[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Vorrichtungen der hier zur Rede stehenden Art sind in vielfältigsten Ausführungsformen
bekannt und werden für verschiedenste Zwecke eingesetzt. Sie werden beispielsweise
für das Aufbringen von temperaturbeständigen und/oder harten und/oder abriebfesten
und/oder chemisch beständigen Schichten auf Oberflächen verschiedenster Substrate
eingesetzt.
[0003] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die mit einem gasförmigen Brennstoff
betrieben werden. Bekannt sind auch Vorrichtungen, die mit flüssigem Brennstoff betrieben
werden können. Gattungsgemässe Vorrichtungen besitzen üblicherweise zumindest einen
Anschluss für den Brennstoff sowie einen weiteren für ein oxidatives Gas. Insbesondere
bei Vorrichtungen, die mit einem flüssigen Brennstoff betrieben werden, kann noch
ein zusätzlicher Anschluss für die Zufuhr von Druckluft vorgesehen werden. All diesen
bekannten Vorrichtungen haftet jedoch der Nachteil an, dass deren Einsatzgebiet beschränkt
ist.
[0004] In der
DE 44 29 142 A1 ist ein Düsenspritzkopf zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen von pulverförmigen
Materialien beschrieben. Der Düsenspritzkopf kann gleichzeitig mit zwei Brennstoffen
(Diesel/Heizöl sowie einem Brenngas) betrieben werden, wobei als Hauptbrennstoff Diesel
oder Heizöl mit einem Verkokungsgehalt über 0,5 Gew.-% eingesetzt werden kann. Um
eine möglichst saubere Verbrennung des Hauptbrennstoffs zu erreichen, wird mittels
des Brenngases eine Verdampfungsflamme erzeugt, welche eine Vorverdampfung des Heizöls
und damit eine verkokungsfreie Verbrennung desselben ermöglicht. Die Verdampfungsflamme
wird in Strömungsrichtung der Gase vor der eigentlichen Hauptflamme erzeugt. Um eine
rückstandsfreie Verbrennung des Hauptbrennstoffs zu ermöglichen, müssen daher immer
gleichzeitig beide Brennstoffe zugeführt werden.
[0005] Die
EP 0 458 018 A2 offenbart einen HVOF-Brenner, der mit einer Primärbrennkammer und einer Sekundärbrennkammer
versehen ist. Beide Brennkammem werden mit separaten Brennstoffen betrieben. Die Primärbrennkammer
dient dazu, das Spritzmaterial aufzuschmelzen, während das aufgeschmolzene Spritzmaterial
in der nachfolgenden Sekundärbrennkammer auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt
wird, so dass das aufgeschmolzene Spritzmaterial letztlich mit einer hohen kinetischen
Energie aus dem Brenner austritt. Somit muss auch dieser Brenner immer gleichzeitig
mit beiden Brenngasen betrieben werden.
[0006] Schliesslich geht aus der
US 4'375'954 A ein Brenner hervor, der mit Gas und Öl in Kombination betrieben wird. Dieser Brenner
besitzt eine ringförmige Vorheizkammer in der das Öl zuerst mittels eines Brenngases
zuerst erhitzt wird. Danach wird das erhitzte Öl über eine zentrale Düse in die Brennkammer
geleitet, wo es verbrannt wird. Allerdings handelt es sich bei diesem Brenner nicht
um eine Beschichtungsvorrichtung zum Auftragen von Schichten auf Oberflächen von Substraten,
sondern um einen konventionellen Brenner.
[0007] Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs
1 derart weiterzubilden, dass diese universell einsetzbar ist, indem sie in verschiedenen
Betriebsarten betreibbar ist.
[0008] Hierzu wird nach der Erfindung eine Vorrichtung gemäss dem Anspruch 1 bereitgestellt.
[0009] Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2
bis 15 umschrieben.
[0010] Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Austrittsöffnungen
der weiteren Brennstoffleitung auf einer Kreislinie angeordnet sind, wobei die genannten
Austrittsöffnungen koaxial zu der zumindest einen zentral in die Brennkammer mündenden
Austrittsöffnung angeordnet sind. Eine derartige Ausbildungsform ermöglicht in jedem
Fall, d.h. sowohl im Betrieb mit dem einen oder dem anderen Brennstoff wie auch im
Betrieb mit beiden Brennstoffen, dass eine homogene und zentrale Verbrennungsflamme
erzeugt wird.
[0011] Bei einer weiteren, bevorzugte Weiterbildung der Vorrichtung wird vorgeschlagen,
dass die Austrittsöffnungen der zumindest einen Gasleitung auf einer Kreislinie angeordnet
sind, welche koaxial zu der zentral in die Brennkammer mündenden Austrittsöffnung
angeordnet sind. Diese Ausbildung begünstigt einerseits eine homogene Verbrennungsflamme
und andererseits eine rückstandsfreie Verbrennung.
[0012] Bei einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung einen an die
Brennkammer angrenzenden Düsenkörper auf, der austauschbar in einen Anschlusskörper
der Vorrichtung eingesetzt ist, wobei der Düsenkörper mit Austrittsöffnungen versehen
ist und die beiden Brennstoffleitungen und die erste Gasleitung derart mit dem Düsenkörper
verbunden sind, dass der Brennkammer die zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen Medien
über die genannten Austrittsöffnungen des Düsenkörpers zuführbar sind. Der Vorteil
dieser Ausbildung besteht darin, dass der Düsenkörper austauschbar ist, wobei mit
dem Austausch des Düsenkörpers gleichzeitig alle Austrittsöffnungen emeuert werden.
Dies ist deshalb besonders wichtig, da der jeweilige Körper im Bereich der genannten
Austrittsöffnungen sehr hohen Belastungen ausgesetzt ist, was mit einem Verschleiss
einhergeht und zu unerwünschtem Materialabtrag und ggf. Materialauftrag im Bereich
der Austrittsöffnungen führt. Es versteht sich, dass dies unerwünscht ist und zu einem
nachteiligen Brennverhalten führt.
[0013] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:
- Fig.1
- Die Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
in einer Ansicht von hinten;
- Fig. 2
- die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;
- Fig. 3
- die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 1;
- Fig. 4
- die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 1;
- Fig. 5
- die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie D-D in Fig. 1;
- Fig. 6a
- einen Düsenkörper in einer Ansicht von vorne;
- Fig. 6b
- den Düsenkörper in einem Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 6a, und
- Fig. 6c
- den Düsenkörper in einem Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 6a.
[0014] Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen
in einer Ansicht von der Rückseite. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus dem
eigentlichen Brenner, sowie Mitteln zur Zufuhr des aufzuschmelzenden und aufzutragenden
Beschichtungsmaterials. Aus der Darstellung gemäss Fig. 1 ist ersichtlich, dass die
Vorrichtung auf der Rückseite mit einer Vielzahl von Anschlüssen versehen ist, über
welche einerseits die zum Betrieb des Brenners notwendigen Medien zugeführt werden
können. Zusätzlich ist ein Anschluss für einen Drucksensor und ein weiterer für eine
Zündeinheit vorgesehen. Es versteht sich, dass die Anzahl und Anordnung der Anschlüsse
variieren kann. Im vorliegenden Beispiel sind die Anschlüsse A1 bis A9 für die Zufuhr
folgender Medien vorgesehen: A1 flüssiger Brennstoff, A2 Sauerstoff, A3 Sauerstoff
optional, A4 Stickstoff, A5 gasförmiger Brennstoff, A6 Kühlwasser ein, A7 Kühlwasser
aus, A8 Pulver, A9 Pulver. Natürlich können anstelle der vorgängig genannten Medien
über die Anschlüsse A1 bis A7 auch andere flüssige oder gasförmige Medien zugeführt
werden können. Der Anschluss A10 ist für die Zündeinheit und der Anschluss A11 für
den genannten Drucksensor vorgesehen.
[0015] Die Fig. 2 zeigt in vereinfachter Darstellung die Vorrichtung in einem Längsschnitt
entlang der Linie A-A in Fig. 1. Da der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise
von gattungsgemässen Vorrichtungen bekannt ist, wird nachfolgend nicht auf sämtliche
Elemente eingegangen. Derartige Vorrichtungen sind der Fachwelt insbesondere auch
unter dem Namen HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) Brenner bzw. Vorrichtung bekannt.
[0016] Die Vorrichtung umfasst einen Grundkörper 1, an dem rückseitig ein Anschlusskörper
2 angebracht ist. Innerhalb des Grundkörpers 1 ist ein Hohlkörper 3 angeordnet, welcher
im Innem die eigentliche Brennkammer 4 bildet. Der rohrförmige Ausgang des Hohlkörpers
3 ist mit einer Rohrdüse 5 verbunden, die endseitig den Auslass 6 der Vorrichtung
bildet. Auf der der Brennkammer 4 zugewandten Seite ist ein Düsenkörper 7 zentral
in den Anschlusskörper 2 eingesetzt. Der Düsenkörper 7 ist austauschbar in dem Anschlusskörper
2 aufgenommen, wobei er in axialer Richtung mittels eines Ringkörpers 8 fixiert ist.
Dazu ist der Ringkörper 8 mit einem ringförmigen Fortsatz 9 versehen, der in axialer
Richtung an dem Düsenkörper 7 zur Anlage kommt. Der Ringkörper 8 seinerseits legt
sich in axialer Richtung an einer Schulter des Hohlkörpers 3 an. Der Ringkörper 8
ist mit zwei axialen Durchgangsbohrungen 10, 11 versehen, welche mit je einer zugehörigen,
in den Anschlusskörper eingelassenen Leitung L10, L11 fluchten.
[0017] Um den Anschlusskörper 2 an dem Grundkörper 1 zu fixieren und weitere Elemente wie
den Düsenkörper 7 und den Ringkörper 8 in axialer Richtung zu Positionieren und Fixieren
ist an dem Grundkörper 1 eine Überwurfmutter 21 angeordnet, deren Innengewinde an
einem Aussengewinde des Anschlusskörpers 2 anzugreifen bestimmt ist und beim Festziehen
den Anschlusskörper 2 in axialer Richtung gegen den Grundkörper 1 zieht. Eine weitere
Überwurfmutter 22 ist am vorderen Ende des Grundkörpers 1 angeordnet, mittels welcher
die Rohrdüse 5 zusammen mit dem Hohlkörper 3 und dem Ringkörper 8 in Richtung des
Anschlusskörpers 2 belastet wird. Jedenfalls kann die Vorrichtung durch das Vorsehen
von zwei Überwurfmuttern 21, 22 in der gezeigten Art schnell und einfach zusammengebaut
und auch wieder auseinandergenommen werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass
allfällige Verschleissteile wie beispielsweise der Hohlkörper 3, die Rohrdüse 5 oder
der Düsenkörper 7 schnell und einfach ausgetauscht werden können. So kann nach dem
Lösen der Überwurfmutter 21 der Anschlusskörper 2 von dem Grundkörper 1 abgenommen
und der Düsenkörper 7 entnommen und ggf. ausgetauscht oder ersetzt werden.
[0018] Wie ersichtlich, führt von jedem Anschluss eine Leitung ins Innere des Anschlusskörpers
2. Von dem Brennstoff-Anschluss A1 führt eine Brennstoff-Leitung L1 zentral durch
den Anschlusskörper 2 zu dem Düsenkörper 7, welch letzterer dem gezielten Zuführen
der zum Betrieb des Brenners notwendigen Medien in die Brennkammer 4 dient. Der Düsenkörper
7 wird anschliessend anhand der Figuren 6a-6c noch näher erläutert. Damit die Zufuhr
des Brennstoffs in der Brennstoff-Leitung L1 gesteuert werden kann, ist ein Durchflussregler
24 vorgesehen. Mit dem schematisch dargestellten Durchflussregler 24 soll einerseits
die der Brennkammer 4 pro Zeiteinheit zugeführte Brennstoffmenge justiert werden können.
Andererseits dient der Durchflussregler 24 auch dem Öffnen bzw. Verschliessen der
zugehörigen Brennstoffleitung L1.
[0019] Auf die mit dem jeweiligen Kühlwasseranschluss A6, A7 verbundenen Leitungen L6, L7
wird nicht näher eingegangen, da solche dem Kühlen der thermisch hochbelasteten Teile
dienenden Kühlwasserleitungen bekannt sind. Der Anschluss A10 ist über eine axiale
Leitung L10 mit der Brennkammer verbunden. Der Anschluss A10 dient dem Anschliessen
eines Drucksensors (nicht dargestellt), mittels welchem der in der Brennkammer 4 vorherrschende
Druck gemessen werden kann. Von dem Anschluss A11 führt ebenfalls eine Leitung L11
axial durch den Anschlusskörper 2 hindurch in die Brennkammer 4. Diese Leitung L11
dient der Aufnahme einer Zündeinheit (nicht dargestellt), mit welcher das Brennstoffgemisch
in der Brennkammer 4 gezündet werden kann. Von den beiden Pulveranschlüssen A8, A9
führt je eine Leitung L8, L9 schräg in die Vorrichtung hinein. Die beiden Pulverleitungen
L8, L9 münden in Bezug auf die Längsachse der Vorrichtung im Wesentlichen radial in
die Rohrdüse 5. Die Pulverleitungen L8, L9 dienen dem Zuführen von Beschichtungspulver,
welches beim Eintreten in die Rohrdüse 5 von dem heissen Gasstrom mitgerissen und
durch die vorherrschende Temperatur zumindest teilweise aufgeschmolzen wird. Anstelle
des Zuführens des Beschichtungsmaterials in Pulverform könnte dieses beispielsweise
auch in Drahtform zugeführt werden.
[0020] Die Fig. 3 zeigt die Vorrichtung in einem Längsschnitt entlang der Linie B-B in Fig.
1. Aus dieser Darstellung ist insbesondere ersichtlich, dass von dem Anschluss A5
eine Leitung L5 schräg durch den Anschlusskörper 2 hindurch zu einem ersten (vorderen)
Ringkanal 14 des Düsenkörpers 7 führt. Von dem Anschluss A3 führt eine weitere Leitung
L3 schräg durch den Anschlusskörper 2 hindurch zu dem ersten Ringkanal 14 des Düsenkörpers
7. Während die Leitung L3 der optionalen Zufuhr eines oxidativen Gases wie beispielsweise
Sauerstoff dient, kann der Brennkammer 4 über die Leitung L5 ein zweiter Brennstoff,
vorzugsweise ein Brenngas, zugeführt werden. Jedenfalls münden beide Brennstoffleitungen
in die gemeinsame Brennkammer 4.
[0021] Damit die Zufuhr des Brennstoffs über die Brennstoff-Leitung L5 gesteuert werden
kann, ist ein Durchflussregler 28 vorgesehen, welcher sowohl dem Öffnen bzw. Verschliessen
der zugehörigen Brennstoffleitung L5 wie auch dem Justieren der pro Zeiteinheit zugeführten
Brennstoffmenge dient. Um die Zufuhr des oxidativen Gases in der Leitung L3 steuern
zu können, ist ein Regler 26 vorgesehen. Ggf. kann es genügen, wenn der Regler 26
für die Zufuhr des oxidativen Gases als Ein-Ausschalter konzipiert ist. Das Zuführen
eines oxidativen Gases über die Leitung L3 erfolgt üblicherweise nur dann, wenn der
Brenner mit einem Brennstoff betrieben wird, namentlich wenn ein erster Brennstoff,
vorzugsweise Kerosin, zentral über die Leitung L1 zugeführt wird.
[0022] Aus der Fig. 4, welche die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie C-C in
Fig. 1 zeigt, ist ersichtlich, dass von dem Anschluss A2 eine Leitung L2 zu einem
zweiten (hinteren) Ringkanal 18 des Düsenkörpers 7 führt. Die Leitung L2 dient dem
Zuführen eines oxidativen Gases, vorzugsweise Sauerstoff in die Brennkammer. Somit
münden neben den beiden Brennstoffleitungen auch die Leitung L2 zum Zuführen eines
oxidativen Gases in die gemeinsame Brennkammer 4. Um die GasZufuhr steuern zu können,
ist ein Durchflussregler 25 vorgesehen.
[0023] Die Fig. 5 zeigt die Vorrichtung in einem Längsschnitt entlang der Linie D-D in Fig.
1. Hieraus ist erkennbar, dass der Anschluss A4 über eine schräge Leitung mit dem
vorderen Ringkanal 14 des Düsenkörpers 7 verbunden ist. Die Leitung L4 dient vorzugsweise
dem Zuführen eines Inertgases, insbesondere Stickstoff. Um die Zufuhr des Inertgases
steuern zu können, ist ein Durchflussregler 27 vorgesehen.
[0024] Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass die Anschlüsse A3, A4 und A5 über
die drei zugehörigen Leitungen L3, L4 und L5 mit dem ersten Ringkanal 14 des Düsenkörpers
7 verbunden sind, während der Anschluss A2 über die Leitung L2 zu dem zweiten Ringkanal
18 führt. Sofern über zumindest zwei der drei mit dem vorderen Ringkanal 14 verbundenen
Leitungen L3, L4, L5 je ein Medium zugeführt wird, so vermischen sich diese Medien
im Ringkanal 14.
[0025] Anhand der Fig. 6a, 6b und 6c wird der Aufbau des Düsenkörpers 7 näher erläutert.
Die Fig. 6a zeigt den Düsenkörper 7 in einer Ansicht von der Brennkammerseite her,
während die Fig. 6b einen Längsschnitt durch den Düsenkörper 7 entlang der Linie A-A
in Fig. 6a zeigt. Die Fig. 6c zeigt einen Längsschnitt durch den Düsenkörper 7 entlang
der Linie B-B in Fig. 6a.
[0026] In der Fig. 6b ist erkennbar, dass von dem zweiten (hinteren) Ringkanal 18 axiale
Bohrungen 19 zu der vorderen Stirnseite des Düsenkörpers 7 führen. Diese Bohrungen
19 bilden zur Brennkammerseite hin eine erste Gruppe von Austrittsöffnungen 19A, über
welche der Brennkammer ein Medium oder mehrere Medien zugeführt werden kann/können.
[0027] In der Fig. 6c ist erkennbar, dass von dem vorderen Ringkanal 14 weitere axiale Bohrungen
15 zu der vorderen Stirnseite des Düsenkörpers 7 führen. Die genannten Bohrungen 15
bilden zur Brennkammerseite hin eine zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 15A.
[0028] In der Fig. 6a ist erkennbar, dass die mit dem zweiten (hinteren) Ringkanal 18 verbundene
Gruppe von Bohrungen 19 gleichmässig verteilt auf einer inneren Kreislinie 20 angeordnet
ist, während die mit dem ersten (vorderen) Ringkanal 14 verbundenen weitere Gruppe
von Bohrungen 15 gleichmässig verteilt auf einer äusseren Kreislinie 16 angeordnet
ist. Beide Kreislinien 16, 20 sind koaxial zu einer zentralen Austrittsöffnung 13
des Düsenkörpers 7 angeordnet. Die zentrale Öffnung 13 des Düsenkörpers 7 dient der
Aufnahme einer Einspritzdüse oder eines Einspritzventils (nicht dargestellt), welches
dem Einspritzen des flüssigen Brennstoffs in die Brennkammer dient. Der Düsenkörper
7 ist dazu mit einem Innengewinde versehen, welches dem Befestigen einer solchen Einspritzdüse
dient. Da solche Einspritzdüsen bekannt sind, wird hier nicht näher darauf eingegangen.
[0029] Die grundsätzlichen Vorteile einer derartigen Vorrichtung bestehen darin, dass diese
universell einsetzbar ist. So kann der Brenner beispielsweise mit zwei Brennstoffen
gleichzeitig betrieben werden, indem der Brennkammer 4 über den Düsenkörper 7 - Einspritzdüse-
zentral ein erster Brennstoff, beispielsweise Kerosin, zugeführt wird, während der
Brennkammer 4 gleichzeitig ein weiterer Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, zugeführt
wird. Der zweite Brennstoff kann dabei über die Bohrungen 15, 19 des äusseren oder
inneren Lochkreises des Düsenkörpers 7 zugeführt werden. Zudem können der Brennkammer
den Anforderungen entsprechend über die beiden Anschlüsse A3, A4 beliebig weitere
Medien zugeführt werden. So kann über den Anschluss A2 und/oder A3 ein oxidatives
Gas wie beispielsweise Sauerstoff zugeführt werden. Sofern der Sauerstoff über den
Anschluss A3 zugeführt wird, vermischt sich dieser im vorderen Ringkanal 14 mit dem
über den Anschluss A4 und/oder A5 zugeführten Medium. Beispielsweise kann über den
Anschluss A4 auch ein Inertgas wie beispielsweise Stickstoff zugeführt werden, was
bewirkt, dass die Temperatur im Brennraum gesenkt wird. In der Fachsprache wird diesbezüglich
von der Zufuhr eines "cold" Gases gesprochen. Die lochkreisförmige Anordnung der Bohrungen
15, 19 bzw. Austrittsöffnungen 15A, 19A hat den Vorteil, dass die verschiedenen Medien
der Brennkammer gleichmässig und zentral zugeführt werden können. So eignet sich die
Vorrichtung insbesondere auch zum Aufschmelzen von groben Pulvern und Auftragen von
dicken Schichten und zum Erzeugen von rauhen Oberflächen, da beim Betrieb des Brenners
mit zwei Brennstoffen pro Zeiteinheit sehr hohe Temperaturen und/oder hohe Aufschmelzraten
des Beschichtungspulvers und/oder sehr hohe Gasgeschwindigkeiten erreicht werden können.
[0030] Natürlich kann der Brenner auch nur mit einem Brennstoff betrieben werden. Da beide
Brennstoffleitungen mit je einem Durchflussregler versehen sind, ist auch ein kontinuierlicher
oder diskontinuierlicher Übergang vom einen auf den anderen Brennstoff möglich. Eine
derartige Vorrichtung ermöglicht es beispielsweise, eine Grundschicht mit dem einen
Brennstoff, vorzugsweise Kerosin, aufzutragen, um danach eine Deckschicht unter Zufuhr
eines andern Brennstoffs oder beider Brennstoffe aufzutragen. Bis anhin mussten für
einen solchen Vorgang zwei unterschiedliche Vorrichtungen eingesetzt werden.
[0031] Je nach Betriebsart kann es vorteilhaft sein, über die Bohrungen 15, 19 des inneren
und/oder äusseren Lochkreises des Düsenkörpers 7 ein gasförmiges Medium in die Brennkammer
strömen zu lassen, damit eine Verschmutzung der Bohrungen und/oder ein Eindringen
von Brennkammergasen in die genannten Bohrungen 15, 19 verhindert wird.
[0032] Je nach gewünschter Betriebsart dient der Düsenkörper 7 dem Zuführen von einem oder
zwei Brennstoffen bzw. Brennstoffgemischen sowie einem oder mehrerer oxidativer Gase
sowie allfälliger weiterer Gase.
[0033] Natürlich kann der Brenner auch nur mit einem Brennstoff betrieben werden, wobei
grundsätzlich sowohl flüssige wie auch gasförmige Brennstoffe in Frage kommen. Während
als flüssiger Brennstoff insbesondere Kerosin zum Einsatz kommt, können als gasförmige
Brennstoffe beispielsweise Wasserstoff, Erdgas, Propylen, Propan oder Ethylen eingesetzt
werden. Es versteht sich, dass die vorgängig erwähnten Betriebsarten keinesfalls als
abschliessend zu betrachten sind, sondern dass mit der in den Ansprüchen definierten
Vorrichtung eine grosse Zahl unterschiedlicher Betriebsarten möglich ist, wobei natürlich
auch die Anzahl und Anordnung der beschriebenen Anschlüsse und Leitungen variieren
kann.
[0034] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäss gestalteten Vorrichtung bzw. Brenners besteht
darin, dass im Betrieb ohne Unterbruch von dem einen auf den anderen Brennstoff umgeschaltet
werden kann.
[0035] Aber auch die Ausgestaltung des eigentlichen Brenners kann natürlich variieren. So
könnte der Düsenkörper 7 beispielsweise anstelle oder zusätzlich zu den lochkreisförmig
angeordneten Bohrungen 15, 19 mit einem Ringkanal, oder ringkreisförmig ausgebildeten
Abschnitten versehen werden, über welche ein Medium oder mehrere Medien der Brennkammer
4 zugeführt werden.
1. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen,
mit einer Brennkammer (4), einer ersten Brennstoffleitung (L1) zum Zuführen eines
ersten flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, einer ersten Gasleitung (L2) zum Zuführen
eines oxidativen Gases und zumindest einer weiteren Brennstoffleitung (L5) zum Zuführen
eines weiteren flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste Gasleitung (L2) wie auch die beiden Brennstoffleitungen (L1, L5)
in eine gemeinsame Brennkammer (4) münden, und dass Mittel (24, 28) vorgesehen sind,
um die Brennstoffzufuhr in den beiden Brennstoffleitungen (L1, L5) unabhängig voneinander
zu steuern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Brennstoffleitung (L1) zentral über zumindest eine Austrittsöffnung (13A)
in die Brennkammer (4) mündet, und dass die weitere Brennstoffleitung (L5) über eine
Vielzahl von weiteren Austrittsöffnungen (15A) in die Brennkammer (4) mündet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Brennstoffleitung (L1) zentral über zumindest eine Austrittsöffnung (13A)
in die Brennkammer (4) mündet, und dass die erste Gasleitung (L2) über eine Vielzahl
von zusätzlichen Austrittsöffnungen (19A) in die Brennkammer (4) mündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (15A) der weiteren Brennstoffleitung (L5) auf einer Kreislinie
(16) angeordnet sind, wobei die genannten Austrittsöffnungen (15A) koaxial zu der
zumindest einen zentral in die Brennkammer (4) mündenden Austrittsöffnung (13A) angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (19A) der ersten Gasleitung (L2) auf einer Kreislinie (20)
angeordnet sind, welche koaxial zu der zentral in die Brennkammer (4) mündenden Austrittsöffnung
(13A) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen an die Brennkammer (4) angrenzenden Düsenkörper (7) aufweist,
der austauschbar in einen Anschlusskörper (2) der Vorrichtung eingesetzt ist, wobei
der Düsenkörper (7) mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen (13A, 15A, 19A) versehen
ist und die beiden Brennstoffleitungen (L1, L5) und die erste Gasleitung (L2) derart
mit dem Düsenkörper (7) verbunden sind, dass der Brennkammer (4) die zum Betrieb der
Vorrichtung notwendigen Medien über die genannten Austrittsöffnungen (13A, 15A, 19A)
des Düsenkörpers (7) zuführbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (7) mit einer zentralen Austrittsöffnung (13A) oder Düse versehen
ist und weitere Austrittsöffnungen (15A, 19A) kreisförmig verteilt um die zentrale
Austrittsöffnung (13A) herum angeordnet sind, wobei die zentrale Austrittsöffnung
(13A) oder Düse mit der ersten Brennstoffleitung (L1) verbunden ist, und wobei die
genannten weiteren Austrittsöffnungen (15A, 19A) mit zumindest einer Leitung (L3,
L4) zum Zuführen eines weiteren Brennstoffs und/oder eines weiteren Gases verbunden
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Austrittsöffnungen (15A, 19A) entlang von zwei mit unterschiedlichen
Durchmessern versehenen Kreislinien (16, 20) angeordnet sind, wobei die entlang der
äusseren Kreislinie (16) angeordneten Austrittsöffnungen (15A) mit einem ersten, in
den Düsenkörper (7) eingelassenen Ringkanal (14) verbunden sind, und wobei die entlang
der inneren Kreislinie (20) angeordneten Austrittsöffnungen (19A) mit einem zweiten,
in den Düsenkörper (7) eingelassenen Ringkanal (18) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringkanal (14) mit der weiteren Brennstoffleitung (L5) und/oder einer weiteren
Gasleitung (L3, L4) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringkanal (14) mit einer weiteren Gasleitung (L4) zum Zuführen eines Inertgases
verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ringkanal (18) mit der ersten Gasleitung (L2) zum Zuführen eines oxidativen
Gases verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25, 26, 27) vorgesehen sind, um zumindest in einzelnen Gasleitungen (L2,
L3, L4) die Gaszufuhr zu steuern.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen die Brennkammer (4) begrenzenden Hohlkörper (3) aufweist, der
austauschbar in einen Grundkörper (1) der Vorrichtung eingesetzt ist, dass in Strömungsrichtung
der Gase gesehen hinter dem Hohlkörper (3) eine Rohrdüse (5) austauschbar in den Grundkörper
(1) eingesetzt ist, und dass die Rohrdüse (5) mit im wesentlichen radial oder schräg
zur Längsachse verlaufenden Pulverzufuhröffungen versehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen an die Brennkammer (4) angrenzenden Düsenkörper (7) zum Zuführen
der beiden Brennstoffe sowie des oxidativen Gases aufweist, wobei der Düsenkörper
(7) austauschbar in einen Anschlusskörper (2) der Vorrichtung eingesetzt ist und mit
einer zentralen Austrittsöffnung (13A) für den ersten Brennstoff sowie zwei Gruppen
von weiteren Austrittsöffnungen (15A, 19A) für den weiteren Brennstoff sowie das oxidative
Gas versehen ist, und wobei die eine Gruppe der genannten weiteren Austrittsöffnungen
(15A) auf einer äusseren Kreislinie (16) angeordnet ist und die andere Gruppe der
genannten weiteren Austrittsöffnungen (19A) auf einer inneren Kreislinie (20) angeordnet
ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kreislinien (16,20) koaxial zu der zentralen Austrittsöffnung (13A) angeordnet
sind und dass die zentrale Austrittsöffnung (13A) mit der ersten Brennstoffleitung
(L1) verbunden ist und die eine Gruppe der genannten weiteren Austrittsöffnungen (19A)
mit der ersten Gasleitung (L2) verbunden ist, und dass die andere Gruppe der weiteren
Austrittsöffnungen (15A,) mit der weiteren Brennstoffleitung (L5) sowie zumindest
einer weiteren Leitung (L3, L4) zum Zuführen eines weiteren Gases verbunden ist.