Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole

Abstract

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

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsflammspritz­pistole mit wassergekühlter Brennkammer, Injektorgasmisch­block und Expansionsdüse, bei der die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine zu den schmelz­flüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungs­rückständen affinitätslose Deckschicht aufweisen.

[0002] Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistolen weisen einen Gasmischblock mit wassergekühlter Brennkammer und nachgeschalteter Expansionsdüse auf. Der Vorteil gegenüber konventionellen Flammspritzpistolen besteht darin, daß die Brenngase z. B. Acetylen, Propan oder Wasserstoff und/oder die Verbrennungsgase z. B. Sauerstoff bzw. Luft in der wassergekühlten Brennkammer verbrennen, wobei es zu einer sehr starken Gasexpansion kommt, mit der Folge, daß der aus der wassergekühlten Expansionsdüse austretende Heißgasstrahl Überschallgeschwindigkeit aufweist.

[0003] Hierbei durchströmt z. B. pulverförmiger Spritzzusatz­werkstoff die Brennkammer, wobei dieser in einen geschmolzenen oder schmelzplastischen Zustand versetzt wird. Das Gemisch aus Brenn- und Verbrennungsgas strömt ebenfalls in die Brennkammer ein und ist beim Eintritt des draht- oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffes bereits gezündet. Hierbei entstehen naturgemäß gewisse technische Probleme derart, daß der Zusatzwerkstoff durch den Druck und die Gasverwirbelung in der Brennkammer nachteiligerweise nicht zentrisch in die gegenüberliegende Expansionsdüsenbohrung eintreten kann. Auf diese Weise werden geschmolzene Spritzzu­satzwerkstoffpartikel an die Brennkammerwandung oder an die Stirnseite des Injektorgasmischblocks geschleudert, wo diese anbacken bzw. ablagern.

[0004] Diese Ablagerungen treten ebenfalls auf dem Brennkammerboden und im Übergangsbereich der Brennkammer zur Expansionsdüsen­bohrung auf.

[0005] Da diese Ablagerungen von Zeit zu Zeit von der Hochge­schwindigkeitsflamme mitgerissen und auf das Substrat geschleudert bzw. aufgeschossen werden, verursachen diese Fehlstellen in der zu erzeugenden Spritzschicht.

[0006] Für bestimmte spezielle Anwendungen, z. B. High-Tech-­Schichten im Flugzeugmotorenbau und Gasturbinenschaufelbau sind die herkömmlichen Verfahrensweisen der Schichtauf­bringung daher nicht immer zufriedenstellend.

[0007] Bei den bekanntten Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistolen besteht der Injektorgasmischblock, die Brennkammer und die angeschlossene Expansionsdüse normalerweise aus Kupfer, deren gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen maximal geglättet sind.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der im Bereich der Brennkammer keine Ablagerungen von Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen gebildet werden.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine zu den schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslose Deckschicht aufweisen.

[0010] Besondere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0011] Anhand der beigefügten Zeichnung, die ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wird diese nun näher erläutert.

[0012] Die Figur 1 zeigt unter anderem die Expansionsdüse 22, die Brennkammer 2, den Injektorgasmischblock 18 und den Kühlwassermantel 23 einer Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 1.

[0013] In dem Aufnahmeelement 25 an das der Injektorgasmischblock 18 und der Kühlwassermantel 23 angeschlossen werden, sind verschiedene Zu- und Abführungsdüsen 26 bis 30 eingelassen, die in entsprechende Zuführungs- und Abführungsleitungen 3 bis 6 und 24 münden.

[0014] Hierbei durchströmt z. B. der Spritzzusatzwerkstoff in Pulverform ausgehend von der Zuführungsleitung 24 durch die Brennkammer 2. Im Bereich der Brennkammer 2 wird der Zusatzwerkstoff in einen geschmolzenen oder schmelz­plastischen Zustand versetzt. Z. B. Sauerstoff strömt durch die Verbrennungsgaszuführung 4 in die Quernute 7 durch die Bohrung 8 in eine Radialnute 9 von wo aus dieser über die Injektordruckdüsenbohrung 10 durch die brenngasgefüllte Ringnute 13, die als Injektorspalt fungiert. Das Brenngas strömt über die Zuführung 3 in die Quernute 12 und strömt von hier aus in den Ringraum 11, der mit der Ringnute (Injektorspalt) 13 verbunden ist. Der Injektorspalt 13 ist Teil des Injektorsystems, bestehend aus Injektordruckdüsen­bohrung 10, Inkjektorspalt 13 und Injektormischdüsen­bohrungen 14.

[0015] Bekanntlich bewirkt das Injektorsystem, daß im Injektorspalt ein Unterdruck entsteht, der im vorliegende Falle das Brenngas ansaugt (sogenanntes Venturi-Prinzip in vereinfachter Ausführung).

[0016] Das Verbrennungsgas strömt mit Überschallgeschwindigkeit aus mindestens zwei Injektordruckdüsenbohrungen 10 durch die Ringnut (Injektorspalt) 13 in die Injektormischdüsen­bohrungen 14 und saugt dabei Brenngas aus dem Injektorspalt 13 in die Injektormischdüsenbohrungen 14 mit, wo die Mischung zwischen Brenn- und Verbrennungsgas stattfindet. Danach tritt das Gemisch in die Brennkammer 2 ein. Durch die Anordnung der zu dem Spritzzusatzwerkstoff und den sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslosen Deckschicht 21 auf der Stirnseite 17 des Injektorgasmischblocks 18, auf der Brennkammerwandung 16, dem Brennkammerboden 19 und auf dem Übergangsbereich 20 zur Expansionsdüse 22 kann der Spritz­zusatzwerkstoff, wie auch die sonstigen Verbrennungsrück­stände nicht in diesem Bereich ablagern oder anbacken.

[0017] Die Probleme des Standes der Technik, die sich dadurch ergeben, daß der in die Brennkammer 2, in der bereits das Gasgemisch gezündet ist, eintretende draht- oder pulver­förmige Spritzzusatzwerkstoff durch den Druck und die Gasverwirbelung in der Brennkammer 2 nicht zentrisch in die gegenüberliegende Expansionsdüsenbohrung 15 eintreten kann, und im Bereich der Brennkammerwandung 16, an der Stirnseite 17 des Injektorgasmischblocks 18, auf den Brennkammerboden 19 oder auf den Übergangsbereich 20 der Brennkammer 2 zur Expansionsdüsenbohrung 15 geschleudert werden und dort anbacken, besteht mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung einer zu diesen Stoffen affinitätslosen Deckschicht 21 nicht mehr.

[0018] Vorzugsweise eignen sich Elemente für die Deckschicht 21 aus der Gruppe VIII des periodischen Systems, vorzugsweise Platin. Ferner einige Angehörige der I. Nebengruppe (Ia), nämlich Gold/Silber sowie keramische Schichten, beispielsweise oxidische und karbidische Keramikschichten.

[0019] Es eignen sich ferner Schwermetalloxidschichten, wie z. B. eine Titanoxidschicht.

[0020] Bevorzugterweise erfolgt die Aufbringung der Deckschicht 21, beispielsweise Goldschicht, am fertig bearbeiteten und auf Funktionsfähigkeit geprüften Bauteil, beispielsweise durch galvanische Verfahren oder durch Aufdampfen.

[0021] Die Schichtdicke beträgt vorzugsweise 1 bis 5µ.

[0022] Ein weiterer positiver Effekt der Anordnung einer Deckschicht 21 aus vorgenannten Materialien ist, daß die Zündwilligkeit des aus der Expansionsdüse austretenden Initialzündgemisches sprunghaft erhöht wird.

[0023] Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Hochgeschwindig­keitsflammspritzpistole geschaffen, mit der durch die Anordnung einer zu Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslosen Deckschicht auf den gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine Ablagerung und ein Anbacken dieser Stoffe vermieden und verhindert wird und somit das Problem, das diese Ablagerung von der Hochgeschwindigkeitsflamme mitgerissen und auf das Substrat geschleudert bzw. aufgeschossen wird, wo sie Fehlstellen in der Spritzschicht erzeugen, vermieden und ausgeschaltet wird.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1 Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole

2 Brennkammer

3 Brenngaszuführungsleitung

4 Verbrennungsgaszuführungsleitung

5 Kühlwasserzuführungsleitung

6 Kühlwasserabgangsleitung

7 Quernute

8 Bohrung

9 Radialnute

10 Injektordruckdüsenbohrungen

11 Ringkanal

12 Quernute

13 Injektorspalt (Ringnute)

14 Injektormischdüsenbohrungen

15 Expansionsdüsenbohrung

16 Brennkammerwandung

17 Stirnseite des Gasmischblocks

18 Injektorgasmischblock

19 Brennkammerboden

20 Übergangsbereich zur Expansionsdüse

21 affinitätslose Deckschicht

22 Expansionsdüse

23 Kühlwassermantel

24 zentrale Zuführungsleitung für Spritzzusatzwerkstoffe

25 Element zur Aufnahme von 23 und 18

26 Kühlwasserabgangsdüse

27 Kühlwasserzuführungsdüse

28 Brenngaszuführungsdüse

29 Verbrennungsgaszuführungsdüse

30 Spritzzusatzwerkstoffzuführungsdüse

Ansprüche

1. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole mit wasser­gekühlter Brennkammer, Injektorgasmischblock und Expansionsdüse,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gas- und flammenbeaufschlagten Oberflächen eine, zu den schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoffen und sonstigen Verbrennungsrückständen affinitätslose Deckschicht (21) aufweisen.

2. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschicht (21) auf der Brennkammerwandung (16), der Stirnseite des Gasmischblocks (17), Brennkammerboden (19) und im Übergangsbereich (20) zur Expansionsdüse (22) angeordnet ist.

3. Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil der gas- und flammenbeauf­schlagten Wandung beschichtet ist.

Zeichnung