DE10025040C1

DE10025040C1 - Apparatus for coating the surfaces of workpieces by plasma spraying comprises a housing, a burner head, feed lines for supplying the apparatus with media for the coating process

Info

Publication number: DE10025040C1
Application number: DE10025040A
Authority: DE
Inventors: Helmut Proefrock; Helmut Schaefer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-05-20
Filing date: 2000-05-20
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2020-05-21

Abstract

Apparatus for coating the surfaces of workpieces comprises a housing (1); a burner head (2); feed lines (3) for supplying the apparatus with media for the coating process; an ignition unit; a nozzle (4) (coating nozzle) for a plasma beam (5) with a plasma powder; and a nozzle (7) (cleaning /activating nozzle) leading to the coating nozzle for a plasma beam without a plasma powder. Preferred Features: A separate ignition unit is provided for the coating nozzle and the cleaning /activating nozzle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstückoberflächen.The invention relates to a device for coating Workpiece surfaces.

Es ist bekannt, Werkstückoberflächen durch Plasmaspritzen zu beschichten. In diesem Zusammenhang beschreibt "Plasma" einen Zustand eines hocherhitzten Gases, das teilweise in dissoziier ter und/oder ionisierter Form vorliegt und deshalb elektrisch leitfähig ist. Zur Bildung eines Plasmas wird zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) ein Lichtbogen gezündet, der eine große Energiedichte besitzt. Dieser Lichtbogen gibt seine Wärme an ein zwischen Anode und Kathode eingeleitetes Gas (so genanntes Plasmagas) ab, welches dabei - je nach Zusammen setzung des Plasmagases - dissoziiert und/oder ionisiert. Das zwischen den Elektroden unter hohem Druck hindurch strömende Gas reißt den Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden mit sich. Auf diese Weise entsteht eine Plasmaflamme. Bei einer an schließend stattfindenden Rekombination der Ionen führt die freigesetzte Wärmeenergie zu einer starken Expansion der Gase, so daß, ein elektrisch neutraler Plasmastrahl mit hoher Tempe ratur (bis zu 20.000°K im Plasmastrahlkern) und hoher Geschwin digkeit das Plasmaspritzgerät verläßt.It is known to spray workpiece surfaces by plasma spraying coat. In this context, "plasma" describes one State of a highly heated gas that is partially dissociative ter and / or ionized form and therefore electrical is conductive. A plasma is formed between two Electrodes (anode and cathode) ignited an arc that has a large energy density. This arc gives its Heat to a gas introduced between the anode and cathode (see above) called plasma gas), which - depending on the combination Settlement of the plasma gas - dissociated and / or ionized. The flowing between the electrodes under high pressure Gas entrains the arc between the two electrodes yourself. This creates a plasma flame. At one the recombination of the ions takes place released thermal energy to a strong expansion of the gases, so that an electrically neutral plasma jet with high temp rature (up to 20,000 ° K in the plasma jet core) and high speed leaves the plasma spraying device.

Der aufzutragende Beschichtungswerkstoff, der pulverförmig vor liegt, wird innerhalb und/oder außerhalb des Plasmabrenners in den Plasmastrahl eingeleitet, darin an- bzw. aufgeschmolzen und durch die Geschwindigkeit des Plasmastrahls mit hoher kineti scher Energie auf die Werkstückoberfläche geschleudert. Beim Auftreffen auf die Oberfläche zerplatzen die teigigen oder flüssigen Spritzpartikel des Beschichtungswerkstoffes und breiten sich abhängig vom Rauhigkeitsprofil der Oberfläche, der Tropfengröße und Viskosität sowie der Oberflächenspannung der Partikel fladenförmig oder lamellenartig auf der Oberfläche aus. Während des Beschichtungsvorgangs wird das Plasmaspritzge rät an der zu beschichtenden Werkstückoberfläche entlanggeführt und dadurch die Oberfläche kontinuierlich beschichtet.The coating material to be applied, which is in powder form is inside and / or outside of the plasma torch introduced the plasma jet, melted or melted therein and by the speed of the plasma jet with high kineti sheared energy onto the workpiece surface. At the Impinging on the surface, the pastry or burst liquid spray particles of the coating material and broad depends on the roughness profile of the surface, the Drop size and viscosity as well as the surface tension of the Particles are flat or lamellar on the surface out. During the coating process, the plasma injection advises on the workpiece surface to be coated and thereby continuously coating the surface.

Um eine gute Beschichtungsqualität zu erzielen, müssen die zu beschichtenden Werkstückoberflächen vorbehandelt werden. Der Zweck dieser Vorbehandlung besteht zum einen darin, die Ober fläche zu Reinigen, daß heißt bestehende Oxidschichten sowie andere eventuell vorhandene Verunreinigungen zu entfernen. Zum anderen dient die Vorbehandlung dazu, die Oberfläche zu akti vieren. Darunter versteht man in diesem Zusammenhang, das Er zeugen einer gewissen Affinität der zu beschichtenden Ober fläche gegenüber den aufzutragenden Partikeln.To achieve a good coating quality, they have to coating workpiece surfaces are pretreated. The The purpose of this pretreatment is on the one hand, the waiter surface to clean, that means existing oxide layers as well remove any other contaminants. To the others use the pretreatment to activate the surface four. In this context, this means that He testify to a certain affinity of the waiters to be coated area in relation to the particles to be applied.

Diese Vorbehandlung wird derzeit durch Strahlen der Werkstück oberfläche, beispielsweise mittels Aluminiumgranulat, Glasper len oder Korund, durchgeführt. Das Strahlverfahren beruht dar auf, daß Strahlmittel mit Preßluft oder mittels Zentrifugal kraft auf die zu behandelnde Oberfläche geschleudert werden. Durch die beim Strahlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Ober fläche auftreffenden Strahlpartikel werden Verunreinigungen von der Oberfläche gelöst und entfernt. Gleichzeitig wird die Ober fläche aufgerauht, wodurch die atomare Ordnung der Oberfläche zerstört wird und Versetzungen und/oder Fehlstellen in der Werkstoffmatrix entstehen. Insgesamt erhöht sich durch diese Vorbehandlung die Oberflächenenergie, was eine gute Haftungs voraussetzung für die anschließend aufgespritzten Partikel schafft.This pretreatment is currently done by blasting the workpiece surface, for example using aluminum granulate, glass beads len or corundum. The blasting process is based on this on that blasting media with compressed air or by means of centrifugal be thrown forcefully onto the surface to be treated. By blasting onto the upper at high speed surface impinging jet particles become impurities from the surface loosened and removed. At the same time, the waiter surface roughened, causing the atomic order of the surface is destroyed and dislocations and / or missing parts in the Material matrix arise. Overall, this increases Pretreatment of the surface energy, what a good adhesion requirement for the subsequently sprayed on particles creates.

Nachteilig an der bekannten Vorbehandlungsmethode ist jedoch, daß für die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche ein zusätz licher Arbeitsschritt notwendig ist. Für diesen Arbeitsschritt wird ein erheblicher apparativer Aufwand benötigt, der unter anderem dadurch entsteht, daß die Bestrahlungsapparatur gut abgedichtet sein muß, so daß kein Strahlmittel nach außen ge schleudert werden kann. Eine solche Apperatur ist mit erheb lichen Kosten verbunden. Des weiteren muß für diesen Arbeits schritt zusätzliche Arbeitszeit eingeplant werden, was insbe sondere in der Serienfertigung mit Mehrkosten verbunden ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorbehandlungsmethode be steht darin, daß je nachdem, was für ein Werkstoff zu beschich ten ist, eine rasche Arbeitsabfolge zwischen Vorbehandlung und Beschichtung notwendig ist, damit sich auf der Oberfläche in der Zwischenzeit nicht wieder eine neue Oxidschicht bildet oder diese anderweitig verunreinigt wird. Ein weiteres Problem, wel ches bei Vorbehandlung mittels Bestrahlungsverfahren auftritt, besteht darin, daß Strahlpartikel an dem zu beschichtenden Werkstück haften bleiben. Dies führt zum einen zu Problemen beim Beschichtungsprozeß selber, weil wenn sich Strahlpartikel auf der zu beschichtenden Werkstückoberfläche befinden ein feh lerfreies Beschichten nicht garantiert werden kann. Probleme entstehen aber auch dadurch, daß die Strahlpartikel in der Pro duktionslinie verschleppt werden und später an Stellen wieder auftauchen, an denen sie sich störend auswirken. Das ist bei spielsweise dann der Fall, wenn Waschwasser durch Strahlpar tikel verunreinigt wird. Wird dieses Wasser anschließend an an deren Stellen des Produktionsprozesses eingesetzt, können die darin enthaltenen Strahlpartikel zu Beschädigungen an Werk stücken führen.However, the disadvantage of the known pretreatment method is that that for the pretreatment of the workpiece surface an additional step is necessary. For this step a considerable amount of equipment is required, which is under Another reason is that the radiation apparatus is well sealed must be so that no abrasive ge out can be hurled. Such equipment is considerable associated costs. Furthermore must work for this additional working hours can be scheduled, especially is associated with additional costs, particularly in series production. Another disadvantage of the known pretreatment method be is that depending on what material to coat is a rapid sequence of work between pretreatment and Coating is necessary so that on the surface in in the meantime does not form a new oxide layer again or it is otherwise contaminated. Another problem, wel ches occurs during pretreatment using radiation methods, consists in the fact that jet particles on the surface to be coated Workpiece stick. On the one hand, this leads to problems in the coating process itself, because if there are blasting particles There is a feh on the workpiece surface to be coated ler-free coating cannot be guaranteed. Problems but also arise from the fact that the jet particles in the Pro production line are carried over and later in places again emerge where they interfere. That is with for example, the case when wash water through jet par particle is contaminated. This water will then turn on whose positions in the production process are used, the contained jet particles to damage the work lead pieces.

Im Zusammenhang mit den allgemein abgehandelten Nachteilen wird auf folgenden Stand der Technik verwiesen. Aus der JP 080 60 332 A und aus der DE 198 10 382 C1 sind jeweils Vorrichtungen zur Beschichtung von Substraten bekannt, wobei zum Reinigen eine Strahlanlage zum Aufrauen der Substratoberfläche vorgese hen ist, die mit einer Spritzvorrichtung kombiniert ist. Das zum Reinigen verwendete Strahlverfahren bringt die oben aufge führten Nachteile mit sich.In connection with the generally dealt disadvantages referred to the following prior art. From JP 080 60 332 A and from DE 198 10 382 C1 are devices known for coating substrates, for cleaning a blasting system for roughening the substrate surface hen that is combined with a sprayer. The the blasting method used for cleaning brings up the above have disadvantages.

Die DE 693 10 039 T2 offenbart ein Gerät zum Präparieren und Beschichten einer Oberfläche, das aus einer thermischen Be schichtungsvorrichtung und aus einer Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlimpulsen besteht. Das Präparieren der Oberfläche wird mittels aufeinander folgender Laserimpulse bewirkt; die Materialschicht wird unmittelbar nach dem Präparieren mittels thermischen Spritzens aufgetragen. Diese Vorrichtung bringt den Nachteil mit sich, dass zwei unterschiedliche Systeme zum Prä parieren der Oberfläche und zum Beschichten vorgesehen sind, was einen erheblichen apparativen Aufwand bedeutet.DE 693 10 039 T2 discloses a device for preparing and Coating a surface that consists of a thermal loading Layering device and from a device for production of laser beam pulses. Preparing the surface is effected by means of successive laser pulses; the Material layer is applied immediately after preparation thermal spray applied. This device brings the Disadvantage that two different systems for pre parry the surface and are intended for coating, which means a considerable expenditure on equipment.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschichten von Werk stückoberflächen zu schaffen, die vor allem in der Serienferti gung zu Kosteneinsparungen im Beschichtungsprozeß führt. Dabei sollen insbesondere aufwendige Vorbehandlungsmethoden und deren Folgeprobleme vermieden werden.Against this background, the present invention Task based on a device for coating work to create piece surfaces, especially in series production leads to cost savings in the coating process. there In particular, complex pretreatment methods and their Consequential problems can be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstückoberflächen mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Danach weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten von Werkstückoberflächen ein Gehäuse, einen Brennerkopf, Mittel zur Versorgung der Vorrichtung mit für den Beschichtungsvorgang notwendigen Medien, mindestens eine Zündeinheit, eine Düse zum Austritt einer Plasmaflamme mit auf zutragendem Plasmapulver (Beschichtungsdüse) sowie mindestens eine zusätzliche, der Beschichtungsdüse voreilende Düse zum Austritt einer Plasmaflamme ohne Plasmapulver (Reinigungs- /Aktivierungsdüse). Unter "voreilend" versteht man in diesem Zusammenhang, daß die Reinigungs-/Aktivierungsdüse in der er findungsgemäßen Vorrichtung so angeordnet ist, daß sie in Bewe gungsrichtung der Beschichtungsvorrichtung relativ zum be schichtenden Werkstück vor der Beschichtungsdüse angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die zu beschichtende Werkstück oberfläche zunächst einem Plasmastrahl ohne Plasmapulver ausge setzt. Dieser voreilende Plasmastrahl schmilzt die zu be schichtende Werkstückoberfläche an. Dabei werden zum einen Ver unreinigungen verdampft und bestehende Oxidschichten gecrackt. Die Oberfläche wird also gereinigt. Zum anderen verbessert das Anschmelzen der Oberfläche auch die Haftungsbedingungen für die aufgespritzten Beschichtungspartikel. Die Oberfläche wird also auch aktiviert. Der voreilende Plasmastrahl ersetzt demnach die durch bekannte Vorbehandlungsverfahren erzielten Wirkungen: Reinigung und Aktivierung.This object is achieved by a device for Coating of workpiece surfaces with the characteristics of the An spell 1 solved. Then the device according to the invention a housing for coating workpiece surfaces, a Burner head, means for supplying the device for the Coating process necessary media, at least one Ignition unit, a nozzle for the discharge of a plasma flame applicable plasma powder (coating nozzle) and at least an additional nozzle leading the coating nozzle for Escape of a plasma flame without plasma powder (cleaning / Activation nozzle). In this case, "leading" is understood Context that the cleaning / activation nozzle in which he device according to the invention is arranged so that it is in motion direction of the coating device relative to the be layered workpiece arranged in front of the coating nozzle is. This arrangement makes the workpiece to be coated First a plasma jet without plasma powder puts. This leading plasma beam melts the be layering workpiece surface. On the one hand, Ver contaminants evaporate and existing oxide layers are cracked. So the surface is cleaned. Second, it improves Melting the surface also the adhesion conditions for the sprayed coating particles. So the surface is also activated. The leading plasma jet therefore replaces the effects achieved by known pretreatment processes: Cleaning and activation.

Da sich hinter der Reinigungs- und Aktivierungsdüse direkt die Beschichtungsdüse befindet, wird die Oberfläche im Anschluß an den Plasmastrahl ohne Beschichtungspulver einem Plasmastrahl mit Plasmapulver ausgesetzt. Wenn nun Plasmapulverpartikel auf die gereinigte und angeschmolzene Oberfläche geschleudert wer den, können diese sich einfach mit dem Grundwerkstoff verbin den.Because behind the cleaning and activation nozzle is the Coating nozzle is located, the surface is following the plasma jet without coating powder a plasma jet exposed to plasma powder. If now plasma powder particles on the cleaned and melted surface is thrown these can simply be combined with the base material the.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die beiden Verfahrensschritte Vorbehandlung und Beschichtung mit einem Gerät in einem Arbeitsschritt durch geführt werden können. Dadurch spart man erheblich, sowohl an Kosten als auch an Zeit, weil neben dem zusätzlichen Arbeits schritt auch die zur Ausführung dieses Arbeitsschrittes notwendige Vorrichtung überflüssig ist. Ein weiterer Vorteil der er findungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß zwischen Vorbe handlung und Beschichtung praktisch keine Zeit verstreicht. Da durch wird vermieden, daß sich auf der Oberfläche eine neue Oxidschicht bildet oder diese anderweitig verunreinigt wird. Des weiteren werden die beschriebenen Folgeprobleme von Strahl verfahren vermieden, die aufgrund von Verschleppung von Strahl partikeln in der Produktionslinie entstehen.The particular advantage of the device according to the invention is to see that the two process steps pretreatment and coating with a device in one step can be performed. This saves you a lot, both Cost as well as time because in addition to the extra work step that is necessary to carry out this step Device is unnecessary. Another advantage of the Solution according to the invention can be seen in the fact that between Vorbe action and coating practically no time passes. There through it is avoided that a new one on the surface Forms oxide layer or is otherwise contaminated. Furthermore, the described problems of ray are described avoided procedures due to carryover of beam particles are created in the production line.

Werden Gußwerkstücke beschichtet, so können durch den Rei nigungs-/Aktivierungsstrahl der erfindungsgemäßen Vorrichtung fertigungsbedingte, oberflächennahe Poren in den Werkstücken geöffnet und deren Ränder angescholzen werden, so daß beim an schließenden Beschichten Beschichtungspartikel in die Poren fließen und diese ausfüllen. Dadurch entsteht eine im wesent lichen fehlerfreie Beschichtungsoberfläche auf einer relativ porenfreien Werkstückoberfläche. Mit Strahl-Vorbehandlungsme thoden ist das Öffnen und anschließende Auffüllen der Poren nicht möglich und die Poren bestehen unter der Beschichtung fort. Das birgt das Risiko in sich, daß sich die Poren im spä teren Einsatz der Werkstücke öffnen.If cast workpieces are coated, the Rei Cleaning / activation beam of the device according to the invention Manufacturing-related, near-surface pores in the workpieces opened and the edges are screwed on, so that at closing coating coating particles into the pores flow and fill it out. This essentially creates one Lichen-free coating surface on a relative pore-free workpiece surface. With jet pretreatment measure method is opening and then filling the pores not possible and the pores exist under the coating away. This carries the risk that the pores in the late Open the further use of the workpieces.

Sollen für die Beschichtung der Werkstücke mehrere Schichten aufgetragen werden, so kann es auch hier von Vorteil sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer voreilenden Reinigungs- und Aktivierungsdüse einzusetzen. In einem solchen Fall ist nach dem Auftragen der ersten Schicht keine Reinigung der Ober fläche mehr notwendig. Es kann aber trotzdem vorteilhaft sein, die schon aufgetragene Schicht nochmals zu aktivieren. Dies führt zu einer besseren Haftung der einzelnen Schichten unter einander.Should have several layers for coating the workpieces can be applied, so it can also be advantageous here Device according to the invention with a leading cleaning and use the activation nozzle. In such a case after application of the first layer no cleaning of the upper more space needed. However, it can still be advantageous to reactivate the already applied layer. This leads to better adhesion of the individual layers under each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung ist die Kathode der Zündeinrichtung stabförmig und die Anode ringförmig ausgebildet, wobei die ringförmige Anode die stabförmige Kathode umgibt. In a preferred embodiment of the invention direction is the cathode of the igniter and the Anode formed annular, the annular anode the surrounds rod-shaped cathode.

Für die Beschichtungs- sowie die Reinigungs-/Aktivierungsdüse kann jeweils eine separate Zündeinheit vorgesehen sein. Eine solche Anordnung bringt den Vorteil mit sich, daß jede Düse mit separater Energiezufuhr ausgerüstet ist und dadurch auch sepa rat gesteuert werden kann. Wenn eine gemeinsame Zündeinheit für die beiden Düsen vorgesehen ist, spart man Platz und kann den Brennerkopf insgesamt sehr klein gestalten, wodurch das Anwen dungsgebiet für Plasmaspritzen auf schwer zugängliche Werk stückoberflächen erweitert wird.For the coating and cleaning / activation nozzle A separate ignition unit can be provided in each case. A such an arrangement has the advantage that each nozzle is equipped with a separate energy supply and therefore also sepa advice can be controlled. If a common ignition unit for the two nozzles is provided, you save space and can Make the burner head very small overall, which makes the application area of application for plasma spraying on hard-to-access plants piece surfaces is expanded.

Gemäß einer Ausführungsform können Beschichtungs- und Reini gungs-/Aktivierungsdüse in getrennten Brennerköpfen angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, nur einen Brennerkopf mit Be schichtungs- und Reinigungs-/Aktivierungsdüse vorzusehen, was sich ebenfalls positiv auf die Reduzierung der Größe der Vor richtung auswirkt und die weiter oben aufgeführten Vorteile mit sich bringt.In one embodiment, coating and cleaning supply / activation nozzle arranged in separate burner heads his. But it is also conceivable to have only one burner head with Be layering and cleaning / activation nozzle to provide what also positive on reducing the size of the front direction affects and the advantages listed above with brings itself.

Die beiden Düsen sind bevorzugt in einem solchen Abstand von einander an der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet, daß die von dem Reinigungs- und Aktivierungsplasmastrahl gereinigte und angeschmolzene Fläche nicht wieder erstarrt, bevor der Be schichtungsplasmastrahl auf diese Stelle trifft.The two nozzles are preferably at such a distance of arranged on the device according to the invention that the cleaned from the cleaning and activation plasma jet and melted surface does not solidify again before the loading stratification plasma jet hits this point.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Brennerkopf ro tierend ausgestaltet sein. Ein solcher rotierender Brennerkopf bringt den Vorteil mit sich, daß er das Beschichten von innen liegenden Flächen, beispielsweise von Laufflächen von Kurbel wellenlagern in Kurbelgehäusen, ermöglicht. Wenn dann noch Be schichtungsdüse und Reinigungs-/Aktivierungsdüse gemeinsam in dem rotierenden Brennerkopf angeordnet sind, können auf beson ders einfache Weise in einem Arbeitsschritt Vorbehandlung und Beschichtung von innen liegenden, schwer zugänglichen Flächen vorgenommen werden.According to a further embodiment, the burner head ro be designed. Such a rotating burner head has the advantage that it is coating from the inside lying surfaces, for example of crank treads shaft bearings in crankcases, enables. Then if Be Layering nozzle and cleaning / activation nozzle in common the rotating burner head are arranged on special pretreatment and Coating of internal, difficult to access areas be made.

Wenn die Reinigungs-/Aktivierungsdüse so ausgerichtet ist, daß der Plasmastrahl "stechend", daß heißt in Bewegungsrichtung gesehen mit einem spitzen Winkel auf das Werkstück auftrifft, er gibt sich eine im Vergleich zum senkrechten Auftreffen beson dere Reinigungswirkung, weil Verunreinigungspartikel, die durch den Plasmastrahl nicht verdampfen, aufgrund der kinetischen Energie des Plasmastrahls und dessen spitzen Auftreffen von der Oberfläche gelöst und von dieser hinweggefördert werden.When the cleaning / activation nozzle is aligned so that the plasma jet "piercing", that is seen in the direction of movement strikes the workpiece at an acute angle, he there is one in comparison to the vertical impact dere cleaning effect, because contaminant particles by do not vaporize the plasma jet due to the kinetic Energy of the plasma jet and its sharp impact from the Surface loosened and transported away from this.

Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Flä che, auf die der Reinigungs-/Aktivierungsplasmastrahl auf der Werkstückoberfläche auftrifft elipsenförmig ist. Dadurch ergibt sich ein langgestrecktes Schmelzbad auf der Werkstückoberflä che, in die das anschließend aufgebrachte Plasmapulver beson ders gut einlegiert werden kann, so daß sich eine sehr gute Haftfestigkeit ergibt.It has also proven to be advantageous if the area on which the cleaning / activation plasma jet on the Workpiece surface strikes is elliptical. This gives an elongated weld pool on the workpiece surface che, in which the subsequently applied plasma powder which can be alloyed well, so that a very good one Adhesion results.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention based on the in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung mit einem Brennerkopf; Fig. 1 is a schematic representation of a coating apparatus according to the invention with a burner head;

Fig. 2: eine Aufsicht auf eine zu beschichtende Werkstückober fläche mit den Auftrefflächen eines voreilenden Reini gungs-/Aktivierungsplasmastrahls und eines Beschich tungsplasmastrahls; Fig. 2 is a plan view of a workpiece to be coated upper surface with the Splash surfaces of a leading cleaning gungs- / activation plasma beam and a plasma beam Beschich tung;

Fig. 3: einen Schnitt durch eine im Querschnitt kreisförmige zu beschichtende Werkstückoberfläche mit einer erfin dungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung mit rotierendem Brennerkopf und Fig. 3 is a section through a circular in cross-section workpiece to be coated surface with a coating device OF INVENTION to the invention with a rotating burner head and

Fig. 4: eine schematische Darstellung eines "stechend" auf die Werkstückoberfläche auftreffenden Reinigungs- /Aktivierungsplasmastrahls. Fig. 4: a schematic representation of a "piercing" cleaning / activation plasma jet hitting the workpiece surface.

Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Be schichten einer Werkstückoberfläche 6 ein Gehäuse 1, einen Brennerkopf 2, Zuführleitungen 3 zur Versorgung der Vorrichtung - beispielsweise mit Plasmagas, Plasmapulver, Kühlmittel und elektrischer Energie - sowie eine nicht dargestellte Zündeinheit auf. Im Brennerkopf 2 ist eine Düse 4 vorgesehen, aus der ein Plasmastrahl 5 mit Plasmapulver austritt. Dieser Plasma strahl 5 dient zum Beschichten der Werkstückoberfläche 6. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine weitere, der Düse 4 voreilende Düse 7 auf, aus der ein Plasmastrahl 8 ohne Plasma pulver austritt. Der Plasmastrahl 8 dient dazu, die Werkstück oberfläche 6 zu reinigen und zu aktivieren, d. h. anzuschmelzen, so daß die aufgespritzten Beschichtungspartikel besser an der Oberfläche 6 haften.Referring to FIG. 1, a device according to the invention for loading layers of a workpiece surface 6, a housing 1, a burner head 2, feed lines 3 for supplying the device - for example, with plasma gas, plasma powder, coolant and electrical energy - and an ignition unit, not shown on. A nozzle 4 is provided in the burner head 2 , from which a plasma jet 5 with plasma powder emerges. This plasma beam 5 is used to coat the workpiece surface 6 . The device according to the invention has a further nozzle 7 leading the nozzle 4 , from which a plasma jet 8 emerges without plasma powder. The plasma jet 8 serves to clean and activate the workpiece surface 6 , ie to melt it, so that the sprayed-on coating particles adhere better to the surface 6 .

Zur Beschichtung einer Werkstückoberfläche 6 wird die erfin dungsgemäße Vorrichtung in Richtung des Pfeils 9 über die zu beschichtende Oberfläche 6 bewegt. Die Reinigungs- /Aktivierungsdüse 7 eilt der Beschichtungsdüse 4 dabei voraus. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß der Reinigungs- /Aktivierungsplasmastrahl 8 zuerst auf die Werkstückoberfläche 6 auftrifft. Dadurch wird diese von Oxidschicht und anderen Verunreinigungen befreit und angeschmolzen. Unmittelbar nach dem Reinigungs-/Aktivierüngsstrahl 8 trifft der Plasmastrahl 5 mit Plasmapulver auf die vorbehandelte Oberfläche 6 auf. Da durch, daß die Oberfläche 6 durch den voreilenden Plasmastrahl 8 angeschmolzen ist, sind gute Haftungsbedingungen für die mit dem Beschichtungsplasmastrahl 5 auf die Oberfläche 6 geschleu derten Beschichtungspartikel geschaffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt hinter sich auf der Oberfläche 6 eine an die ser haftende Schicht 11 zurück.To coat a workpiece surface 6 , the device according to the invention is moved in the direction of arrow 9 over the surface 6 to be coated. The cleaning / activation nozzle 7 is ahead of the coating nozzle 4 . This arrangement ensures that the cleaning / activation plasma jet 8 hits the workpiece surface 6 first. As a result, the oxide layer and other contaminants are removed and melted. Immediately after the cleaning / activation beam 8 , the plasma beam 5 with plasma powder strikes the pretreated surface 6 . Since by that the surface is fused by the leading plasma jet 8 6, good adhesion conditions are created for those on the surface 6 geschleu derten with the coating plasma beam 5 coating particles. The device according to the invention leaves behind on the surface 6 a layer 11 adhering to the water.

In Fig. 2 ist in Draufsicht eine zu beschichtende Oberfläche 6 dargestellt. Die schraffierten Flächen kennzeichnen die Berei che, an denen die Plasmastrahlen 5 und 8 auf die Oberfläche 6 auftreffen. Der voreilende Reinigungs-/Aktivierungsplasmastrahl 8 trifft in Form einer elliptischen Fläche 12 auf die Ober fläche auf. Die Auftreffläche des Beschichtungsplasmastrahls 5 ist kreisförmig (vgl. Fläche 13).A surface 6 to be coated is shown in plan view in FIG. 2. The hatched areas indicate the areas where the plasma beams 5 and 8 strike the surface 6 . The leading cleaning / activation plasma jet 8 strikes the upper surface in the form of an elliptical surface 12 . The impact surface of the coating plasma jet 5 is circular (cf. surface 13 ).

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit rotierendem Brennerkopf 2' dargestellt. Eine solche Vorrichtung kann eingesetzt werden, um kreisförmige Oberflächen 6', wie sie beispielsweise bei Laufflächen von Kur belwellenlagern in Kurbelgehäusen vorkommen, zu beschichten. Dazu wird der Brennerkopf 2' in den von der zu beschichtenden Fläche 6' umgebenden Hohlraum 14 gesteckt. Durch die Rotations bewegung des Brennerkopfs 2' um einen im Mittelpunkt des Hohl raums 14 liegenden Punkt 16 kann die gesamte Innenfläche 6' auf einfache Weise in einem Arbeitsschritt vorbehandelt und be schichtet werden. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiel weist der Brennerkopf 2' eine bezogen auf seine Bewegungsrichtung 9' voreilende Düse 7' auf, aus der ein Reinigungs-/Aktivierungsplasmastrahl 8' ohne Plasmapulver aus tritt. Der Düse 7' folgt eine Düse 4', aus der ein Beschich tungsplasmastrahl 5' mit Plasmapulver austritt.In Fig. 3, an embodiment of the device according to the invention with a rotating burner head 2 '. Such a device can be used to coat circular surfaces 6 ', as they occur, for example, in the case of treads of crankshaft bearings in crankcases. For this purpose, the burner head 2 'is inserted into the cavity 14 surrounded by the surface 6 ' to be coated. Due to the rotational movement of the burner head 2 'around a point 16 in the center of the cavity 14 , the entire inner surface 6 ' can be pretreated and coated in a simple step in a single step. As in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the burner head 2 'has a nozzle 7 ' leading in relation to its direction of movement 9 ', from which a cleaning / activation plasma jet 8 ' emerges without plasma powder. The nozzle 7 'is followed by a nozzle 4 ', from which a coating plasma jet 5 'emerges with plasma powder.

Der mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung durchgeführte Beschichtungsvorgang erfolgt genauso, wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist mit dem Beschichtungsvorgang dort begonnen worden, wo die. Symmetrieachse 15 die linke Hälfte der kreisförmigen Oberfläche 6' schneidet. Der Brennerkopf 2' rotiert in Richtung des Pfeils 9' und reinigt und aktiviert die Fläche 6' zunächst mit seinem voreilenden Plasmastrahl 8' und beschichtet diese anschließend mit seinem Beschichtungsplasma strahl 5'. Die Vorrichtung hinterläßt nach nur einem Arbeits schritt auf der Oberfläche 6' eine mit der Oberfläche 6' fest verbundene Schicht 11'. Eine separate Vorbehandlung ist nicht notwendig.The coating process carried out with the device shown in FIG. 3 takes place in exactly the same way as described in connection with the exemplary embodiment shown in FIG. 1. In the representation of Fig. 3 has been started with the coating process where the. Axis of symmetry 15 intersects the left half of the circular surface 6 '. The burner head 2 'rotates in the direction of the arrow 9 ' and cleans and activates the surface 6 'first with its leading plasma jet 8 ' and then coats it with its coating plasma jet 5 '. The device leaves after only one working step on the surface 6 'with the surface 6 ' firmly connected layer 11 '. A separate pretreatment is not necessary.

In Fig. 4 ist ein Brennerkopf 2 einer erfindungsgemäßen Vor richtung mit einem Reinigungs-/Aktivierungsdüse 7" und einem Reinigungs-/Aktivierungplasmastrahl 8" dargestellt. Der Reini gungs-/Aktivierungsplasmastrahl 8" unterscheidet sich von den bisher beschriebenen dadurch, daß er schräg und nicht senkrecht auf die Werkstückoberfläche 6 trifft. Besonders vorteilhaft ist die Schrägstellung des Plasmastrahls 8", wenn diese so er folgt, daß der Plasmastrahl 8" in Bewegungsrichtung 9 "stechend" auf der Oberfläche auftritt. "Stechend" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß in Bewegungsrichtung schauend, zwi schen Werkstückoberfläche 6 und Plasmastrahl 8" ein spitzer Winkel α eingeschlossen wird. Durch diese Schrägstellung, durch die der Plasmastrahl 8", wie ein Meißel auf die Oberfläche 6 trifft, können Verunreinigungen besonders effektiv von der Oberfläche gelöst und wegbefördert werden.In Fig. 4, a burner head 2 of a device according to the invention with a cleaning / activation nozzle 7 "and a cleaning / activation plasma jet 8 " is shown. The cleaning / activation plasma jet 8 "differs from those previously described in that it strikes the workpiece surface 6 at an angle and not perpendicularly. The inclination of the plasma jet 8 " is particularly advantageous if it follows that the plasma jet 8 "in Direction of movement 9 "piercing" occurs on the surface. "Piercing" in this context means that looking in the direction of movement between workpiece surface 6 and plasma beam 8 "an acute angle α is included. This inclination, through which the plasma jet 8 ″ strikes the surface 6 like a chisel, allows contaminants to be detached from the surface particularly effectively and transported away.

Claims

1. Device for coating workpiece surfaces with

- a housing ( 1 ),
- a burner head ( 2 , 2 '),
Means ( 3 ) for supplying the device with media necessary for the coating process,
- an ignition unit,
- A nozzle ( 4 , 4 ') for the exit of a plasma jet ( 5 , 5 ') with plasma powder (coating nozzle) and
- One of the coating nozzle leading nozzle ( 7 , 7 ', 7 ") for the exit of a plasma jet without plasma powder (cleaning / activation nozzle).

2. Device according to claim 1, characterized by in each case a separate ignition unit for coating ( 4 , 4 ') and cleaning / activation nozzle ( 7 , 7 ', 7 ").

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by a common ignition unit for coating ( 4 , 4 ') and cleaning / activation nozzle ( 7 , 7 ', 7 ").

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coating nozzle ( 4 , 4 ') and the cleaning / activation nozzle ( 7 , 7 ', 7 ") are each arranged in a separate burner head.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coating nozzle ( 4 , 4 ') and the cleaning / activation nozzle ( 7 , 7 ', 7 ") are arranged in a common burner head ( 2 , 2 ').

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance from the coating ( 4 , 4 ') and cleaning / activation nozzle ( 7 , 7 ', 7 ") is selected so that the cleaning plasma jet ( 8 , 8 ', 8 ") melted workpiece surface ( 12 ) does not solidify before the coating plasma jet ( 5 , 5 ') strikes.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the burner head ( 2 ) rotates.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning / activation nozzle ( 7 ") is oriented so that the plasma jet emerging therefrom ( 8 ") strikes the workpiece surface ( 6 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cleaning / activation plasma jet ( 8 , 8 ', 8 ") acted upon surface ( 12 ) is elliptical.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 13 ) acted upon by the coating plasma jet ( 5 , 5 ') is circular.