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技術 プラズマ・コーティング・プラントにおけるトーチのクリーニング方法及びプラズマ・コーティング・プラント

出願人 エリコンメテコアクチェンゲゼルシャフト、ヴォーレン
発明者 ベルントディストラーペーターエルンスト
出願日 2014年7月11日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2014-143025
公開日 2015年2月5日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-025201
状態 特許登録済
技術分野 噴霧設備又は装置の細部及びその付属品 溶射または鋳込みによる被覆 プラズマの発生及び取扱い ノズル及び噴霧装置
主要キーワード トライボロジ特性 低圧タンク 機能妨害 スプレー材料 直接浸透 剥離脱落 漬チューブ 稼動停止
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年2月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

解決手段

本発明はプラズマ・コーティング・プラントのトーチ13のクリーニング方法に基づき、コーティング工程が中断している間に、つまり工作物に層が塗布されない段階中に、トーチ13にクリーニングノズル28から出射するクリーニング剤30が衝突する。このようにして、トーチ13に密着したスプレー材料粒子32が取り除かれる。本発明によれば、クリーニング剤30は、クリーニング・ノズル28から出射された後に気体の状態に変化するように設計されている。クリーニング剤は、例えばドライアイス液体窒素液体酸素、又は液体二酸化炭素である。

概要

背景

プラズマコーティングプラントとプラズマ・コーティング方法工作物の表面上に層を塗布するために使われている。層は、例えばタービン翼のための耐熱層や、内燃機関トライボロジ特性を改善するためのクランク室シリンダ内面における耐熱層としての役割を果たすことができる。トーチによってプラズマ炎が生成され、プラズマ・スプレー・コーティングを行うため、プラズマ炎に向かって層を形成するスプレー材料が、例えば粉末ワイヤの形態で供給される。スプレー材料はプラズマ炎の中で溶融して工作物の上にスプレーされ、そこに上述した層を形成する。しかしながら、この点においては、完全に供給されたスプレー材料の全てが工作物上に堆積するわけではない。とりわけ、このことはスプレー材料の粒子がトーチに堆積し、そしてトーチに密着するという事実につながる。このような汚染は、塗布される層の品質に影響することがあり、及び/又はコーティング方法の中断を必要とするトーチの機能妨害につながることがある。

EP1837081A1には、トーチにクリーニング剤としての圧縮空気衝突し、これによってトーチに密着した粒子を取り除くプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法と、プラズマ・コーティング・プラントとが記載されている。この目的のために、圧縮空気を出射することができるクリーニングノズルがトーチに直接配置されている。

概要

プラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法を提供すること。本発明はプラズマ・コーティング・プラントのトーチ13のクリーニング方法に基づき、コーティング工程が中断している間に、つまり工作物に層が塗布されない段階中に、トーチ13にクリーニング・ノズル28から出射するクリーニング剤30が衝突する。このようにして、トーチ13に密着したスプレー材料の粒子32が取り除かれる。本発明によれば、クリーニング剤30は、クリーニング・ノズル28から出射された後に気体の状態に変化するように設計されている。クリーニング剤は、例えばドライアイス液体窒素液体酸素、又は液体二酸化炭素である。

目的

本発明の目的は、特に、妨害を受けることのないプラズマ・コーティング・プラントの稼働を可能にするプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法及びプラズマ・コーティング・プラントを提案することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

プラズマコーティングプラントトーチ(13、113)のクリーニング方法であって、コーティング工程が中断している間に、前記トーチ(13、113)にクリーニングノズル(28、128)から出射するクリーニング剤(30、130)が衝突し、従って前記トーチ(13、113)に密着したスプレー材料粒子(32)が取り除かれる方法において、前記クリーニング剤(30、130)は、前記クリーニング・ノズル(28、128)を離れた後に気体の状態に変化するように設計されていることを特徴とする方法。

請求項2

前記クリーニング剤(30、130)は、前記クリーニング・ノズル(28、128)を離れる前には固体であるように設計されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

前記クリーニング剤(30、130)はドライアイスであることを特徴とする請求項2に記載の方法。

請求項4

前記クリーニング剤(30、130)は前記クリーニング・ノズル(28、128)を離れる前には液体であるように設計されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項5

前記クリーニング剤(30、130)は液体窒素であることを特徴とする請求項4に記載の方法。

請求項6

前記クリーニング剤(30、130)は液体二酸化炭素であることを特徴とする請求項4に記載の方法。

請求項7

前記トーチ(13、113)はコーティング工程中に回転し、前記クリーニング剤(30、130)による衝突に先だって前記回転が停止することを特徴とする請求項1から6までのいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記トーチ(13、113)の前記回転は所定のクリーニング位置において停止することを特徴とする請求項7に記載の方法。

請求項9

前記トーチ(13、113)は前記クリーニング剤(30、130)が衝突している間に、前記クリーニング・ノズル(28、128)に関する所定のクリーニング経路を移動することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載の方法。

請求項10

前記トーチ(13)は、前記クリーニング剤(30)による衝突に先だってクリーニング・ステーション(27)内に駆動されることを特徴とする請求項1から9までのいずれか一項に記載の方法。

請求項11

トーチ(13、113)とクリーニング・ノズル(28、128)を有するプラズマ・コーティング・プラントであって、前記クリーニング・ノズル(28、128)は、コーティング工程が中断している間に、前記クリーニング・ノズル(28、128)から出射するクリーニング剤(30、130)を前記トーチ(13、113)に衝突させるように設けられ、従って前記トーチ(13、113)に密着したスプレー材料の粒子(32)が取り除かれるプラズマ・コーティング・プラントにおいて、前記クリーニング剤(30、130)は、前記クリーニング・ノズル(28、128)を離れた後に気体の状態に変化するように設計されていることを特徴とするプラズマ・コーティング・プラント。

請求項12

前記クリーニング・ノズル(128)が前記トーチ(113)に配置されることを特徴とする請求項11に記載のプラズマ・コーティング・プラント。

技術分野

0001

本発明は請求項1の前提部に記載のプラズマコーティングプラントにおけるトーチクリーニング方法に関し、また請求項11の前提部に記載のプラズマ・コーティング・プラントに関する。

背景技術

0002

プラズマ・コーティング・プラントとプラズマ・コーティング方法工作物の表面上に層を塗布するために使われている。層は、例えばタービン翼のための耐熱層や、内燃機関トライボロジ特性を改善するためのクランク室シリンダ内面における耐熱層としての役割を果たすことができる。トーチによってプラズマ炎が生成され、プラズマ・スプレー・コーティングを行うため、プラズマ炎に向かって層を形成するスプレー材料が、例えば粉末ワイヤの形態で供給される。スプレー材料はプラズマ炎の中で溶融して工作物の上にスプレーされ、そこに上述した層を形成する。しかしながら、この点においては、完全に供給されたスプレー材料の全てが工作物上に堆積するわけではない。とりわけ、このことはスプレー材料の粒子がトーチに堆積し、そしてトーチに密着するという事実につながる。このような汚染は、塗布される層の品質に影響することがあり、及び/又はコーティング方法の中断を必要とするトーチの機能妨害につながることがある。

0003

EP1837081A1には、トーチにクリーニング剤としての圧縮空気衝突し、これによってトーチに密着した粒子を取り除くプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法と、プラズマ・コーティング・プラントとが記載されている。この目的のために、圧縮空気を出射することができるクリーニングノズルがトーチに直接配置されている。

先行技術

0004

EP1837081A1

発明が解決しようとする課題

0005

これに対して、本発明の目的は、特に、妨害を受けることのないプラズマ・コーティング・プラントの稼働を可能にするプラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニング方法及びプラズマ・コーティング・プラントを提案することにある。本発明によれば、この目的は請求項1の特徴を有する方法及び請求項11の特徴を有するプラズマ・コーティング・プラントによって満たされる。

課題を解決するための手段

0006

プラズマ・コーティング・プラントのトーチのクリーニングに関する本発明の方法においては、コーティング工程が中断している間に、すなわち工作物上に層がコーティングされていない段階中に、トーチはクリーニング・ノズルから出射されるクリーニング剤の衝突を受ける。このようにして、トーチに密着したスプレー材料の粒子が取り除かれる。

0007

本発明によれば、クリーニング剤はクリーニング・ノズルを離れた後に、気体の状態に変化するように設計されている。この点に関して、クリーニング剤は個体の状態、又は液体の状態のいずれか一方から直接気体の状態に変化する。クリーニング剤は、このようにクリーニング・ノズルから出射された後に昇華又は蒸発する。いずれの場合でも、クリーニング剤は極めて低温であり、気体の状態に変化する時にクリーニング剤自体の体積極端に増加させる。トーチに密着したスプレー材料の粒子が既に連続する層を形成していれば、層は非常に強く冷却され、クラックの形成が始まる。後に来るクリーニング剤の粒子がこれらのクラックに浸透し、直ちに膨張する。このようにしてスプレー材料の粒子は剥離脱落される。トーチにおいてスプレー材料の粒子が連続する層をまだ形成していなければ、クリーニング剤の粒子が、存在するギャップやクラックに直接浸透することができ、スプレー材料の粒子の剥離脱落が同じようにもたらされる。

0008

このようにして、トーチに密着したスプレー材料の粒子を特に効果的に取り除くことができるので、いかなるトーチの機能妨害も起こり得ない。更に、トーチの機械的なクリーニングにおいて起こり得るトーチの損傷の危険も存在しない。

0009

特にトーチのクリーニング中にプラズマが維持される。このため、クリーニングの後でのプラズマの再点火を必要としない。

0010

トーチには、ただ1つのクリーニング・ノズルから来るクリーニング剤が衝突してもよく、又は同時に複数のクリーニング・ノズルから、又は順次作動する複数のクリーニング・ノズルから来るクリーニング剤が衝突してもよい。

0011

この関連において、「トーチ」はそこでプラズマが生成される実際の構成要素と、その構成要素に直接又は間接に連結された部品との両方を意味すると理解されるべきである。このような構成要素の実例はいわゆるトーチ・シャフトであろう。この関連において、「衝突する」は、例えばスプレーをかける、吹き付ける、又は「ショットする」を意味すると理解されるべきである。

0012

本発明の1つの実施例では、クリーニング剤はクリーニング・ノズルから出射される前は個体であるように設計されている。この点に関して、クリーニング剤は具体的にはドライアイスであり、すなわち個体二酸化炭素(CO2)を意味する。ドライアイスは常圧では約−78℃で昇華し、これはドライアイスが直接気相に変化することを意味し、前もって液体にならずに気体の状態となることを意味する。昇華中、体積は700倍を超えて増加する。

0013

このようにして、一方では極めて効果的なクリーニングが可能となり、他方ではドライアイスは簡単に、またコスト的に有利に入手できるので、本発明による方法を実行する上でコスト的に有利な方式が可能となる。

0014

その使用において、例えばドライアイス・ブラストと呼ばれる方法を使うことができる。この関連において、例えば2から8mmの粒子サイズを有するドライアイス・ペレット加速されてトーチに向かって案内されてもよい。そしてトーチに密着したスプレー材料の粒子が上述したように剥離脱落される。

0015

本発明の1つの実施例では、クリーニング剤は、クリーニング・ノズルを離れる前には液体であるように構成されている。この点に関して、クリーニング剤は具体的には液体窒素(N)である。液体窒素は常圧において、約−196℃で蒸発する。蒸発に際して、体積は700倍まで増加する。

0016

このようにして、一方では極めて効果的なクリーニングが可能となり、他方では液体窒素は簡単に、またコスト的に有利に入手できるので、本発明による方法の実行のコスト的に有利な方式が可能となる。

0017

クリーニング剤を液体二酸化炭素(CO2)としても有利となり得る。クリーニング・ノズルを離れると、二酸化炭素は緩和し、二酸化炭素の一部は気体の状態に変化し、別の部分は個体の状態に変化して、具体的にはスノー粒子の形状となる。このような方法はいわゆるスノー・ブラスト(snow blasting)と呼ばれる。気体の二酸化炭素とスノー粒子の混合物は、特に圧縮空気のビームに混合され、そのまま混合物がクリーニング剤と共に衝突する。

0018

このように二酸化炭素は、例えば浸漬チューブ容器低圧タンクから有利に連続的に供給され得る。これによって簡単に、従ってコスト的に有利に実行できる連続コーティングとクリーニング方法が可能となる。

0019

しかしながら、クリーニング剤は、通常条件では気体である別の材料からも構成することができる。

0020

クリーニング・ノズルを離れる前に液体であるクリーニング剤を使うと、トーチに密着したスプレー材料の粒子は同様に上述したように剥離脱落する。

0021

本発明の1つの実施例では、コーティング工程の間にトーチが回転し、この回転はクリーニング剤による衝突に先だって停止する。このようにして、トーチにクリーニング剤が入るのを回避することができ、プラズマが偶発的に稼動を停止し、これによるコーティング工程の再稼働に先立つ再点火の危険が生じることはない。

0022

コーティング工程中のトーチの回転は、具体的にはトーチの長手方向の軸の周りに起こる。しかしながら、トーチがコーティング工程の全域で回転するのではなく、間欠的にのみ回転することもまた可能である。回転するトーチは、例えば内燃機関のクランク室のシリンダ内面のコーティングに使われる。

0023

本発明の1つの実施例では、トーチの所定のクリーニング位置で回転を停止し、具体的にはクリーニング・ノズルとの関連において前記クリーニング位置が決められる。このようにして、クリーニング剤のトーチへの衝突は再現可能な条件の間で起こることが保証され、またこのようにして、クリーニングの再現性のある結果につながる。

0024

所定のクリーニング位置での回転の停止を可能にするために、例えばいわゆるステップモータをトーチの回転のために使用することができる。

0025

本発明の1つの実施例では、クリーニング剤が衝突している間に、トーチはクリーニング・ノズルに対して所定のクリーニング経路を移動される。この点において、トーチは、具体的にはクリーニング剤によって可能な限り広い領域に衝突を受け、同時にクリーニング剤と接触すべきでない影響を受けやすい領域は衝突を受けないままに残せるように移動される。このようにして、プラズマの稼動停止の危険が発生すること無く、トーチの可能な限り広い領域のクリーニングが有利に達成され得る。

0026

長手方向の軸の周りのトーチの所定の回転は、クリーニング・ノズルに関する所定のクリーニング経路における動きとも理解することができる。

0027

本発明の1つの実施例では、クリーニング剤による衝突に先だって、トーチがクリーニング・ステーション内に駆動される。このように、一方ではトーチをクリーニング・ノズルに関して非常に正確に位置決めすることができ、他方ではトーチから剥離脱落されるスプレー材料の粒子を容易に捕捉し、廃却することができる。

0028

この点において、クリーニング・ノズルはクリーニング・ステーションに配置される。クリーニング・ステーションは、特に剥離脱落したスプレー材料の粒子ための収集容器及び/又はサクションを更に備える。

0029

上述した方法は、トーチを有するプラズマ・コーティング・プラントと、クリーニング・ノズルを有するクリーニング装置によっても満足される。クリーニング装置は、コーティングの休止中にクリーニング・ノズルから出射されるクリーニング剤をトーチに衝突させ、これによってトーチに密着したスプレー材料の粒子を取り除く目的のために備えられる。本発明によれば、クリーニング剤は、クリーニング・ノズルから出射された後、気体の状態に変化するように設計されている。

0030

本発明の1つの実施例では、クリーニング・ノズルはトーチに配置される。このようにすると、トーチをクリーニングのために特有のクリーニング・ステーション内に持ち込む必要が無いので、トーチのクリーニングのためには極めて短い時間しか必要としない。特に良好なクリーニングの結果を可能にするために、複数のクリーニング・ノズルをもトーチに配置してもよい。

0031

本発明の更なる利点、特徴、及び詳細は、後に続く実施例の説明から、及び類似の要素又は類似の機能を有する要素を同一の参照番号で示す図面を参照することによってもたらされる。

図面の簡単な説明

0032

クリーニング・ステーションにおけるトーチを有するプラズマ・コーティング・プラントのプラズマ・スプレー装置の概略図である。
トーチと、トーチに配置された2つのクリーニング・ノズルを有するプラズマ・スプレー装置の一部の概略図である。

実施例

0033

図1によれば、図示されないプラズマ・コーティング・プラントのプラズマ・スプレー装置10は、ハウジング11、部分的にハウジング11内に配置された接続要素12、及びトーチ13を有する。トーチ13は実質的に円筒状のトーチ・シャフト14を備え、トーチ13はトーチ・シャフト14を介して接続要素12と、接続要素12の反対側に配置されたトーチ・ヘッド15とに固定されて連結されている。接続要素12は、トーチ13と共に長手方向の軸16の回りを回転することができる。この目的のために、ステップ・モータとして構成された電動モータ17がハウジング11内に配置され、前記電動モータは、ギア18と歯付きベルト19を介して、長手方向の軸16に関して同軸に配置された接続要素12のドライブ・シャフト20に、駆動するように連結されている。プラズマ・スプレー装置10の作動に必要な作動媒体は、接続部21、22、23、24及び25を経て供給され、また一部は排出される。粉末状のコーティング材料は、長手方向の軸16に関して同軸のドライブ・シャフト20に配置された接続部21を経て供給されてもよい。その他の接続部22、23、24及び25は、ハウジング11において長手方向の軸16に関して横方向に配置されている。冷却水が接続部22を経て供給され、接続部23を経て再び出て行く。空気が接続部24を経て供給され、例えばアルゴンヘリウム水素窒素、又はそれらの混合物の形態のプラズマ・ガスが接続部25を経て供給される。この場合、接続要素12とトーチ13内の作動媒体のための個々の配管、及び関連するロータリーフィードスルーには更なる重要性はなく、その理由から図示もされていない。

0034

プラズマ・スプレー装置10のハウジング11は、一部のみ図示されているカップリングモジュール26を介して図示しない工業用ロボットに連結されていて、前記工業用ロボットはプラズマ・スプレー装置10を所望の位置に運ぶことができる。このようにして、プラズマ・スプレー装置10も、トーチ13がクリーニング・ステーション27内に存在するように位置決めすることができる。クリーニング・ステーション27は、単に概略的に示されるクリーニング剤30の供給ユニット29に接続されたクリーニング・ノズル28を有する。供給ユニット29は、圧力を加えてトーチ13に当てることができるクリーニング剤30をクリーニング・ノズル28に供給することが可能なので、トーチ13はクリーニング剤30の衝突を受けることができる。クリーニング・ステーション27は更に、クリーニング工程中にその上にトーチ13が位置する収集容器31を有する。クリーニング・ステーション27は更に、クリーニング工程中にその横にトーチ13が位置するサクション33を有する。

0035

プラズマ・スプレー装置10は、例えば内燃機関のクランク室のシリンダ内面のコーティングに使用される。この場合、コーティングの間に、つまりコーティング工程中に、トーチ13は長手方向の軸16の回りを回転する。スプレー材料をシリンダ内面に塗布するに当たって、スプレー材料の粒子32がトーチ13にも堆積し、この堆積はコーティング工程が中断している間に、具体的には新たなクランク室が正しい位置に運ばれる間に取り除かなければならない。この目的のために、プラズマを作動させたままにして、プラズマ・スプレー装置を、図示するようにトーチ13がクリーニング・ステーション27内に存在するように位置決めする。同時に、クリーニング・ノズル28に関して所定のクリーニング位置にトーチが存在するように、トーチ13の回転を停止する。続いて圧縮空気によってトーチ・ヘッド15に向かって射出されたドライアイス・ペレット形状のクリーニング剤30によって、トーチ・ヘッド15が衝突を受ける。ドライアイス・ペレットは、クリーニング・ノズル28から出射された後に昇華する。低温と、昇華による体積増加とが、トーチ・ヘッド15に密着したスプレー材料の粒子32がトーチ・ヘッド15から取り除かれ、そして収集容器31に捕捉され、又はサクション33によって吸引されて排出されることを確実にする。

0036

トーチ13を、クリーニング工程の間に一定のクリーニング位置で停止させることができる。しかしながら、クリーニング工程中にトーチ13をクリーニング・ノズル28に関する所定のクリーニング経路を動かすことも可能である。この目的のために、例えばトーチ13は単純に回転することができ、クリーニング経路を、プラズマがクリーニング剤によって直接衝突を受けないように、つまりトーチ13は例えば約180から250°回転するように選定する。それに代えて又は追加して、トーチ・ヘッド15の他に、トーチ・シャフト14をもクリーニング剤30に衝突させるようにトーチ13を移動させることができる。この目的のために、トーチ13は図1では下方へ、つまり収集容器31の方向へ移動される。しかしながら、トーチではなく、クリーニング・ノズルを移動させることも可能である。

0037

ドライアイスの代わりに、例えば液体窒素又は液体二酸化炭素もクリーニング剤として使用することが可能である。

0038

別の構成のクリーニング・ノズル128を有するプラズマ・スプレー装置110の一部を図2に示す。プラズマ・スプレー装置110は、一部を除いては図1のプラズマ・スプレー装置10と同様に組立てられているので、違いに関してのみ述べる。クリーニング・ノズル128は、接続要素112に固定され、クリーニング剤130がトーチ113のトーチ・ヘッド115に衝突できるようにトーチ113に配置されている。これに関連して、クリーニング・ノズル128は、長手方向の軸116に関して直径方向の反対側に配置されている。クリーニング・ノズルには、接続要素112の図示しない接続部と接続要素112の対応する配管を通してクリーニング剤が供給される。この点において、図1の方法に関して説明したものと、一般に同じクリーニング剤を使うことができる。

0039

1つのみのクリーニング・ノズル、又は2つよりも多い、つまり例えば3つ、又は4つのクリーニング・ノズルを備えることも可能である。

0040

10プラズマ・スプレー装置
11ハウジング
12接続要素
13トーチ
14 トーチ・シャフト
15 トーチ・ヘッド
16長手方向の軸
17電動モータ
18ギア
19歯付きベルト
20ドライブ・シャフト
21 接続部
22 接続部
23 接続部
24 接続部
25 接続部
26カップリング・モジュール
27クリーニング・ステーション
28 クリーニング・ノズル
29供給ユニット
30クリーニング剤
31収集容器
32スプレー材料の粒子
33サクション
110 プラズマ・スプレー装置
112 接続要素
113 トーチ
115 トーチ・ヘッド
116 長手方向の軸
128 クリーニング・ノズル
130 クリーニング剤

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