DE3006558A1 - Brenner zur pulverspruehbeschichtung - Google Patents
Brenner zur pulverspruehbeschichtungInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zur PuI-versprühbeschichtung.
Konventionelle Arten von Brennern sind nicht in der Lage,
genügend hohe Flammentemperatüren zu erzeugen, wenn Brenngas
der Art verwendet wird, wie es C_HR oder C4H1 o. dgl.
ist, und daher kann mit diesen konventionellen Brennern kein Flammensprühen von Pulvermaterial durchgeführt werden,
das einen hohen Schmelzpunkt bzw. hohe Schmelzpunkte hat, wie es beispielsweise Keramik, z. B. A1„O_, ist. Wenn es
notwendig war, ein Flammensprühen mit Pulvermaterial von hohem Schmelzpunkt bzw. hohen Schmelzpunkten durchzuführen,
wurde allgemein C„H als Brenngas verwendet. Da jedoch C„H„
von der Art ist, daß es sich selbst zersetzt bzw. zur Selbstzersetzung neigt, war es erforderlich, niedrige Zuführungsdrücke
aufrechtzuerhalten, wodurch es inadäquat bzw. unmöglich gemacht wurde, diese Brenner für eine Arbeit
zu benutzen, die die Handhabung bzw. Verarbeitung einer großen Menge beinhaltete=
Kurz zusammengefaßt wird mit der vorliegenden Erfindung ein Brenner z.ur Pulversprühbeschichtung zur Verfügung gestellt,
der in der Lage ist, unter Verwendung der vorerwähnten Gase C-Hq, C4H1 o. dgl. als Brenngase genügend
hohe Flammentemperaturen zu erzeugen, und der infolgedessen in der Lage ist, solche Pulvermaterialien, die einen
hohen Schmelzpunkt bzw. hohe Schmelzpunkte haben, wie es beispielsweise Keramik ist, mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad durch Flammensprühen zu verarbeiten. Weiterhin
wird mit der Erfindung ein Brenner zur Verfügung gestellt,
der eine Flammensprühbeschichtung in großem Ausmaß ermöglicht.
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Im einzelnen ist der Pulversprühbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß er in der Lage ist,
einen Gas-Pulver-Strom, der durch Mischung von Brenngas
und Pulvermaterial gebildet worden ist, vollständig mit
Hilfsverbrennungsgas (Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft) zu mischen und das Pulvermaterial, das in dem Gas-Pulver-Strom enthalten ist, in der Mitte der Flamme anzusammeln bzw. zu konzentrieren. Die drei Ausführungsformen, die weiter unten beschrieben werden, haben gemeinsame Merkmale zur Erzielung der vorstehend genannten Wirkungen. Der Pulversprühbrenner nach der vorliegenden Erfindung umfaßt nämlich eine Vormischungsverbrennungskammer, eine Öffnung für den Flammenstrahl, die am vorderen Ende
der Vormischungsverbrennungskammer angeordnet ist, und einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal, der in Verbindung
mit dem rückwärtigen Ende der erwähnten Kammer angeordnet ist, von wo der Gas-Pulver-Strom in die Kammer ausgestoßen wird, und wenigstens eine Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen, die ringförmig in der Wand der Kammer
vorgesehen sind, und diese Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen ist in der Weise vorgesehen, daß sie Durchbohrungen, Durchdringungen, Durchlöcherungen, Durchsetzungen o. dgl. in einer solchen Richtung bilden, daß
sie zur Achse der Vormischungsverbrennungskammer und der
Öffnung für den Flammenstrahl, die am vorderen Ende angeordnet ist, hin konvergieren.
einen Gas-Pulver-Strom, der durch Mischung von Brenngas
und Pulvermaterial gebildet worden ist, vollständig mit
Hilfsverbrennungsgas (Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft) zu mischen und das Pulvermaterial, das in dem Gas-Pulver-Strom enthalten ist, in der Mitte der Flamme anzusammeln bzw. zu konzentrieren. Die drei Ausführungsformen, die weiter unten beschrieben werden, haben gemeinsame Merkmale zur Erzielung der vorstehend genannten Wirkungen. Der Pulversprühbrenner nach der vorliegenden Erfindung umfaßt nämlich eine Vormischungsverbrennungskammer, eine Öffnung für den Flammenstrahl, die am vorderen Ende
der Vormischungsverbrennungskammer angeordnet ist, und einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal, der in Verbindung
mit dem rückwärtigen Ende der erwähnten Kammer angeordnet ist, von wo der Gas-Pulver-Strom in die Kammer ausgestoßen wird, und wenigstens eine Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen, die ringförmig in der Wand der Kammer
vorgesehen sind, und diese Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen ist in der Weise vorgesehen, daß sie Durchbohrungen, Durchdringungen, Durchlöcherungen, Durchsetzungen o. dgl. in einer solchen Richtung bilden, daß
sie zur Achse der Vormischungsverbrennungskammer und der
Öffnung für den Flammenstrahl, die am vorderen Ende angeordnet ist, hin konvergieren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Fig. 1 bis 7 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 2 eine Querschnittsansicht längs der Linie I-I der
Fig. 1;
Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II der
Fig. 3;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs der Linie III-III
der Fig. 3;
Fig. 6 eine Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 7 eine Querschnittsansicht längs der Linie IV-IV der Fig. 6.
Nachstehend sei nunmehr eine ins einzelne gehende Beschreibung der drei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
gegeben. Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen die erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt
ist. Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine zylindrisch geformte äußere Hülse 11 umfangsmäßig bzw. über ihren inneren
Umfang an einer aus Kupfer bestehenden inneren Hülse 1o befestigt. Die innere Hülse 1o hat einen säulenförmigen
Hohlraum 12, einen abgestumpfen, konisch geformten
Hohlraum 13 und einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14, der von einem säulenförmigen Hohlraum gebildet wird, welcher
einen kleineren Durchmesser als der Hohlraum 12 hat. Die Hohlräume 12 und 13 bilden in ihrer Kombination eine
Vormischungsverbrennungskammer 15, deren vorderes Ende als eine Öffnung 15a für einen Flammenstrahl geöffnet ist. Der
entgegengesetzte Endteil der Vormischungsverbrennungskammer ist mit dem Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14 verbunden.
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Der Gas-Pulver-Strom wird durch den Gas-Pulver-Zuführungskanal
14 in die Vormischungsverbrennungskammer 15 aufgenommen, bildet eine Flamme darin, und danach wird die
Flamme aus der Öffnung 15a für den Flammenstrahl ausgestoßen
bzw. -gestrahlt.
Der äußere Durchmesser der inneren Hülse 1o in dem Teil,
in dem sich die Kammer 15 befindet, ist gleich dem inneren
Durchmesser der äußeren Hülse 11/ und der äußere Umfang der inneren Hülse 1o ist in dem Teil/ in dem sich die Vormischungsverbrennungskammer
15 befindet, innig mit dem inneren Umfang der äußeren Hülse 11 verbunden. Andererseits
ist der äußere Durchmesser der inneren Hülse 1o in dem Teil, in dem sich der Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal
14 befindet, kleiner als der innere Durchmesser der äußeren Hülse 11, und in diesem Teil des Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanals
14 ist ein ringförmiger Leerraum zwischen dem äußeren Umfang der inneren Hülse 1o und dem inneren
Umfang der äußeren Hülse 11 ausgebildet. Dieser Leerraum bildet den Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16. Die Wand
des kegelstumpfförmigen Hohlraums 13, die einen Teil der
Vormischungsverbrennungskammer begrenzt, hat öffnungen bzw. Mündungen von drei Reihen von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen
17a..., 17b..., 17c.../ die die Form von jeweils einem kleinen Kanal an jeder von drei unterschiedlichen
Positionen längs der E rzeugenden der konischen Fläche haben. Jede Reihe der Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle
besteht aus vier oder mehr Stück von HilfsverbrennungsgasZuführungskanälen, die ringförmig in
einer Ebene angeordnet sind, welche senkrecht zur Achse der Kammer 15 verläuft. Diese Kanäle 17a..., 17b..., 17c...
sind durch Bohren vom Hilf sverbrennungs gas führungskanal 16 bis
zur Vormischungsverbrennungskainmer 15 ausgebildet worden, und zwar in einer Richtung, in der sie mit der öffnung für
den Flammenstrahl konvergieren und längs der Achse. Diese
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HilfsverbrennungsgasZuführungskanäle können durch ringförmige
Schlitze ersetzt werden.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß Hilfsverbrennungsgas durch den Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16 und durch
die Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle 17a..., 17b...,
17c... in die Vormischungsverbrennungskammer zugeführt und in dieser mit dem vorerwähnten Gas-Pulver-Strom gemischt
wird.
Als nächstes sei die Funktionsweise eines so aufgebauten Pulversprühbrenners, wie er vorstehend beschrieben wurde,
näher erläutert.
Gemäß den Fig. 1 und 2 wird Pulvermaterial, wie beispielsweise Al„O_, durch Brenngas, beispielsweise C_HO, mitgeführt
und durch den Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14 in der Richtung des Pfeils a mit einer Geschwindigkeit
von angenähert 2o in/sec als Gas-Pulver-Strom zugeführt und in die Vormischungsverbrennungskammer ausgestoßen bzw.
-gespritzt. Währenddessen wird Hilfsverbrennungsgas durch den Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16 in der Richtung
des Pfeils b mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2o m/ see zugeführt und in der Richtung des Pfeils c mit einer
Geschwindigkeit von angenähert 15o m/sec über die Hilfsverbrennungsgas
Zuführungskanäle 1 7a. .. , 17b..., 1 7c. ..
in die Vormischungsverbrennungskammer 15 ausgestoßen. Als
Ergebnis dieses Vorgangs werden Brenngas und Hilfsverbrennungsgas vollständig miteinander gemischt, ohne daß
eine Zerstreuung, Ausblendung, Verstreuung o„ dgl. von Pulver erfolgt.
Genauer gesagt,, geht, da die Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle
17a..., 17b..., 17c... jeweils in unterschiedlichen Positionen der Erzeugenden angeordnet sindf der vorerwähnte
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Gas-Pulver-Strom zuerst durch die Kanäle 17a..., dann durch
die Kanäle 17b..., 17c... aufeinanderfolgend. Infolgedessen wird der Gas-Pulver-Strom zunächst mit dem Hilfsverbrennungsgas
gemischt, das aus den Kanälen 17a... ausgestoßen wird, und dann nacheinander mit demjenigen von den Kanälen
17b..., 17c... In diesem Falle wird, da jeder Hilfsverbrennungsgaszuführungskanal
17a..., 17b..., 17c... in der Richtung der Konvergenz zur Flammensprühdüse 15a längs der erwähnten
Achse gebohrt ist, eine glatte, ruhige, stoßfreie Zuführung des Gas-Pulver-Stroms aus dem Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal
14 durch den Strahl bzw. die Strahlen des Hilfsverbrennungsgases nicht gestört.
Auf diese Weise wird der Gas-Pulver-Strom glatt, ruhig und stoßfrei zugeführt, und dieser Gas-Pulver-Strom wird
vollständig mit Verbrennungsgas gemischt. Als Ergebnis dieses Vorgangs wird eine Flammenzone hoher Temperatur
in dem Bereich von der Vormischungsverbrennungskammer 15 bis zum äußeren Bereich der Flammensprühdüse 15a erzeugt.
Infolgedessen wird das Pulvermaterial, das sich im Gas-Pulver-Strom befindet, selbst dann, wenn es ein solches
von hohem Schmelzpunkt bzw. hohen Schmelzpunkten ist, bei seinem Durchgang durch die Zone bis zum äußeren Bereich
der Öffnung 15a für den Flammenstrahl vollständig geschmolzen. Die Geschwindigkeit der Gasflamme, die aus der Flammensprühdüse
15a ausgestoßen wird, beträgt etwa 25o m/sec, und die Geschwindigkeit des im wesentlichen geschmolzenen
Pulvermaterials beträgt etwa 15o m/sec. Das Pulvermaterial wird aus der Öffnung 15a für den Flammenstrahl■ausgestoßen
und, nachdem es vollständig in der Flamme geschmolzen worden ist, auf einem Gegenstand (nicht gezeigt), der beschichtet
werden soll, abgelagert.
Die Hilfsverbrennungsgaszuführungskahäle 17a... sind ringförmig
in der konischen Fläche der Vormischungsverbrennungs-
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kammer angeordnet und haben eine Richtung, die eine solche der Konvergenz zur Öffnung 15a für den Flammenstrahl ist
und die längs der erwähnten Achse verläuft; und die HilfsverbrennungsgasZuführungskanäle
17b..., 17c... sind entsprechend bzw. in gleichartiger Weise auf der konischen Fläche der Vormischungsverbrennungskammer 15 vorgesehen.
Daher wird das Pulvermaterial, das sich im Gas-Pulver-Strom befindet, nicht ver- bzw. zerstreut, und das im Gas-Pulver-
Strom, befindliche Pulvermaterial wird nach der Mitte der Flamme zu "angehäuft" bzw. zusammengetragen bzw.
konzentriert, d. h. längs der Achse der Vormischungsverbrennungskammer 15. Als Ergebnis dieser Verhältnisse ist
es möglich, mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad zu sprühen. Gemäß einem Experiment (I) des Flammensprühbeschichtens
unter Verwendung des obigen Brenners für die Sprühbeschichtung wurde eine beträchtlich hoher Ablagerungswirkungsgrad
erzielt, wie die Tabelle 1 zeigt, und zwar unter Verwendung von C_HO und Al„O_ (rein) als Brenngas
bzw. Pulvermaterial.
Experiment (I) einer Flaitimensprühbeschichtung
C3Hg Zuführungsmenge loo (Nm /H)
0 Zuführungsmenge 5oo (Nm /H)
Pulvermaterial Al„0^ (I00 %)
Ablagerungsmenge 3,2(KgAl 0 /Nm
Ablagerungswirkungsgrad 89 %
In dem obigen Experiment wurde von Brenngas mitgeführtes Pulvermaterial als Gas-Pulver-Strom benutzt, jedoch kann
das Pulvermaterial auch von einer Mischung aus Brenngas und Hilfsverbrennungsgas mitgeführt werden.
Als nächstes sei eine zweite Ausführungsform der Erfindung
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beschrieben. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen einen Brennerkörper 19 dieser Ausführungsform. Gemäß den Fig. 3, 4 und 5
ist eine zylindrisch geformte äußere Hülse 11 über ihren
inneren Umfang auf einer aus Kupfer bestehenden inneren Hülse 2o befestigt. Die innere Hülse 2o hat einen säulenförmigen
Hohlraum 12, einen kegelstumpfförmigen Hohlraum 13 und einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14, der von
einem säulenförmigen Hohlraum gebildet wird, welcher einen kleineren Durchmesser als der Hohlraum 12 hat. Die Hohlräume
12 und 13 bilden in ihrer Kombination eine Vormischungsverbrennungskammer
15, deren vorderes Ende als eine Öffnung 15a für einen FlanuBenstrahl geöffnet ist. Der
entgegengesetzte Endteil der Vormischungsverbrennungskammer 15 ist mit dem Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14 verbunden.
Der Gas-Pulver-Strom wird durch den Gas-Pulver-Zuführungskanal 14 in die Vormischungsverbrennungskammer
15 eingeführt, bildet eine Flamme, und dann wird die Flamme aus der Öffnung 15a für den Flammenstrahl ausgestoßen
.
Der äußere Durchmesser der inneren Hülse 2o ist im Teil, in dem sich die Kammer 15 befindet bzw. im Bereich der
Kammer 15 gleich dem inneren Durchmesser der äußeren Hülse 11 (zumindest im Hauptteil der Kammer 15, auch wenn
das nur für einen Teil des Hohlraums 13 gilt), und der äußere Umfang der inneren Hülse 2o ist in dem Teil, in
dem sich die Vormischungsverbrennungskammer 15 befindet,
bzw. im Bereich der Vormischungsverbrennungskammer 15 innig mit dem inneren Umfang der äußeren Hülse 11 verbunden.
Andererseits ist der äußere Durchmesser der inneren Hülse 2o in dem Teil, in dem sich der Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal
14 befindet (sowie gegebenenfalls in einem Teil des Bereichs des Hohlraums 13, wie Fig. 3 zeigt),
kleiner als der innere Durchmesser der äußeren Hülse 11, und in diesem Teil des Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanals
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14 ist ein ringförmiger Leer- bzw. Hohlraum zwischen dem äußeren Umfang der inneren Hülse 2o und dem inneren Umfang
der äußeren Hülse 11 ausgebildet. Dieser ringförmige Hohlraum bildet den Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16.
Die Wand (konische Fläche) des Hohlraums 13, die einen Teil der Vormischungsverbrennungskammer 15 begrenzt, hat
Öffnungen von zwei Reihen von Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanälen 21a..., 21b..., die jeweils die Form eines
kleinen Kanals haben, und zwar befinden sich die Öffnungen an je zwei unterschiedlichen Positionen längs der
Erzeugenden der konischen Fläche, und jede Reihe von Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanälen besteht aus jeweils
vier Stück der Subzuführungskanäle, die ringförmig angeordnet sind. Diese Subzuführungskanäle 21a..., 21b...
sind von dem Hilfsverbrennungsgaszuführungskanal 16 bis
zu der Vormischungsverbrennungskammer 15 gebohrt, und zwar haben sie die Richtung einer Tangente zu der Wand (der
konischen Fläche) des Hohlraums 13. Die Wand (konische Fläche) des Hohlraums 13 der Kammer 15 hat außerdem eine
Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen 17a..., die aus acht Kanälen besteht, welche näher bzw. enger an
dem Hohlraum 12 angeordnet sind als die vorerwähnten zwei unterschiedlichen Positionen längs der Erzeugenden der
konischen Fläche (in denen die Subzuführungskanäle 21a... und 21b... angeordnet sind). Diese Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle
17a... sind von dem Hilfsverbrennungsgasführungskanal
16 bis zur Vormischungsverbrennungskammer unter einer Richtung der Konvergenz zur Öffnung 15a des
Flammenstrahls, und längs der Achse der Vormischungsverbrennungskammer
15 gebohrt (ihre Achse bildet also einen spitzen Winkel in der Ebene der Öffnung 15a, wobei dieser
spitze Winkel vorzugsweise für alle Kanäle 17a... gleich ist, und ihre Achse ist {je in einer Ebene, welche die
Längsachse der Vormischungsverbrennungskammer enthält).
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Diese Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle 17a... können
durch einen oder mehrere ringförmige Schlitze ersetzt werden. Weiterhin können diese Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle
17a... in einer Mehrzahl von Reihen in der Längsrichtung auf bzw. in der Wand der Kammer 15 angeordnet
sein.
Auf diese Weise wird Hilfsverbrennungsgas durch den Hilfsverbrennungsgasführungskanal
14 und durch die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle
21a..., 21b... sowie die HilfsverbrennungsgasZuführungskanäle
17c in die Vormischungsverbrennungskammer 15 zugeführt und mit dem Gas-Pulver-Strom
in der Kammer 15 gemischt.
Die Funktionsweise eines so aufgebauten Brenners für die Sprühbeschichtung sei nun beschrieben. Gemäß den Fig. 3,
4 und 5 wird Pulvermaterial, wie beispielsweise Al„O , von
dem Brenngas, z. B. C0H0, mitgeführt und in den Gas-Pulver-
ό ο
Strom-Zuführungskanal 14, wie durch den Pfeil a angedeutet
ist, mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2o m/sec als Gas-Pulver-Strom eingeführt und in die Vormischungsverbrennungskammer
15 ausgestoßen. V7ährenddessen wird das
Hilfsverbrennungsgas in den Hilfsverbrennungsgasführungskanal
16 mit einer Geschwindigkeit von etwa 2o m/sec, wie durch den Pfeil b angedeutet ist, eingeführt und durch
die Hilfsverbrennungsgäs-Subzuführungskanäle 21a..., 21b...
sowie die Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle 17a... mit
einer Geschwindigkeit von etwa 15o m/sec, wie durch die Pfeile c, d und e angedeutet ist, in die Vormischungsverbrennungskammer
15 ausgestoßen. Als Ergebnis dieser Vorgänge werden das Brenngas und das HiIfsverbrennungsgas
miteinander gemischt.
Genauer gesagt geht, da die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle
21a..., 21b und die Hilfsverbrennungs-
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gasZuführungskanäle 17a..= jeweils in unterschiedlichen
Positionen der Erzeugenden angeordnet sind, der vorerwähnte Gas-Pulver-Strom zunächst an den Kanälen 21a... und
dann an den Kanälen 21b..., 17a... nacheinander vorbei. Infolgedessen wird der Gas-Pulver-Strom zunächst mit dem
Hilfsverbrennungsgas gemischt, das aus den Kanälen 21a...
ausgestoßen wird, und dann nacheinander mit dem der Kanäle 21b..., 17a. In diesem Falle wird, da jeder Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal
21a..., 21b... die Richtung einer Tangente zur konischen Fläche des Hohlraums 13
der Kammer 15 hat, und da jeder Hilfsverbrennungsgaszuführungskanal
17a... in der Richtung der Konvergenz nach der Öffnung 15a für den Flammenstrahl und der Achse der
Kammer 15 vorgesehen ist, eine glatte, ruhige, stoßfreie Zuführung des Gas-Pulver-Stroms aus dem Gas-Pulver—Strom-Zuführungskanal
14 nicht durch den Strahl bzw. die Strahlen des Hilfsverbrennungsgases gestört.
Auf diese Weise wird der Gas-Pulver-Strom glatt, ruhig und stoßfrei zugeführt, und dieser Gas-Pulver-Strom wird
vollständig mit Hilfsverbrennungsgas gemischt. Als Ergebnis dieser Verhältnisse wird eine Flammenzone hoher
Temperatur in dem Bereich von der Vormischungsverbrennungskammer 15 bis zum äußeren Bereich der Öffnung 15a für
den Flammenstrahl erzeugt. Daher wird das Pulvermaterial, das sich in dem Gas-Pulver-Strom befindet, selbst dann,
wenn es ein solches von hohem Schmelzpunkt bzw. hohen Schmelzpunkten ist, bei seinem Durchgang durch die Zone
bis zum äußeren Bereich der Öffnung 15a für den Flammenstrahl
vollständig geschmolzen. Die Geschwindigkeit des Flammengases, das aus der Öffnung 15a für den Flammenstrahl
ausgestoßen wird, beträgt ungefähr 25o m/sec, und die Geschwindigkeit des im wesentlichen geschmolzenen Pulvermaterials
beträgt angenähert 15o m/sec. Das Pulvermaterial wird aus der Öffnung 15a für den Flammenstrahl mit
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dieser Geschwindigkeit ausgestoßen, und nachdem es in der Flamme vollständig geschmolzen worden ist, wird es auf
einem zu beschichtenden Gegenstand (nicht gezeigt) abgelagert.
Die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle 21a... sind
ringförmig auf bzw. in der konischen Fläche der Vormischungsverbrennungskammer angeordnet und durch Bohren in
Richtung der Tangente zu dieser konischen Fläche ausgebildet. Die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle 21b...
sind ebenso in der Vormischungsverbrennungskammer 15 angeordnet. Weiterhin sind die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle
17a... ringförmig auf bzw. in der konischen Fläche der Vormischungsverbrennungskammer 15 angeordnet
und durch Bohren in der Richtung der Konvergenz zur Öffnung 15a des FlammenStrahls sowie längs der Achse der
Kammer 15 ausgebildet.
Infolgedessen wird das Pulvermaterial, das sich in dem Gas-Pulver-Strom befindet, nicht ver- bzw. zerstreut, und
das in dem Gas-Pulver-Strom befindliche Pulvermaterial wird nach der Mitte der Flamme hin angesammelt bzw. konzentriert,
d. h. längs der Achse der Vormischungsverbrennungskammer 15. Als Ergebnis dieser Verhältnisse wird eine
Flammensprühbeschichtung mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad erzielt. Gemäß einem Experiment (II) einer
Flammensprühbeschichtung, das unter Verwendung des obigen Brenners für die Pulversprühbeschichtung durchgeführt
wurde, wurde ein beträchtlich hoher Ablagerungswirkungsgrad erzielt, wie die Tabelle 2 zeigt, und zwar
unter Verwendung von C_HO und Al0O0 (rein) als Brenngas
bzw. Pulvermaterial.
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Experiment (II) einer Flammensprühbeschichtung
C3H8 Zuführungsmenge loo (Nm /H)
O„ Zuführungsmenge 5oo (Nm /H)
O„ Zuführungsmenge 5oo (Nm /H)
Pulvermaterial ALO (loo %)
3 Ablagerungsmenge 2,7 (KgAl3O3ZNm
Ablagerungswirkungsgrad 87 %
In dem obigen Experiment wurde von Brenngas mitgeführtes Pulvermaterial als Gas-Pulver-Strom verwendet, aber wie
man aus dem weiter oben angegebenen Experiment (I) bzw. dem vorstehenden Experiment ersieht, kann das Pulvermaterial
auch von einer Mischung aus Brenngas und HiIfsverbrennungsgas
mitgeführt werden.
Es sei nun als nächstes eine dritte Ausführungsform näher beschrieben. In den Fig. 6 und 7 ist der Brennerkörper 23
zur Flammensprühbeschichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Gemäß den Fig. 6 und 7 besteht
dieser Brennerkörper 23 aus einer inneren Hülse 24 und einer äußeren Hülse 11. Die innere Hülse 24 hat einen ersten,
aus Kupfer bestehenden inneren Mantel 25 und einen zweiten, aus Kupfer bestehenden inneren Mantel 26. Dieser
erste und zweite innere Mantel 25 und 26 bilden eine erste Vormischungsverbrennungskammer 15, eine zweite Vormischungsverbrennungskammer
27, einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal 14, einen Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16, eine
Mehrzahl von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen 17a...
(in diesem Ausführungsbeispiel sind acht Stück vorgesehen) und Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle 28...
Die äußere Hülse 11 und der erste innere Mantel 25 sind
zylinderförmig ausgebildet, und der zweite innere Mantel
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ist nahezu zylindrisch ausgebildet. Die äußere Hülse 11, der erste innere Mantel 25 und der zweite innere Mantel
26 sind koaxial angeordnet. Die äußere Hülse 11 ist so angeordnet, daß sie den Umfang des ersteren Mantels 25
umschließt. Der zweite innere Mantel 26 hat einen kleineren Durchmesser als der erste innere Mantel 25 und ist so
angeordnet, daß er in dem ersten Mantel 25 befestigt ist.
Der vordere Teil des ersten inneren Mantels 25 ist als eine Öffnung 27a für den Flammenstrahl geöffnet. Die Vorderseite
26a des zweiten inneren Mantels 26 ist um eine vorbestimmte Länge rückwärts von der Öffnung 27a für den
Flammenstrahl angeordnet. Als Ergebnis dieser Verhältnisse wird eine säulenförmige zweite Vormischungsverbrennungskammer
27 von dem ersten inneren Mantel 25 und vor dem Endteil 26a des zweiten inneren Mantels 26 gebildet. Eine
kreisförmige Öffnung 15a ist im Endteil 26a des zweiten
inneren Mantels 26 vorgesehen. Der zweite innere Mantel 26 hat eine kegelstumpfförmige erste Vormischungsverbrennungskammer
15, die mit der Öffnung 15a verbunden ist. Ein säulenförmiger, hohler Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal
14 ist in Verbindung mit dem der öffnung 15a der ersten Vormischungsverbrennungskammer 15 entgegengesetzten
Endteil angeordnet.
Auf diese Weise wird der Gas-Pulver-Strom durch den Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal
14 hintereinander in die erste Vormischungsverbrennungskammer 15 und dann in die
zweite Vormischungsverbrennungskammer 27 eingeführt. Danach wird aus dem Gas-Pulver-Strom eine Flamme gebildet
und die Flamme wird aus der Öffnung 27a für den Flammenstrahl ausgestoßen.
Der äußere Durchmesser des zweiten inneren Mantels 26 ist in dem außenseitigen Teil der ersten Vormischungsverbren-
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nungskammer 15 ein wenig kleiner als der innere Durchmesser
des ersten inneren Mantels 25. Infolgedessen wird ein Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal 28 ausgebildet,
der die Form eines ringförmigen Schlitzes hat. Dagegen ist der äußere Durchmesser des zweiten inneren Mantels 26 in
dem außenseitigen Teil des Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanals 14 beträchtlich kleiner als der innere Durchmesser
des ersten inneren Mantels 25. Infolgedessen wird dadurch 'ein Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16 in der
Form eines ringförmigen Schlitzes ausgebildet.
Weiterhin ist der zweite innere Mantel 26 mit HilfsverbrennungsgasZuführungskanälen
17a... versehen, und zwar zwischen der ersten Vormischungsverbrennungskammer 15 und dem Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16. Diese HilfsverbrennungsgasZuführungskanäle
17a... sind ringförmig in der konischen Wandfläche der ersten Vormischungsverbrennungskammer
15 angeordnet und in der Richtung der Konvergenz zu der Öffnung 15a der Vormischungsverbrennungskammer
15 und längs der Achse des Brennerkörpers gebohrt. Obwohl in den Fig. 6 und 7 nur eine Reihe von Hilfsverbrennungsgas
Zuführungskanälen 17a... dargestellt ist, kann auch eine Mehrzahl von Reihen dieser Kanäle 17a... in der
Längsrichtung auf bzw. in der konischen Wandfläche der Kammer 15 vorgesehen sein. Auch können die Kanäle 17a... durch
einen oder mehrere ringförmige Schlitze ersetzt sein. Währenddessen kann der Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal
28, der als ringförmiger Schlitz ausgebildet ist, durch eine ringförmig angeordnete Reihe von Kanälen von
kleinem Durchmesser ersetzt werden.
Auf diese Weise wird das Hilfsverbrennungsgas, das in den
HiIfsverbrennungsgasführungskanal 16 eingespeist wird,
durch die HilfsverbrennungsgasZuführungskanäle 17a... und
den Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal 28 in die er-
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ste bzw. zweite Vormischungsverbrennungskammer 15 bzw. zugeführt und dann darin mit dem Gas-Pulver-Strom gemischt.
Die Funktionsweise eines derart aufgebauten Brenners für die Pulversprühbeschichtung, der vorstehend erläutert
wurde, sei nun als nächstes beschrieben. Gemäß den Fig. 6 und 7 wird Pulvermaterial, beispielsweise Al O , durch
Brenngas, z. B. C0H0, mitgeführt und durch den Gas-Pulver-
J O
Strom-Zuführungskanal 14 in der Richtung des Pfeils a mit einer Geschwindigkeit von angenähert 2o m/sec als Gas-Pulver-Strom
zugeführt. Währenddessen wird HiIfsverbrennungsgas durch den Hilfsverbrennungsgasführungskanal 16 in der
Richtung des Pfeils b mit einer Geschwindigkeit von angenähert 2o m/sec zugeführt. Nachdem es durch die Hilfsverbrennungsgas
Zuführungskanäle 17a... und den Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal
28 mit einer Geschwindigkeit von etwa 15o m/sec in der Richtung der Pfeile c und d geströmt
ist, wird das Hilfsverbrennungsgas in die erste und zweite Vormischungsverbrennungskammer 15 und 27 ausgestoßen.
Als Ergebnis hiervon werden das Brenngas und das Hilfsverbrennungsgas miteinander gemischt.
Genauer gesagt strömt, da die Hilfsverbrennungsgaskanäle
17a... mit der ersten Vormischungsverbrennungskammer 15 verbunden sind und da der Hilfsverbrennungsgas-Sübzuführungskanal
28 mit der zweiten Vormischungsverbrennungskammer 27 verbunden ist, der Gas-Pulver-Strom zunächst
durch die Kanäle 17a... und dann durch den Kanal 28. Infolgedessen wird der Gas-Pulver-Strom zunächst mit dem
Hilfsverbrennungsgas gemischt, das aus den Kanälen 17a
ausgestoßen wird, und dann mit öemjenigen des Kanals 28. In
diesem Falle wird, da jeder Hilfsverbrennungsgaszuführungskanal
17a... nach der Öffnung 27a für den Flammenstrahl (der öffnung 15a) hin gewandt ist, eine glatte,
ruhige und stoßfreie Zuführung des Gas-Pulver-Stroms von
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dem Kanal 14 nicht durch jeden der Strahlen des Hilfsverbrennungsgas
es gestört.
Auf diese Weise wird der Gas-Pulver-Strom glatt, ruhig und stoßfrei zugeführt und vollständig mit dem Hilfsverbrennungsgas
vermischt. Als Ergebnis hiervon wird eine Zone hoher Flammentemperatur in dem Bereich erzeugt/ der sich
von der ersten und zweiten Vormischungsverbrennungskammer 15 und 27 bis zum äußeren Bereich der Öffnung 27a für den
Flammenstrahl erstreckt. Daher wird das Pulvermaterial, das sich in dem Gas-Pulver-Strom befindet, selbst dann,
wenn es ein solches von hohem Schmelzpunkt bzw. hohen Schmelzpunkten ist, beim Durchgang durch die Zone, die
sich bis zum äußeren Bereich der Öffnung für den Flammenstrahl erstreckt, vollständig geschmolzen. Die Geschwindigkeit
des Gases (der Flamme), das aus der Öffnung 27a für die Flamme ausgestoßen wird, beträgt ungefähr 25o m/
see, und diejenige des im wesentlichen geschmolzenen Pulvermaterials
beträgt angenähert 15o m/sec. Das Pulvermaterial wird aus der Öffnung 27a für den Flammenstrahl mit
dieser Geschwindigkeit ausgestoßen, und nachdem es vollständig in der Flamme geschmolzen worden ist, wird es auf
einem zu beschichtenden Gegenstand (nicht gezeigt) abgelagert.
Die Hilfsverbrennungsgaszuführungskanäle 17a... sind ringförmig
in der konischen Wandfläche der ersten Vormischungsverbrennungskammer 15 angeordnet und in der Richtung der
Konvergenz zur Öffnung 15a (der öffnung 27a für den Flammenstrahl)
und längs der Achse des Brenners vorgesehen. Weiterhin ist der Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanal
28 ein ringförmiger Schlitz, welcher nach der öffnung 27a für den Flammenstrahl hin gewandt bzw. dieser Öffnung zugewandt
ist. Als Ergebnis hiervon wird verhindert, daß Pulvermaterial, welches sich in dem Gas-Pulver-Strom be-
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findet, ver- bzw. zerstreut wird, dieses Pulvermaterial wird in der Mitte der Flamme angesammelt bzw. konzentriert
(das ist die Richtung der Achse der ersten und zweiten Vormischungsverbrennungskammer 15 und 27). Infolgedessen
wird ein Flammensprühen mit einer großen Ablagerung bzw. mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad erzielt.
Gemäß einem Experiment (III) einer Flammensprühbeschichtung, die unter Verwendung des obigen Brenners
für die Pulversprühbeschichtung durchgeführt wurde, wurde ein beträchtlich hoher Ablagerungswirkungsgrad erzielt,
wie die Tabelle 3 zeigt, und zwar unter Verwendung von C.,Hg und Al2O- (rein) als Brenngas bzw. Pulvermaterial.
Tabelle 3
Experiment (III) einer Flammensprühbeschichtung
Experiment (III) einer Flammensprühbeschichtung
C0H0 Zuführungsmenge 1oo (Nm /K)
38 3
O„ Zuführungsmenge 5oo (Nm /H)
Pulvermaterial Al O (1oo %)
Ablagerungsmenge 2r7 (Kg Al O Nm C3Hg)
Ablagerungswirkungsgrad 88 %
Obwohl in dem obigen Experiment von Brenngas mitgeführtes Pulvermaterial als Gas-Pulver-Strom verwendet wurde, ist
es auch, wie in den Fällen der ersten beiden Ausführungsbeispiele, möglich, daß Pulvermaterial von einer Mischung
aus Brenngas und Hilfsverbrennungsgas mitgeführt wird.
Wie sich aus den obigen Erläuterungen der drei Arten von Ausführungsformen ergibt, ist der Brenner für die Pulversprühbeschichtung
gemäß der Erfindung in der Lage, den Gas-Pulver-Strom vollständig mit dem Hilfsverbrennungsgas
zu vermischen, so daß er es auf diese Weise ermöglicht, hohe Flammentemperaturen zu erzielen. Daneben kann, da der
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Brenner in der Lage ist, das in dem Gas-Pulver-Strom befindliche
Material in der Mitte der Flamme anzuhäufen bzw. zu konzentrieren, ein solches Brenngas wie C_H„ oder CH
dazu verwendet werden, Pulvermaterial von hohem Schmelzpunkt bzw. hohen Schmelzpunkten mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad
durch Flammensprühen abzulagern.
Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein Brenner für die Flainmensprühbeschichtung zur Verfügung gestellt, der
in der Lage ist, eine genügend hohe Flammentemperatür zu
erzeugen, und der weiterhin in der Lage ist, Pulvermaterialien von hohem Schmelzpunkt unter Verwendung eines
solchen Brenngases, wie es beispielsweise C-.H„ oder C4H1
ist, mit einem hohen Ablagerungswirkungsgrad durch Flammensprühen abzulagern bzw. aufzutragen; und dieser Brenner
hat einen Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal, der in Verbindung mit dem rückwärtigen Teil einer Vormischungsverbrennungskammer
angeordnet ist und aus dem ein Gas-Pulver-Strom in die Kammer ausgestoßen wird, wobei sich der erfindungsgemäße
Brenner dadurch auszeichnet, daß wenigstens eine Reihe von HilfsverbrennungsgasZuführungskanälen (wobei
als Hilfsverbrennungsgas insbesondere Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden kann)
ringförmig auf bzw. in der konischen Wandfläche der erwähnten Kammer vorgesehen sind, und zwar in der Richtung
des Konvergierens nach einer Öffnung für den Flammenstrahl und der Achse der Vormischungsverbrennungskammer.
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Claims (7)
1.J Brenner zur Pulverspruhbeschichtung, umfassend eine
ormischungsverbrennungskammer, die aus einem sich im Querschnitt
in seiner Vorwärtsrichtung erweiternden Hohlraum, einer Öffnung für einen Flammenstrahl, welche an dem vorderen
Ende dieser Kammer angeordnet ist, und einem Gas-Pulver-Strom-Zuführungskanal, der in Verbindung mit dem rückwärtigen
Ende dieser Kammer angeordnet ist und von dem ein Gas-Pulver-Strom in diese Kammer ausgestoßen wird, besteht,
dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen (17a, 17b,
17c) ringförmig um die mittige Achse des Hohlraums (13) vorgesehen
ist, und daß diese Reihe von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen
(17a, 17b, 17c) durch Durchbohren, Durchdringen, Durchlöchern, Durchsetzen o. dgl. der Wand des Hohlraums
(13) in der Richtung der Konvergenz zu der Öffnung (15a)
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für den Flammenstrahl und der Achse vorgesehen sind.
2. Brenner zur Pulversprühbeschichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihe
von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen (17a, 17b, 17c)
aus kleinen Löchern besteht, die durch Durchbohren der Wand des Hohlraums (13) in der Richtung der Konvergenz
zur öffnung (15a) für den Flammenstrahl und der Achse vorgesehen
sind.
3. Brenner zur Pulversprühbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihe
von Hilfsverbrennungsgaszuführungskanälen (17a, 17b, 17c) von Schlitzen gebildet wird, die durch Anordnung in der
Wand des Hohlraums (13) in der Richtung der Konvergenz zu
der Öffnung (15a) für den Flammenstrahl· und der Achse vorgesehen
sind.
4. Brenner zur Puiversprühbeschichtung nach Anspruch
1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Vormischungsverbrennungskammer (15) im Schnitt kreisförmig
ist und daß wenigstens eine Reihe von Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanälen
(21a, 21b) ringförmig zur mittigen Achse des Hohiraums (13) angeordnet ist, und daß
diese Reihe von Hilfsverbrennungsgas-Subszuführungskanälen
(21a, 21b) durch Durchbohren, Durchdringen, Durchlöchern,
Durchsetzen o. dgl. der Wand des Hohlraums (13) in der Richtung der Tangente zum kreisförmigen Querschnitt
des Hohlraums (13) zu der Vormischungsverbrennungskammer
(15) vorgesehen ist.
5. Brenner zur Pulversprühbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,
daß eine zweite Vormischungsverbrennungskammer (27) kontinuierlich mit der bzw„ im Anschluß an die erste Vormi-
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schungsverbrennungskammer (15) im Brennerkörper (23) koaxial zur Achse des Brenners vorgesehen und in der Richtung
vom rückwärtigen Ende zum vorderen Ende angeordnet ist, und daß Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle (28)
ringförmig zur mittigen Achse auf bzw. in der Wand der zweiten Vormischungsverbrennungskammer (27) angeordnet
sind, und daß diese Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle
(28) durch Durchbohrungen, Durchdringungen, Durchlöcherungen, Durchsetzungen in der Richtung der Öffnung
(27a) für den Flammenstrahl vorgesehen sind.
6. Brenner zur Pulversprühbeschichtung nach Anspruch
5, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsverbrennungsgas-Subzuführungskanäle
(28) kleine Löcher sind, die durch Einbohrungen bzw. Durchbohrungen in der Richtung der Öffnung (27a) für den Flammenstrahl vorgesehen
sind.
7. Brenner zur Pulversprühbeschichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsverbrennungsgas-SubZuführungskanäle
(28) von einem oder mehreren Schlitzen gebildet werden, der bzw. die durch Anordnung in der Richtung der öffnung (27a) für den
Flammenstrahl vorgesehen ist bzw. sind.
030036/074A
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| DE9216149U1 (de) | Injektor-Mundstück für Brennaggregate |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: SUWA, TOSHIO, TOKIO/TOKYO, JP KONAGAYA, YOSHIAKI, YOKOHAMA, JP |
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |