Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Flammspritzen von Beschichtungswerkstoffen mit einer Mischeinrichtung zum Vermischen von Brennstoff und Oxydant, einer Zuführung für pulverförmiges Spritzmaterial, einem konzentrisch um die Oeffnung der Materialzuführung angeordneten Verbrennungs¬ raum und einer nachfolgenden Düse sowie einer Kühleinrich¬ tung.

Vorrichtungen dieser Art werden benutzt, um Werkstücke oder Oberflächen mit metallischen, keramischen oder anderen

Werkstoffen -zu beschichten. Aus der Deutschen Patentschrift Nr. 811 899 ist eine entsprechende Vorrichtung bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einer Düse, welche mit dem engsten Querschnitt an eine Verbrennungskammer anschliesst und sich dann bis zu ihrem Austrittsende kontinuierlich er¬ weitert. Die Brennkammer weist einen Zuführungskanal für den zu spritzenden Werkstoff sowie Zuführungskanäle für das Brenngas in der Form von Knallgas auf. Der zu verspritzende Werkstoff wird der Verbrennungskammer in der Form- eines Drahtes oder in Form von Pulver zugeführt. Das Knallgasge¬ misch wird bei dem in Figur 1 dieser Patentschrift gezeig¬ ten Beispiel ausserhalb der eigentlichen Spritzvorrichtung gemischt und der Verbrennungskammer zugeführt. In der Ver¬ brennungskammer erfolgt die Zündung des Gemisches und der zu verspritzende Werkstoff _. wird durch das hier gebildete Knallgasgebläse aufgeschmolzen und stark beschleunigt. Das Gemisch aus Verbrennungsgas und geschmolzenem Spritzwerk¬ stoff wird durch die Düse getrieben und auf die zu be-

schichtende Oberfläche gespritzt. Die erzeugten Oberflä- chenbeschichtungen weisen eine hohe Haftfestigkeit, Härte, Dichte, Homogenität und Oberflächengüte auf.

Derartige Spritzvorrichtungen finden in der Praxis seit längerer Zeit Anwendung, und es sind Abwandlungen dieses Prinzips bekannt. So ist es zum Beispiel bekannt, anstelle des aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehenden Knallgasge¬ misches andere Gemische eines Brenngases mit Sauerstoff zu verwenden, wie zum Beispiel Propan und Sauerstoff. Die Wahl des Brenngases ist dabei von der Art des zu verspritzenden Werkstoffes, aber auch von der gewünschten Geschwindigkeit des SpritzStrahles abhängig. Bei den bekannten Brenngas-/ Sauerstoffgemischen treten nach der Verbrennungskammer in der Expansionsdüse Gasstrδmungsgeschwindigkeiten von mehr¬ facher Schallgeschwindigkeit auf. Diese hohen Geschwindig¬ keiten sind notwendig, um die Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Bes ^' chichtung zu gewährleisten. Werkstoffe, die mit derartigen Vorrichtungen verspritzt werden können, sind zum Beispiel Metalle wie Stähle verschiedener Legierungen und Nicht-Eisen-Legierungen, Karbide, Keramik sowie Misch¬ werkstoffe aus Keramik und Metallen. Die Beschichtungen dienen als Korrosions- und Verschleissschutz, Auskleidungen zum Schutz vor korrosiven Medien, für Grund- und Zwischen- schichten mit unterschiedlichsten Anwendungszwecken sowie für Reparaturen von defekten und abgenutzten Teilen.

Die Verarbeitung der Beschichtungswerkstoffe und die Aus¬ führung des Beschichtungs erfahrens stellen hohe Anforde- rungen an die Spritzvorrichtung und die Materialkenntnisse. Bei den bekannten Vorrichtungen treten immer wieder Störun¬ gen auf, welche zu Porositäten in den Beschichtungen und LTnterbrüchen im Beschichtungsablauf führen. Bei verschiede¬ nen Anwendungsfällen sind die Standzeiten der Spritzvor- richtungen ungenügend, d.h. infolge der auftretenden hohen Temperaturen und der abrasiven Wirkung der gespritzten Werkstoffe treten nach kurzer Zeit Störungen im Spritzvor-

gang auf. Dies bedingt ein Auswechseln der betroffenen Tei le der Spritzvorrichtung, was ünterbrüche und zusätzliche Kosten zur Folge hat. Bei einigen bekannten Vorrichtungen ist dies teilweise schon nach wenigen Betriebsstunden er- forderlich. Der Austausch der beschädigten Teile innerhalb der Spritzvorrichtung erfordert einen erheblichen Aufwand, da diese nur schwer zugänglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Flamm¬ spritzen zu schaffen, bei welcher höhere Standzeiten er¬ reicht werden, das Brenngas optimal vorgemischt ist, ein Verdampfen von Kühlmittel verhindert wird, und mittels welcher das Aufbringen von dickeren und dichteren Schichten ermöglicht wird. ^•

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zuführung für das Spritzmaterial einen Hartmetallein¬ satz mit einem Materialführungskanal aufweist, die Länge dieses Kanales mindestens das Zehnfache des Kanaldurchmes- sers beträgt, das mit einem Zuführungsrohr in Verbindung stehende Eintrittsende des Kanales einen konvergierenden Einlaufkonus aufweist, der Verbrennungsraum nach der Misch¬ einrichtung und nach der Austrittsöffnung des Hartmetall- einsatzes angeordnet ist und in Richtung der Düse konver¬ giert und die Zuströmkanäle für das Brennstoff-/Oxydant- gemisch in einem Winkel von 15 bis 45° zur Achse des Hart¬ metalleinsatzes in den Verbrennungsraum münden. Der Hartme¬ talleinsatz ist in einen Trägerblock eingefügt und verbes- sert die Betriebsstandzeit der Vorrichtung um ein Mehrfa¬ ches. Bei den vorbekannten Einrichtungen wird die Material¬ zuführung infolge der abrasiven Wirkung des Spritzmateria- les beschädigt, und der Strom von Spritzmaterial, welcher in die Verbrennungskammer eintritt wird gestört und abge- lenkt. Die erfindungsgemässe Form des Hartmetalleinsatzes gewährleistet die einwandfreie Führung des Spritzmaterial-

Strahles über eine lange Betriebszeit und verhindert Be¬ schädigungen des Spritzmaterialkanales, welche zu Störungen des Spritzmaterialzuflusses führen könnten. Es werden auch bei schwierigen Werkstoffen Standzeiten von 100 Betriebs- stunden und mehrfache davon erreicht. Die Mischung von Brennstoff und Oxydant vor der Verbrennungskammer und die erfindungsgemässe Art der Einführung des Gemisches in die Verbrennungskammer gewährleisten eine optimale Durchmi¬ schung und AufSchmelzung des Spritzmateriales, ohne dass das Spritzmaterial den Mantel der Düse beaufschlagt und Ablagerungen bildet. Die vorgeschlagene Führung des Gas¬ stromes hält den Strom von aufgeschmolzenem Spritzmaterial genau im Zentrum der Düse, wobei Geschwindigkeiten bis zur sechsfachen Schallgeschwindigkeit erreicht werden können. Als Folge dieser'optimalen Führung des Spritzmaterial-/Gas- stromes sowie der hohen Durchmischung und Aufschmelzrate werden Beschichtungen von höchster Güte erzeugt. Die Poro¬ sität ist kleiner als 0,5 %, und die hohe Haftfestigkeit der Beschichtungen auf dem Trägerwerkstoff ermöglicht das Aufbringen von dicken Schichten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hartmetall¬ einsatz in einen Trägerblock eingefügt und weist mindestens an seinem vorderen gegen den Verbrennungsraum gerichteten Ende eine formschlüssige Verbindung zu dem ihn umgebenden Trägerblock auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Abfüh¬ rung der auf das vordere Ende des Hartmetalleinsatzes ein¬ wirkenden Wärme an den Trägerblock. Der Trägerblock ist seinerseits gekühlt, und diese Anordnung verhindert Beschä- digungen des Hartmetalleinsatzes im vorderen Bereiche.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelzuleitungen zur Kühlein¬ richtung am Austrittsende der Düse unter einem Winkel von weniger als 90° in die Kühleinrichtung eingeführt, die Achse des Kühlmittelstromes gegen das Äustrittsende der Düse gerichtet ist, und der Durchflussquerschnitt für das

Kühlmittel im Kühlmantel der Düse vom Austrittsende der Düse zum Eintrittsende der Düse abnimmt. Das Austrittsende der Düse ist wärmetechnisch sehr hoch belastet. Die erfin¬ dungsgemässe Anordnung gewährleistet eine einwandfreie Küh¬ lung des Austrittsendes und verhindert dessen Beschädigung. Die Gestaltung des Durchflussquerschnittes für das Kühlmit¬ tel im Kühlmantel der Düse gewährleistet im weiteren eine sichere Kühlung und verhindert das Auftreten von Dampfbil¬ dungen innerhalb des Kühlmittelstromes. Der Durchflussquer¬ schnitt wird dabei gegen das Eintrittsende der Düse so stark reduziert, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels stark erhöht wird. Die Verengung des Quer¬ schnittes wird dabei so gewählt, dass die Verweildauer des Kühlmittels in diesem kritischen Bereich nicht genügt, um das Kühlmittel zu verdampfen. Trotzdem mit dieser Anordnung die Verdampfung von Kühlmittel wirkungsvoll verhindert wird, kann mit einem relativ geringen Kühlmittelstrom gear¬ beitet werden, da die Kühlmittelquerschnitte in allen ande¬ ren Bereichen der Kühleinrichtung genügend gross sind. Die erfindungsgemässe Einrichtung ermöglicht somit auch die Einsparung von Pumpenleistung für das Kühlmittel.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Mischeinrichtung aus einer vor dem Verbrennungsraum angeordneten Mischkammer mit einem dynami¬ schen oder statischen Mischer besteht. Als dynamische Mi¬ scher sind Injektormischer oder andere bekannte Mischein¬ richtungen einsetzbar. Mit diesen oder mit bekannten stati¬ schen Mischern lassen sich optimale Durchmischungsgrade des Brennstoff-/Oxydantgemisches erreichen, was wiederum zu einer verbesserten Beschichtungsqualität führt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind da¬ durch gekennzeichnet, dass die Düse, der Düsenkühlmantel und der Trägerblock lösbar mit dem Gehäuse verbunden sind. Die Düse, der Düsenkühlmantei und der Trägerblock sind da¬ bei in Richtung der Düsenachse in das Gehäuse eingeschoben.

Diese Anordnung ermöglicht das schnelle und leichte Aus¬ wechseln von Teilen der Spritzpistole, welches durch Wech¬ sel des zu verspritzenden Materiales oder durch Beschädi¬ gungen von Vorrichtungsteilen erforderlich sein kann. Die gewählte Anordnung erlaubt ein schnelles und einfaches Aus¬ wechseln der betroffenen Teile, und zwar auch das Hartme¬ talleinsatzes im Trägerblock, wodurch Zeit und damit Kosten eingespart werden können. Die leichte Auswechselbarkeit der Düse und des Hartmetalleinsatzes erlaubt auch das kurzfri- stige Wechseln von einem verspritzten Werkstoff auf einen anderen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende schemati- sehe Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum Flammspritzen von pul- verförmigen Beschichtungswerkstoffen. Die Vorrichtung be¬ steht aus einem Gehäuse 1, in welches ein Trägerblock 4, ein Teil einer Düse 2 und ein Teil eines Kühlmantels 3 ein¬ geschoben und lösbar mit diesem Gehäuse 1 verbunden ist. An das Gehäuse 1 ist eine Mischeinrichtung 7 angefügt, welche aus einer Mischkammer 21 mit einem Mischer 22 und einem diese umgebenden Kühlmantel 23 besteht. An der Mischein- richtung 7 sind eine Zuleitung 24 für Brennstoff, eine Zu¬ leitung 25 für ein Oxydant und eine Ableitung 17 für das Kühlmittel angeordnet. Am oberen Ende der Mischeinrichtung 7 befindet sich eine Speiseleitung 26, welche die Mischkam¬ mer 21 mit einem Ringkanal 27 im Trägerblock 4 verbindet. Von diesem Ringkanal 27 gehen mehrere Zuströmkanäle 9 aus, welche i den Verbrennungsraum 8 münden. Der Verbrennungs¬ raum 8 ist am Eintrittsende 19 der Düse 2 angeordnet und konvergiert gegen dieses Eintrittsende 19. Im gezeigten Beispiel sind Verbrennungsraum 8, Düse 2 und Düsenkanal 28 einstückig ausgebildet, so dass mindestens ein Teil des

Verbrennungsraumes 8 einen Einlaufkonus für den Düsenkanal 28 bildet.

Zwischen der Düse 2 und dem Kühlmantel 3 befindet sich ein Kühlmittelkanal 29, dessen Querschnitt vom Austrittsende 18 der Düse 2 zum Eintrittsende 19 stufenweise verringert wird. Dies erfolgt dadurch, dass der Aussendurchmesser der Düse 2 stufenweise verringert wird, wobei der Aussendurch¬ messer der Düse 2 im Bereiche des Eintrittsendes 19 am grössten ist. Das Kühlmittel wird über eine KühlmitteIzu- leitung 16 in den Kühlmittelkanal 29 eingeführt. Diese Ein¬ führung befindet sich im Bereiche des vorderen Endes 18 der Düse 2, wobei die Achse 20 des KühlmittelStromes gegen das Austrittsende 18 gerichtet ist und mit der Düsenachse 15 einen Winkel von weniger als 90° einschliesst. Von der Kühlmittelzuleitung 16 strömt das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal 29 in den Kühlhohlraum 30 und durch die Kühlkanäle 31 in den Sammelkanal 32. Von hier gelangt es in den Kühlmittelkanal 33 des Kühlmantels 23 und verlässt die Vorrichtung über die Kühlmittelableitung 17. Dieser gegen den Material- und Wärmefluss gerichtete Kühlmittelfluss gewährleistet eine optimale Kühlung der Vorrichtung und verhindert die Ueberhitzung von einzelnen Bauteilen.

Die Zuführung des pulverförmigen Spritzmateriales erfolgt über die Spritzmaterialzuführung 6, welche in den Träger¬ block 4 eingeschraubt ist. Sie besteht aus einem Zufüh- rungsrohr 11 und einem an dieses Zuführungsrohr 11 an- schliessenden Hartmetalleinsatz 5. Dieser Hartmetalleinsatz 5 weist einen Materialführungskanal 10 auf, wobei die Länge dieses Kanales mindestens das Zehnfache des Durchmessers beträgt. Im dargestellten Beispiel hat der Materialfüh- rungskanal 10 einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 50 mm. Am Eintrittsende 12 des Materialführungskanales 10, d.h. im Uebergangsbereich zwischen Hartmetalleinsatz 5 und Zuführungsrohr 11 ist ein Einlaufkonus 13 angeordnet. Die¬ ser Einlaufkonus 13 gewährleistet das ordnungsgemässe Ein- strömen des Spritzwerkstoffpulvers ^' in den Materialfüh¬ rungskanal 10 des Hartmetalleinsatzes 5. Das Spritzmate¬ rialpulver wird in bekannter Weise in einem Schutzgasstrom

gefördert. Im dargestellten Beispiel der Vorrichtung ist der Hartmetalleinsatz 5 leicht konisch ausgebildet, d.h. der Aussendurchmesser des Hartmetalleinsatzes 5 nimmt vom Eintrittsende 12 gegen die Austrittsöffnung 14 ab. Die Boh- rung im Trägerblock 4, welche den Hartmetalleinsatz 5 auf¬ nimmt weist eine geringfügig stärkere Konizität auf, so dass der Hartmetalleinsatz 5 im Bereiche der Austrittsöff¬ nung 14 mit dem ihn umgebenden Trägerblock 4 eine form¬ schlüssige Verbindung bildet. Da der Trägerblock 4 aus Kupfer besteht, kann der Hartmetalleinsatz 5 massgenau in diesen eingepresst werden. Die formschlüssige Verbindung zwischen Hartmetalleinsatz 5 im Bereiche der Austrittsöff¬ nung 14 ist in jedem Falle gewährleistet, und damit wird auch die Wärme, welche auf den Hartmetalleinsatz im Berei- ehe der Austrittsöffnung 14 einwirkt, wirkungsvoll abge¬ führt. Im Trägerblock 4 sind zusätzliche nicht dargestellte Kühlmittelkanäle angeordnet, welche für die Wärmeabführung in diesem Bereiche sorgen.

üeber die Zuleitung 24 wird der Mischeinrichtung 7 als

Brenngas Propangas zugeführt. Dieses tritt an der Injektor- düse 34 aus und reisst den über die Leitung 25 zugeführten Sauerstoff mit. Beide Gase durchströmen den Mischer 22 und treten in die Mischkammer 21 ein. Durch den Mischer 22 und die Zwischenexpansion in der Mischkammer 21 werden die Gase innig vermischt und strömen dann über die Speiseleitung 26, den Ringkanal 27 und die Zuströmkanäle 9 in die Brennkammer 8, wo sie in bekannter Weise gezündet werden. Im darge¬ stellten Beispiel weisen die Zuströmkanäle 9 zur Düsenachse 15 einen Winkel von ca. 20° auf. Die Zustrδmkanäle 9 sind konzentrisch um die Austrittsöffnung 14 des Materialfü - rungskanales 10, bzw. des Hartmetalleinsatzes 5 angeordnet. Der im Zentrum des Verbrennungsraumes 8 austretende Strahl von Spritzmaterialpulver ist allseitig von dem bereits ver- brannten Brenngasgemisch umgeben und wird durch die Expan¬ sion des verbrennenden Gases sehr stark beschleunigt. Gleichzeitig werden die Werkstoffkörner aufgeschmolzen, und

der Spritzwerkstoff-Abgasstrom durchströmt den Düsenkanal 28 mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit.

Erfordert der zu spritzende Werkstoff eine andere Dimension des Hartmetalleinsatzes 5 oder der Düse 2, bzw. der Brenn¬ kammer 8, so kann die Vorrichtung durch Lösen der Ueber- wurfmutter 35 leicht in ihre Bestandteile zerlegt werden. Nach dem Lösen der Verschraubung der Spritzmaterialzufüh¬ rung 6 kann auch der Hartmetalleinsatz 5 ohne Schwierigkei- ten ausgetauscht, oder der ganze Trägerblock 4 mit dem

Hartmetalleinsatz 5 ersetzt werden. Dadurch lassen sich Um¬ stellungen des Produktionsablaufes sehr leicht durchführen, und auch allfällig beschädigte Teile können ohne grossen Aufwand ersetzt werden. Dies erweist sich dann als grossen Vorteil, wenn neuartige Materialien, zu welchen noch keine Verarbeitungserfahrungen vorliegen, gespritzt werden müssen.