerichteten Kühlmitteleinlaß 40 bzw. einem Kühlmittelauslauf 41 versehen.

[0023] Fig.3 zeigt einen zweiteiligen Düsenkörper 22 aus einem Düsenkörperunterteil 42 und einem Düsenkörperoberteil 43, die zwischen sich einen Austrittsspalt 44 für das Kühlmittel bilden; dessen Breite b ist dank eines Gewindes 46 zwischen den Düsenteilen 42,43 verstellbar. Der Düsenkanal 20 verjüngt sich hier über die gesamte Düsenhöhe h hin konisch.

[0024] Nach Fig.4 kann einem der Düsenkörperteile 42,43 ein zentraler Formkörper 48 angeformt sein, in welchem jene Radialbohrungen 28 vorgesehen sind.

[0025] Bei einer anderen Ausbildung des Düsenkörpers 22 (Fig. 5) wird der Kühlmittelkanal 26 von scheibenartigen Teilen 50, 50a und einem Wandungsabschnitt 16a des Düsenkörperaufnahmeteils 16 begrenzt; der sich hier in Flammrichtung x erweiternde Düsenkanal 20 verläuft im zentralen Formstück 48, an das beide Scheiben 50,50a angeformt sind.

[0026] Die Kühlkammer 26 eines weiteren Düsenkörpers 22e nach Fig. 6 ist mit achsparallelen Austrittsbohrungen 52 ausgerüstet, die in einen Auslaßspalt 54 zwischen Düsenkörper 22 und Abdeckkappe 18 führen; der Auslaßspalt 54 öffnet sich zur Stirneinformung 19 hin. Bei dieser Ausführung wird der Düdüsenkanal 20a von einer Innenwand 27 der Kühlkammer 26 begrenzt, deren Konturen querschnittlich von parabelartigen Kurven bestimmt sind; die Innenwand 27 verengt sich vom Innenraum 12 des Grundkörpers 15 zuerst etwas, um sich anschließend in einer sanft gekrümmten Kontur zu erweitern.

[0027] Schließlich gibt Fig. 7 einen Düsenkörper 22i mit radialer externer Kühlmittelzuführung 40 und achsparallelen Austrittsbohrungen 52 wieder, an welche achsparallele Kühlmittelbohrungen 56 der Abdeckkappe 18 anschließen; diese Kühlmittelbohrungen 56 enden in Abstand zur Mündung des Kühlmittelkanals 20 in der Wandungsfläche der Stirneinformung 19.

Ansprüche

1. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole mit Grundkörper und Düsenaufsatz zum thermischen Spritzen von Füll- und/oder Massivdraht mit einem Lichtbogenfußpunkt sowie erhöhter Geschwindigkeit des Spritzstrahles,

dadurch gekennzeichnet,

daß dem Lichtbogenfußpunkt (38) in Flammrichtung (x) ein Düsenkörper (22,23) mit axialem Düsenkanal (20) nachgeschaltet ist und durch ihn das aus einem vorgeordneten Zuführkanal (33) strömende Zerstäubungsgas sowie der flüssigen Spritzwerkstoff enthaltende Spritzstrahl eingeschnürt und beschleunigt sind.

2. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (22) mit einer Abdeckkappe (18) zu einem einstückigen Düsenkörperblock (23) verbunden ist, der anschließend an die äußere Mündungskante (37) des Düsenkanals (20) eine sich davon in Flammrichtung (x) konisch erweiternde Stirneinformung (19) aufweist, oder daß der Düsenkörper (22) mit einer Abdeckkappe (18) verbunden ist und diese die äußere Mündungskante (37) des Düsenkanals (20) sowie eine sich anschließend in Flammrichtung (x) konisch erweiternde Stirneinformung (19) aufweist.

3. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (22) im Grundkörper (15) durch die in diesem verschraubte Abdeckkappe (18) gehalten und gegebenenfalls klemmend festgelegt ist, oder daß sowohl Düsenkörper als auch Abdeckkappe im Grundkörper (11) verschraubt festgelegt ist.

4. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Abstand (q) des Lichtbogenfußpunktes (38) zur äußeren Mündungskante (37) des Düsenkanals (20) von 1 bis 20 mm, vorzugsweise 2 bis 15 mm bzw. 3 bis 8 mm bei einem Durchmesser (d) des Düsenkanals (20) von 3 bis 15 mm, bevorzugt 4 bis 10 mm.

5. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkanal (20) einen Querschnitt von 4 bis 50 mm², bevorzugt 12 bis 30 mm² aufweist, und/oder daß der Düsenkanal (20) kreisförmig ist oder einen etwa elliptischen Querschnitt aufweist, wobei gegebenenfalls der Düsenkanal (20) als Bohrung ausgebildet ist, die auf der Eintrittsseite des Lichtbogens konisch ausgebildet ist.

6. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Düsenkanals (20) an der Austrittsseite für den Lichtbogen größer ist als an der dem Lichtbogenfußpunkt (38) nahen Eintrittsseite des Lichtbogens, wobei gegebenenfalls der Düsenkanal (20) als Bohrung ausgebildet ist, die auf der Eintrittsseite des Lichtbogens konisch ausgebildet ist.

7. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkanal (20) die Form einer Lavaldüse aufweist.

8. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung des Düsenkanals an der Austrittsseite einen kleineren Durchmesser aufweist, als an der den Lichtbogenfußpunkt (38) nahen Eintrittsseite des Lichtbogens.

9. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch wenigstens einen Kühlmittelkanal (26,30,56) des Düsenkörpers (20) für die Wandstabilisierung und/oder durch einen Kühlmittelringkanal (26) mit radialen Zu- und Abfuhreinrichtungen (40,41) oder achsparallelen innenliegenden Zufuhrkanälen (30).

10. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelringkanal (26) mit radialen Bohrungen (28) an den Düsenkanal (20) angeschlossen ist, und/oder daß der Düsenkörper (22) aus zwei etwa radial getrennten Teilen besteht, die zwischen sich einen den Düsenkanal (20) querenden Austrittsspalt (44) für das Kühlmittel begrenzen.

11. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Kühlmittelringkanal (26) achsparallele Kühlmittelaustrittsbohrungen (52) in einen Auslaßspalt (54) zwischen Düsenkörper (22) und Abdeckkappe (18) oder in fluchtende Auslaßbohrungen (56) der Abdeckkappe (18) führen, wobei gegebenenfalls die Austrittsbohrungen (52) in der Stirneinformung (19) der Abdeckkappe (18) unter verschiedenen Winkeln zum Düsenkanal (20) angeordnet sind.

12. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus brennbaren oder inerten Gasen als Zerstäubungs- und/oder Einschnürgas und/oder durch Zerstäubungs- und/oder Einschnürgas als gasförmiges Kühlmittel für den Düsenkanal (20).

13. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas ein inertes und/oder brennbares Gas der Kühlkammer von außen zuführbar ist und das über die Stirneinformung (19) der Abdeckkappe (18) ableitbar ist.

14. Mehrdraht-Lichtbogen-Spritzpistole nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch Luft als Zerstäubungs- und/oder Einschnürgas oder durch ein inertes Gas wie z. B. Argon, Stickstoff, Helium bzw. deren Gemische oder durch ein brennbares Gas, insbesondere Propan- oder Propylengas jeweils als Zerstäubungs- bzw. Einschnürgas

Zeichnung