Dfisenhalterung

Die Erfindung betrifft eine Düsenhalterung, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Thermische Spritzverfahren wie Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen, Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen sind seit Jahren bekannt. In jüngster Zeit wurde ein Verfahren, das sogenannte Kaltgasspritzverfahren, entwickelt, bei dem die Schichtpartikel nicht aufgeschmolzen werden. Die Schichtpartikel werden in einem Träger- gastrahl auf Überschall beschleunigt und nur so stark aufgeheizt, dass sie beim Aufprall auf einem zu beschichtenden Körper entsprechend verformt werden. Als Trägergas wird häufig Stickstoff verwendet, dessen Temperatur weit unter dem Schmelzpunkt der Schichtpartikel liegt. Vorteile des Kaltgasspritzens sind aufgrund der geringeren Temperatur eine fehlende Oxidation des Schichtwerkstoffes und Schichtdicken im Zentimeterbereich.

Zur Beschleunigung des Trägergases wird meistens eine Laval'sche Düse verwendet. Bekannte Düsenmaterialien sind Hartmetalllegierungen wie zum Beispiel Wolframkarbid mit Cobalt (WC/Co). Diese Legierungen sind höchst spröde, was im täglichen Gebrauch eine sehr vorsichtige Handhabung der Düse zur Vermeidung von Kratzern oder ähnlichen Beschädigungen notwendig macht. Entsprechend kritisch ist die Anbindung der Düse an einen Gehäuseabschnitt einer Kaltgasspritzanlage, wobei hier durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen und durch zum Beispiel Innendruckbelastungen von etwa 42bar zusätzlich Spannungen in die Düse eingeleitet werden.

Eine übliche Anbindung der Düse an einem Gehäuseabschnitt einer Kaltgasspritzanlage erfolgt über ein axiales Einspannen eines Düsenflansches zwischen dem Gehäuseabschnitt und einer Mutter. Eine derartige Befestigung ist zum Beispiel in der deutschen Patentanmeldung DE 101 26 100 Al gezeigt. Vergleichbare Anbindungen über einen außenumfangsseiti- gen Ringflansch sind in dem europäischen Patent EP 1 482 566 Bl und in der europäischen Patentanmeldung EP 1 629 899 Al dargstellt. Diese Art der Anbindung hat den Nachteil, dass der Ringflansch verhältnismäßig kleine, ringartige Einspannflächen hat, so dass die thermi- sehen und mechanischen Belastungen sehr konzentriert in der Düse auftreten bzw. in diese eingeleitet werden, was eine hohe Beanspruchung der Düse im Übergangsbereich Flansch- Düsenkörper bedeutet und Risswachstum in diesem Bereich fordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düsenhalterung, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine spannungsarme Einspannung der Düse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Düsenhalterung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Eine erfindungsgemäße Düsenhalterung zum Anbinden einer Düse an ein Gehäuse, insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, hat ein Halteelement mit einer Durchgangsbohrung zur Aufnahme eines Körperabschnitts der Düse. Erfindungsgemäß ist der Körperabschnitt umfangsseitig in dem Haltelement eingespannt.

Das erfindungsgemäße umfangsseitige Einspannen der Düse hat den Vorteil, dass eine notwendige Halte- bzw. Anpresskraft zum Einspannen der Düse auf eine verhältnismäßig große Fläche verteilt wird und Spannungsspitzen im Einspannbereich der Düse werden vermieden. Ebenso werden Belastungen, die beim Betrieb in der Düse auftreten, großflächig in das Gehäuse weitergeleitet. Die Düse ist somit spannungsarm an dem Gehäuse befestigt.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Körperabschnitt in der Durchgangsbohrung angeordnet, in dem der höchste Innendruck innerhalb der Düse herrscht. Hierdurch wird der Körperabschnitt zusätzlich stabilisiert, so dass er quasi mit einer verringerten Wandstärke ausführbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Rissbildungen in diesem Körperabschnitt unterbunden werden und selbst in dem unwahrscheinlichen Fall einer Rissbildung ein Risswachstum gestoppt wird.

Bevorzugterweise ist die Durchgangsbohrung so ausgebildet, dass sich der Körperabschnitt in ihr selbsttätig zentriert. Dies vereinfacht die Montage und ermöglicht ein gleichmäßiges Verteilen der Haltekräfte bzw. Belastungen über den Körperabschnitt. Die Selbstzentrierung kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass die Durchgangsbohrung und der Körperabschnitt konisch ausgebildet sind. Zum Einspannen des Körperabschnitts in der Durchgangsbohrung kann ein Spannelement vorgesehen sein, das in Anlage mit einer Stirnfläche der Düse bringbar ist. Hierdurch wird die Düse mit einer Axialkraft beaufschlagt und der Körperabschnitt quasi in die Durchgangsbohrung gedrückt bzw. gezogen. Vorteilhafterweise wird bei Beaufschlagung der Düse mit der Axialkraft gleichzeitig das Halteelement in dem Gehäuse lagefixiert. Dies reduziert die Anzahl der für die Montage notwendigen Komponenten und vereinfacht die Montage. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Spannelement ein Gewindeelement mit einem Außengewinde, das mit einem gehäuseseitigen Innengwinde in Eingriff bringbar ist.

Bevorzugterweise hat das Halteelement eine radiale Zurückstufung zur Aufnahme eines Düsenflansches. Dies ermöglicht die Verwendung handelsüblicher Düsen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Zurückstufung derart ausgebildet, dass bei festgesetztem Spannelement der Düsenflansch von Wandungsflächen der Zurückstufung beabstandet ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Düse über ihren Düsenflansch in dem Halteelement eingespannt wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Körperabschnitt und dem Halteelement eine Hülse angeordnet. Die Hülse besteht vorzugsweise aus einem weicheren Material, beispielsweise Kupfer, als das Halteelement und der Körperabschnitt und gleicht Oberflächenunebenheiten aus, wodurch eine gleichmäßige Verteilung zw. Einleitung der Belastungen begünstigt wird. Weiterhin kann die Hülse mit einer porösen Beschichtung wie zum Beispiel einer Nickel-Basislegierung versehen sein, die zum einen die Beseitigung von Oberflächenunebenheiten weiter begünstigt und zum anderen eine Demontage der Düse aus dem Halteelement erleichtert. Zur weiteren Kraftharmonisierung und Vermeidung von Spannungsspitzen kann ein Endabschnitt der Hülse trichterförmig erweitert sein.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenhalterung einer in ein Gehäuse eingesetzten Düse.

In der Figur tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenhalterung 2 einer Düse 4 in einem Gehäuse 6, beispielsweise eine Kaltgasspritzdüse in einer Kaltgasspritzanlage.

Die Düse 4 besteht aus Wolframkarbid mit Cobalt und ist als eine Laval'sche Düse mit einem konischen Körperabschnitt 8 und einem zylindrischen Körperabschnitt 10 ausgeführt. Im Bereich eines Düseneintritts 12 weist die Düse 4 einen zylindrischen Innenumfang 14 auf, der sich in Richtung eines Düsenhalses 16 radial verjüngt und dann in Richtung eines Düsenaustritts 18 wieder radial erweitert. Im Bereich des Düseneintritts 12 weist die Düse 4 einen außenumfangseitig angeordneten Flansch 20 auf, der mit der Düse 4 eine von dem Düsenaustritt 18 abgewandte radiale Stirnfläche 22 bildet. Mit ihrem sich von dem Flansch 20 weg radial verjüngenden konischen Körperabschnitt 8 ist die Düse 4 in einer entsprechend konischen Durchgangsbohrung 24 eines ringartigen Haltelements 26 eingesetzt.

Das Halteelement 26 ist mit einem zylindrischen Abschnitt 28 in einen Durchbruch 30 des Gehäuses 6 eingesetzt und liegt mit einem innerhalb des Gehäuses 6 positionierten Kragen 32 flächig an einem Gehäuseabschnitt 34 an. Zur Aufnahme des Flansches 20 weist die Durchgangsbohrung 24 eine radiale Zurückstufung 36 mit einer radialen Bodenfläche 38 und einer Umfangsfläche 40 auf. Im dargestellten eingespannten Zustand der Düse 4 ist der Flansch 20 von der Bodenfläche 38 und der Umfangsfläche 40 über einen Axialspalt 42 bzw. einen Umfangsspalt 44 beabstandet.

Zwischen einer Innenumfangsfläche 46 der Durchgangsbohrung 24 und einer Außen- umfangsfläche 48 des konischen Körperabschnitts 8 der Düse 4 ist eine Hülse 50 mit konstanter Wandstärke angeordnet. Die Hülse 50 ist ebenfalls konisch ausgebildet und ist an ihrem radial verjüngten Endabschnitt 52 innenumfangsseitig trichterförmig erweitert. Die Hülse 50 besteht aus einem weicheren Material, beispielsweise Kupfer, als der Körperabschnitt 8 der Düse 4 und als das Halteelement 26. Sie ist zumindest umfangsseitig mit einer nicht gezeigten porösen bzw. weichen Beschichtung, beispielsweise einer Nickel-Basislegierung oder einem Belag auf einer Kupfer-Nickel-Indium-Basis (CuNiIn), versehen.

Die Düse 4 ist über ein nicht dargestelltes Gewindeelement in dem Halteelement 26 eingespannt. Das Gewindeelement ist in Richtung der Düsenlängsachse 54 verschiebbar und steht im Wirkeingriff mit einem Innengewinde 56 des Gehäuses 6. Beim Einspannen der Düse

4 läuft das Spannelement auf die Stirnfläche 22 der Düse 4 auf und verschiebt diese in Richtung der Düsenlängsachse 54 in die Durchgangsbohrung 24. Aufgrund der konischen Ausbildung wird der konische Körperabschnitt 8 gegen die Hülse 50 und diese gegen die Innenum- fangsfläche 46 der Durchgangsbohrung 24 gedrückt. Dies bewirkt, dass das Haltelement 26 mitgenommen wird und eine Verschiebung in Richtung der Düsenlängsachse 54 ausführt bis sich sein Kragen 32 in Anlage mit dem Gehäuseabschnitt 34 befindet. Nun ist die Düse 4 in dem Halteelement 26 eingespannt und das Halteelement 26 in dem Gehäuse 6 lagefixiert. Gleichzeitig zentriert sich der konische Körperabschnitt 8 in der Durchgangsbohrung 24 selbsttätig. Somit ist die Düse 4 über die erfindungsgemäße Düsenhalterung 2 umfangsseitig und dadurch spannungsarm in dem Halteelement 26 eingespannt, so das Belastungen durch mechanische Belastungen wie Halte- bzw. Einspannkräfte, thermische Ausdehnungen oder Innendruckbelastungen großflächig über den Umfang des konischen Körperabschnitts 8 verteilt und Spannungsspitzen im Wesentlichen eliminiert sind.

Offenbart ist eine Düsenhalterung (2) zum Anbinden einer Düse (4) an ein Gehäuse (6), insbesondere zum Befestigen einer Spritzdüse einer thermischen Spritzanlage, mit einem Halteelement (26), in dem eine Durchgangsbohrung (24) zur Aufnahme eines Körperabschnitts (8) der Düse (4) ausgebildet ist, wobei der Körperabschnitt (8) umfangsseitig in dem Haltelement (26) eingespannt ist.