DE10111565A1 - Innenbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Innenbrenner zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, insbesondere von Zylinderlaufflächen. Der Innenbrenner weist mindestens zwei Brennerrohre zur Zuführung von Elektroden auf. Die Elektroden sind zur Aufschmelzung vorgesehen und als in einem Lichtbogen abbrennbare Drähte ausgebildet. Der Innenbrenner weist ferner eine Gaszuführung für ein Prozessgas auf, welches zum Transport und Zerstäuben des aufgeschmolzenen Drahtmaterials in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Hohlraumes vorgesehen ist. Die Drähte sind durch die Brennerrohre austrittsseitig und im Bereich des Lichtbogens aufeinander zu geführt, wobei der im Berührungsbereich der Drähte angeordnete Lichtbogen der Elektroden-Drähte im Bereich des Gasstromes des ausgetretenen Prozessgases angeordnet ist, und wobei der Gasstrom des ausgetretenen Prozessgases, im folgenden vereinfacht Hauptgasrichtung genannt, quer zur Haupttransportrichtung der Drähte angeordnet ist. Des Weiteren sind die Drähte, außer aufeinander zu, noch zusätzlich quer dazu gebogen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Innenbrenner zum Lichtbogendraht­ spritzen von Hohlräumen insbesondere von Zylinderlaufflächen, wie er bspw. aus der gattungsbildend zugrundegelegten DE 19 84 1 617 A1 als bekannt hervorgeht.

Aus der DE 198 41 617 A1 ist ein Innenbrenner zum Lichtbogen­ drahtspritzen von Hohlräumen insbesondere von Zylinderlaufflä­ chen, bekannt. Der Innenbrenner weist zwei Brennerrohre auf, die zur Zuführung von Elektroden aus Draht vorgesehen sind. Die Elektroden werden in einem Lichtbogen aufgeschmolzen. Ferner weist der Innenbrenner eine Gaszuführung für ein Prozeßgas auf, welches zum Transport und Zerstäuben des aufgeschmolzenen Drahtmaterials in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Hohlraumes vorgesehen ist. Die (Elektroden-) Drähte sind durch die Brennerrohre austrittsseitig und im Bereich des Lichtbogens aufeinander zu geführt, wobei der im Berührungsbereich der Drähte angeordnete Lichtbogen der Elektroden-Drähte im Bereich des Gasstromes des ausgetretenen Prozessgases angeordnet ist. Der Gasstrom des ausgetretenen Prozeßgases, im folgenden ver­ einfachen Hauptgasstromrichtung genannt, ist quer zur Haupt­ transportrichtung der Drähte, die durch die Brennerrohre fest­ gelegt ist, angeordnet. Schichten, die mit einem derartigen In­ nenbrenner auf ein insbesondere metallisches Substrat, vorzugs­ weise eine Zylinderlauffläche, aufgespritzt sind, weisen i. a. eine hohe Porosität und/oder Poren mit einem nicht akzeptablen großen mittleren Porendurchmesser auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, den vorbekannten Innenbrenner da­ hingehend weiter zu entwickeln, daß mit ihm gespritzte Schichten möglich sind, die eine geringere Porosität und/oder Poren mit einem kleineren mittleren Porendurchmesser aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Innenbrenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die er­ findungsgemäße wenigstens zweifache Biegung des Drahtes weist der Berührungspunkt der beiden Drähte und damit der Lichtbogen selbst bei Strom- und/oder Spannungsschwankungen eine hohe Ort­ stabilität auf. Vermutlich ist es auf diese Ortsstabilität zu­ rückzuführen, daß die mit dem erfindungsgemäßen Innenbrennner gespritzten Schichten eine vernachlässigbare Porosität haben Ferner ist bei diesen Schichten auch der mittlere Porendurch­ messer geringer als beim Stand der Technik.

Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren An­ sprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Dabei zeigt

Fig. 1: eine perspektivische Aufsicht auf eine Innenbrenner mit entfernter Düse und

Fig. 2: den Brenner nach Fig. 1 mit geschlossener Düse.

In Fig. 1 ist der vordere Bereich eines Innenbrenners darge­ stellt, wie er insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, wie vorzugsweise Zylinderlaufflächen von gegossenen Motorblöcken von Brennkraftmaschinen, eingesetzt wird. Der In­ nenbrenner weist zwei Brennerrohre 3 zur Zuführung von Elektro­ den auf. Die Brennerrohre 3 sind innerhalb von Versorgungsroh­ ren 1 angeordnet, durch welche die Haupttransportrichtung der drahtartigen Elektroden festgelegt ist.

Bei den Elektroden handelt es sich um Drähte, die zur Auf­ schmelzung in einem Lichtbogen vorgesehen sind. Die sich aus den geschmolzenen Drähten bildenden Tröpfchen werden von einem Prozessgas, dessen Gaszuführung insbesondere auch in den Versorgungsrohren 1 angeordnet ist, in Richtung der zu beschich­ tenden Oberfläche des Hohlraumes transportiert und vorzugsweise auch zerstäubt.

Der Gasstrom des aus dem Düsenkopf 2 austretenden und die Tröpfchen transportierenden Prozessgases, im folgenden verein­ fachen Hauptgasrichtung genannt, ist quer zur Haupttransport­ richtung der Drähte angeordnet.

Damit sich der Lichtbogen zwischen den Enden der Drähte bildet, sind die beiden Drähte nach den Brennerrohren 3 austrittsseitig aufeinander zu geführt. Die Zuführung erfolgt durch eine Bie­ gung der Drähte um eine erste, quer zur Haupttransportrichtung der Drähte stehende Achse.

Des weiteren berühren sich die Drähte im Bereich des Gasstromes des aus dem Düsenkopf 2 austretenden Prozeßgases, wodurch sich auch der Lichtbogen der Elektroden-Drähte in diesem Bereich be­ findet.

Die Drähte sind im Bereich der Düsenkopfes 2 außer aufeinander zu noch zusätzlich um eine zweite Achse gebogen, die sowohl zu der ersten Achse als auch zu der Haupttransportrichtung der Drähte quer angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist der Licht­ bogen weitgehend ortsstabil zum Innenbrenner, weshalb vermut­ lich die Qualität der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht sehr gut ist.

Insgesamt sind die Drähte also außer aufeinander zu noch zu­ sätzlich in Richtung der Hauptgasrichtung gebogen. Der spitze Winkel zwischen der Hauptgasrichtung und der brennpunktnahen Drahttransportrichtung beträgt lichtbogennah sinnvollerweise zwischen 0° bis 30°, vorzugsweise zwischen 20° und 1° und be­ sonders bevorzugt zwischen 10° und 1°.

Damit der im Einsatz notwendige ständige Transport der Drähte mit möglichst geringer Kraft vorgenommen werden kann, erfolgt zumindest die zusätzliche Biegung der Drähte mit einer weichen Krümmung in Richtung der Hauptgasrichtung des ausgetretenen Prozeßgases.

Der Innenbrenner ist als geschlossener Brenner ausgebildet und weist eine Düse 4 auf. Der Lichtbogen (Brennpunkt) ist im Be­ reich der Öffnung der Düse, vorzugsweise strömungsseitig vor dem Austritt des Gasstroms aus der Düse 4, angeordnet.

In günstiger Weise wird der Tröpfchenstrom durch die Düse 4 in der Weise geformt, daß der durch die Öffnung aus der Düse 4 austretende Gas-/Materialstrom einen Aufweitwinkel zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 30° aufweist.

Zur Formung des Gas-/Materialstromes sind in der Düse 4 neben der Hauptöffnung noch mehrere Nebenöffnungen angeordnet, die insbesondere in Form von vorzugsweise konischen Bohrungen und/oder als Ringspalte ausgebildet sind. Die Nebenöffnungen sind insbesondere konzentrisch um die Hauptöffnung angeordnet, wobei und daß die lichte Weite der Nebenöffnungen geringer als die der Hauptöffnung ist.

Die (Form-) Gasversorgung der Nebenöffnungen kann dadurch er­ folgen, daß aus dem Gasstrom der Hauptöffnung ein Teilgasstrom abgezweigt wird. Ein größere Variabilität kann dadurch erreicht werden, daß die Nebenöffnungen mit einem anderen Druck Gas als die Hauptöffnung versorgt werden.

Dies kann außer einer Drucksteuerung des abgezweigten Teilgas­ stromes noch dadurch erreicht werden, daß die Gasversorgung der Nebenöffnungen getrennt von der Gasversorgung der Hauptöffnung vorgenommen wird.

Zu den oben genannten Maßnahmen kann es ferner von Vorteil sein, wenn noch ein Brenn- und/oder Inertgas in Richtung des Brennpunktes eingeblasen wird, womit bspw. eine Erhöhung der Temperatur des Plasmas und/oder eine Abschirmung der aufgeschmolzenen Materialien verbunden wäre. Sinnvollerweise werden diese Gase strömungsähnlich oder strömungsgleich zur Haupt­ stromrichtung eingeblasen.

Des weiteren können auch noch weitere Materialien wie Trocken­ schmiermittel, Hartstoffe usw., vorzugsweise in Pulverform, in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eingebracht werden. Hierbei ist es zumeist sinnvoll, diese Materialien ebenfalls durch den Brennpunkt zu leiten. Die Zuführung erfolgt in die­ sem Fall vorteilhafter Weise durch einen Transportkanal, dessen Öffnung brennpunktnah im Bereich der Hauptdüsenöffnung angeord­ net ist.

Claims (10)

1. Innenbrenner zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, insbesondere von Zylinderlaufflächen, mit mindestens zwei Bren­ nerrohren zur Zuführung von Elektroden, welche Elektroden zur Aufschmelzung vorgesehen und als in einem Lichtbogen abbrennba­ re Drähte ausgebildet sind,
ferner mit einer Gaszuführung für ein Prozessgas, welches zum Transport und Zerstäuben des aufgeschmolzenen Drahtmaterials in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Hohlraumes vorge­ sehen ist,
wobei die Drähte durch die Brennerrohre austrittsseitig und im Bereich des Lichtbogens aufeinander zu geführt sind, wobei der im Berührungsbereich der Drähte angeordnete Lichtbo­ gen der Elektroden-Drähte im Bereich des Gasstromes des ausge­ tretenen Prozessgases angeordnet ist, und
wobei der Gasstrom des ausgetretenen Prozessgases, im folgenden vereinfachen Hauptgasrichtung genannt, quer zur Haupttransport­ richtung der Drähte angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drähte außer aufeinander zu zusätzlich noch quer dazu gebogen sind.

2. Innenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte lichtbogennah mit der Hauptgasrichtung einen spitzen Winkel einschließen.

3. Innenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Biegung eine weicher Krümmung in Richtung der Hauptgasrichtung des ausgetretenen Prozessgases aufweist.

4. Innenbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel zwischen der Hauptgasstromrichtung und brennpunktnaher Drahttransportrichtung zwischen 0° bis 30°, vorzugsweise zwischen 20° und 1° und besonders bevorzugt zwi­ schen 10° und 1° beträgt.

5. Innenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbrenner ein geschlossener Brenner ist, daß der In­ nenbrenner eine Düse (4) aufweist und daß der Lichtbogen (Brennpunkt) im Bereich der Öffnung der Düse (4), vorzugsweise strömungsseitig vor dem Austritt des Gasstroms aus der Düse (4), angeordnet ist.

6. Innenbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Öffnung aus der Düse (4) austretende Gas- /Materialstrom einen Aufweitwinkel zwischen 10° und 45°, vor­ zugsweise zwischen 15° und 30° aufweist.

7. Innenbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) eine Hauptöffnung und mehrere, insbesondere konzentrisch um die Hauptöffnung angeordnete Nebenöffnungen aufweist und daß die lichte Weite der Nebenöffnungen geringer als die der Hauptöffnung ist.

8. Innenbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom der Nebenöffnungen aus dem Gasstrom der Haupt­ öffnung abgezweigt ist.

9. Innenbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasversorgung der Nebenöffnungen getrennt von der Gas­ versorgung der Hauptöffnung ist.

10. Innenbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenöffnungen mit einem anderen Druck und/oder anderem Gas als die Hauptöffnung versorgt sind.