DE102005012360B4

DE102005012360B4 - Lichtbogendrahtbrenner

Info

Publication number: DE102005012360B4
Application number: DE102005012360A
Authority: DE
Inventors: Tilmann Dr. Haug; Sven Schach; Torsten Wittrowski
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: DE102005012360A1; US20060219801A1

Abstract

Lichtbogendrahtbrenner zum Lichtbogenspritzen mit mindestens zwei Brennerrohren (3) zur Zuführung von als Draht (5) ausgebildeten Elektroden, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch die Brennerrohre (3) über eine drehbar gelagerte Führungs- und Gleitelemente (8, 9) aufweisende umlenkende Zuführungseinrichtung (7) geführt werden, wobei die Führungs- und Gleitelemente (8, 9) aufweisende Zuführungseinrichtung (7), mittels welcher der Draht (5) im elastischen oder plastischen Bereich verformt wird, in die Brennerrohre (3) integriert oder in diesen aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Gleitelemente (8, 9) auf der Außenseite der Drahtumlenkung jeweils als Keramikgleitschiene (9) und auf der Innenseite als jeweils mindestens eine Rolle (8) ausgebildet sind, die derartig angeordnet sind, dass sie eine Führungsbahn zur Aufnahme des Drahtes (5) ausbilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogendrahtbrenner zum Lichtbogenspritzen mit mindestens zwei Brennerrohren zur Zuführung von als Draht ausgebildeten Elektroden, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch die Brennerrohre über eine zahlreiche drehbar gelagerte Führungs- und Gleitelemente aufweisende Zuführungseinrichtung geführt werden.
Es ist bereits ein Innenbrenner zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, insbesondere von Zylinderlaufflächen, aus der DE 198 41 617 A1 bekannt. Der Innenbrenner weist zwei Brennerrohre auf, die zur Zuführung von Elektroden aus Draht vorgesehen sind. Die Elektroden werden mittels eines Lichtbogens 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 Hohlraums vorgesehen ist. Die Elektroden oder die Drähte sind durch die Brennerrohre austrittsseitig und im Bereich des Lichtbogens aufeinander zugeführt, wobei der im Berührungsbereich der Drähte angeordnete Lichtbogen der Elektroden-Drähte im Bereich des Gasstroms des ausgetretenen Prozessgases angeordnet ist. Der Gasstrom des ausgetretenen Prozessgases, im Folgenden vereinfacht Hauptgasstromrichtung genannt, ist quer zur Haupttransportrichtung der Drähte, die durch die Brennerrohre festgelegt ist, angeordnet. Schichten, die mit einem derartigen Innenbrenner auf ein insbesondere metallisches Substrat, vorzugsweise eine Zylinderlauffläche, aufgespritzt sind, weisen allgemein eine hohe Porosität auf.
Es ist ein Schweißbrenner mit einer Zuführungsvorrichtung für als Draht ausgebildete Elektroden aus der JP 11-342471 A bekannt, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch das Brennerrohr über drehbar gelagerte Rollen geführt werden, wobei die Zuführeinrichtung außerhalb des Schweißbrenners vorgesehen ist.
Aus der DE 102 43 739 B3 ist ein Lichtbogendrahtbrenner bekannt, der mindestens zwei Brennerrohre aufweist zur Zuführung von als Draht ausgebildeten Elektroden, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch die Brennerrohre über eine zahlreiche drehbar gelagerte Führungs- und Gleitelemente aufweisende, umlenkende Zuführungseinrichtung geführt werden, wobei die Führungs- und Gleitelemente aufweisende Zuführungseinrichtung, mittels welcher der Draht im elastischen oder plastischen Bereich verformt wird, in das jeweilige Brennerrohr integriert oder in diesem aufgenommen ist, wobei die Gleitelemente als Rollen oder als Kugellager aufweisende Rollen ausgebildet sind.
Weiterer relevanter Stand der Technik findet sich in den Druckschriften DE 103 01 813 B3 , EP 0 386 427 A2 , DE 851 708 B und in DD 284 614 A5 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drahtzuführung im Lichtbogendrahtbrenner derart umzugestalten, dass der Draht gut einführbar ist und präzise und möglichst verschleißfrei bis zum Kurzschlusspunkt des Lichtbogendrahtbrenners geführt wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Führungs- und Gleitelemente auf der Außenseite der Drahtumlenkung jeweils als Keramikgleitschiene und auf der Innenseite als jeweils mindestens eine Rolle ausgebildet sind, die derartig angeordnet sind, dass sie eine Führungsbahn zur Aufnahme des Drahtes ausbilden.
Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Draht besser in die Umlenkeinrichtung einführbar als gemäß der Ausgestaltung nach der DE 102 43 739 B3 , bei welcher der Draht auf der Umlenkungsaußenseite leicht in den Zwischenräumen der Rollen verhakt.
Gegenüber einer vollständig auf Rollen verzichtenden Umlenkeinrichtung ist der Verschleiß des Drahtes deutlich reduziert und deshalb können die Wartungsintervalle des Lichtbogendrahtbrenners wesentlich verkürzt werden.
Wesentlich für eine dauerhafte Funktionstüchtigkeit der spröden Keramikgleitschiene ist die Vermeidung von Zug- und/oder Biegebelastungen. Deshalb ist eine dauerhaft exakte Positionierung in ihrer Auflage erforderlich.
Dies kann durch Einpressen der Keramikgleitschiene in die Keramikaufnahme erfolgen. Hierzu ist eine exakte Fertigung beider Teile erforderlich.
Eine Alternative ist durch Fixierung der Keramikgleitschiene in der Keramikaufnahme mittels Fixierschrauben gegeben. Dies erleichtert die Positionierung und den Austausch. Die Schrauben benötigen zusätzlichen Platz.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Keramikgleitschiene in eine Keramikaufnahme eingeklebt, vorzugsweise an ihren Seitenflächen eingeklebt.
Dazu wird die Keramikaufnahme verbreitert ausgestaltet, so dass sich bei Einsatz der Keramikgleitschiene beidseitig ein Spalt ausbildet, der mit Klebstoff gefüllt wird. Dies senkt die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Durch Anschlagflächen kann die Positioniergenauigkeit eingehalten werden. Beim Einbau der Keramikgleitschiene treten keine mechanischen Belastungen auf. Bei Verwendung von lösbarem Kleber, z. B. Schmelzkleber, ist ein Austausch der Keramikgleitschiene möglich.
Anstatt die Keramikgleitschiene seitlich zu kleben, kann sie auch an ihrer Außenfläche eingeklebt werden. Dadurch ist allerdings eine exakte Positionierung relativ zu den mit ihr zusammenwirkenden Rollen aufwendiger.
Um dem Draht einen definierten Umlenkradius aufzuzwingen, ist eine exakte Positionierung der Rollen relativ zu der Keramikgleitschiene erforderlich. Gleichzeitig ist der zur Verfügung stehende Bauraum zur Aufnahme von Rollen, Keramikgleitschiene und deren Aufnahmen sehr begrenzt.
Dieser Problematik wird man am besten gerecht, wenn die Keramikaufnahme und eine Rollenaufnahme für die mindestens eine Rolle einteilig ausgebildet sind. Darüber hinaus entfällt ein evtl. aufwendiges exaktes Positionieren zweier einzelner Aufnahmen.
Weiteren Bauraum kann man einsparen, indem die mindestens eine Rolle nur einseitig gelagert wird. Dem gegenüber ist eine zweiseitig gelagerte Rolle stärker und länger belastbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die mindestens eine Rolle eine konzentrisch zur Achse angeordnete Führungsnut zur Führung des Drahtes aufweist.
Ferner ist es von Vorteil, dass nach der mindestens einen Rolle ein Schleifkontakt vorgesehen ist, der mittels einer Feder gegen die Oberfläche des Drahtes gehalten wird.
Durch die Verwendung eines Schleifkontaktes nach der Umlenkung wird die Stromzufuhr zum Draht auf optimale Weise aufrechterhalten. Erfolgt die Stromzufuhr vor der Umlenkung, so ist die Strecke bis Kontaktpunkt zu lang und der Draht erwärmt sich auf dieser Strecke so stark, dass es durch die thermische Belastung zu Beschädigungen der Führungs- und Gleitelemente kommen kann.
Vorteilhafterweise ist die dem Draht zugewandte Außenfläche des Schleifkontaktes an die Kontur des gekrümmten Drahtes angepasst, um optimalen Kontakt zu gewährleisten. Der Drahteinführbereich des Schleifkontaktes ist etwas erweitert, um das Einführen zu erleichtern.
Der Schleifkontakt kann auf einfache Weise mittels einer Druckfeder geradlinig auf den Draht gedrückt werden. Besser ist es den Schleifkontakt zusätzlich schwenkbar anzuordnen, da dies das Einführen des Drahtes erleichtert.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die umlenkende Zuführungseinrichtung des Drahtes eine Verstellvorrichtung aufweist, mittels derer die Position des Drahtaustritts relativ zu einem Düsenkopf des Lichtbogendrahtbrenners verstellbar ist.
Dies erlaubt es, minimale Positionsabweichungen des Drahtaustritts aufgrund plastischer Verformung des Drahtes zu kompensieren. Diese Kompensation erfolgt zumindest innerhalb der Krümmungsebene des Drahtes, vorzugsweise aber auch senkrecht dazu.
Eine solle Verstellvorrichtung ist am komfortabelsten durch Verstellschrauben ausgestaltet. Einfachere Lösungen stellen Langlöcher für die Halterungen der Rollen- und Keramikaufnahmen dar oder auch Distanzscheiben.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Lichtbogendrahtbrenners;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer umlenkenden Zuführungseinrichtung mit in einer Reihe angeordneten Umlenkrollen und mit diesen zusammenwirkender Keramikgleitschiene;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Umlenkeinrichtung mit einer einzelnen großen Umlenkrolle und mit dieser zusammenwirkender Keramikgleitschiene;
4 eine einstückige Aufnahme für Keramikgleitschiene und Rollen
5 einen Schleifkontakt zur Energieübertragung;
Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgerecht.
In der 1 ist ein Versorgungsrohr 1 für einen Lichtbogendrahtbrenner dargestellt, der insbesondere zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, beispielsweise von Zylinder laufflächen, eingesetzt werden kann. Der Innenbrenner weist hierzu einen Düsenkopf 2 auf, der an Brennerrohre 3 angeschlossen ist. An der Austrittsöffnung des Düsenkopfs 2 befinden sich die beiden Brennerrohre 3 zur Zuführung von Elektroden, die als Drähte 5 ausgebildet sind. Die Drähte 5 sind zur Aufschmelzung in einem Lichtbogen vorgesehen. Die sich aus den geschmolzenen Drähten 5 bildenden Tröpfchen werden von einem Prozessgas in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche des Hohlraums transportiert und zerstäubt.
Damit sich die Lichtbögen zwischen den Enden der Drähte 5 bilden können, sind die beiden Drähte 5 nach den Brennerrohren austrittsseitig aufeinander zugeführt. Die Zuführung der Drähte erfolgt durch eine Zuführeinrichtung bzw. Umlenkeinrichtung 7, die in den beiden Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 schematisch veranschaulicht ist.
Die Zuführungs- bzw. Umlenkeinrichtung 7 besteht aus zwei (in der Zeichnung nicht dargestellten) mit Abstand zueinander angeordneten und parallel verlaufenden Platten, die über (in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte) Verbindungselemente zusammengehalten werden.
Die Umlenkeinrichtung 7 weist vier hintereinander angeordnete Rollen 8 auf, die in den Rollenaufnahmen angeordnet sind. Die einzelnen Umlenkrollen 8 sind mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Kugellager auf Achsen frei drehbar gelagert.
Wie aus 2 hervorgeht, läuft die Reihe der Führungsrollen 8 auf einem Kreisbogen. Die einzelnen Führungsrollen 8 sind mit geringfügigem Abstand zu einer mit ihnen zusammenwirkenden Keramikgleitschiene 9 angeordnet. Der Abstand zwischen dem Außenumfang der Führungsrollen 8 und der Keramikgleitschiene 9 ist gleich oder geringfügig größer als der Außendurchmesser des Drahtes 5. Die einzelnen Führungsrollen 8 und die mit ihnen zusammenwirkende Keramikgleitschiene 9 bilden durch ihren Abstand zueinander eine Führungsbahn, durch die der Draht 5 bewegt wird.
Wie aus 2 bzw. aus 3 hervorgeht, kann dabei der Draht 5 im elastischen oder auch plastischen Bereich verformt werden. Durch die Umlenkung des Drahtes 5 mittels der kontaktführenden Umlenkrollen 8, die, wie bereits erwähnt, in vorteilhafter Weise auf in der Zeichnung nicht dargestellten Kugellagern angeordnet sind, werden die Reibungskräfte auf Grund der plastischen oder elastischen Verformung des Drahtes 5 klein gehalten. Da mehrere verschiedene, auf Kugellagern angeordnete Umlenkrollen 8 hintereinander vorgesehen sind, wird der Draht 5 präzise bis zum Kurzschlusspunkt des Lichtbogendrahtbrenners geführt. Durch den Einsatz von Miniaturkugellagern kann der Bauraum für die gesamte Vorrichtung klein gehalten bzw. wesentlich reduziert werden und außerdem die Lebensdauer der Vorrichtung vergrößert werden. Gleichzeitig werden durch die vorteilhafte Anordnung der Umlenkrollen 8 und deren Ausbildung die Wartungsintervalle des Lichtbogendrahtbrenners vergrößert.
Wie ebenfalls aus 2 ersichtlich ist, sind die Führungs- und Gleitelemente auf der Außenseite der Drahtumlenkung als Keramikgleitschiene 9 und auf der Innenseite als Rollen 8 ausgebildet.
Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Draht 5 besser in die Umlenkeinrichtung 7 einführbar ist als bei einer Ausgestaltung mit Rollen auf beiden Seiten, bei welcher der Draht auf der Umlenkungsaußenseite leicht in den Zwischenräumen der Rollen verhakt.
Die Keramikgleitschiene 9 ist an ihren Seitenflächen in eine Keramikaufnahme 91 eingeklebt, welche circa 2 mm breiter ausgestaltet ist als die Keramikgleitschiene 9. Dadurch kann in den sich auf beiden Seiten der Keramikgleitschiene 9 ausbildenden Spalt Klebstoff zur Befestigung der Keramikgleitschiene 9 in der Keramikaufnahme 91 eingebracht werden.
Die Keramikaufnahme 91 ist so tief ausgebildet, dass nach Einbringung der Keramikgleitschiene 9 eine Führungsnut verbleibt, in welcher der Draht 5 geführt werden kann.
Die Keramikaufnahme 91 ist mit einer Aufnahme für die Rollen 8 einstückig ausgebildet, wie aus 4 ersichtlich ist.
In vorteilhafter Weise können die einzelnen Umlenkrollen 8 ebenfalls mit einer konzentrisch zu ihrer Achse verlaufenden Führungsnut ausgestattet sein, über die der Draht 5 weiterbewegt wird. Beide Führungsnuten (von Rollen und Keramikgleitschiene) bilden eine Drahtführung, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Drahtes 5.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Zuführungseinrichtung bzw. Umlenkeinrichtung 7 dargestellt. Diese besteht ebenfalls aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Platten zur Aufnahme der Achse für eine im Durchmesser wesentlich größere Umlenkrolle 8.
Die Umlenkeinrichtung 7 kann gemäß 5 auch mit einem Schleifkontakt 15 ausgestattet sein, der nach der Umlenkung angeordnet ist. Mittels des Schleifkontaktes 15 wird eine ausreichende Leistungsübertragung bzw. die Stromzufuhr auf den Draht 5 sichergestellt.
Der Schleifkontakt 15 wird von einer Zugfeder 16 auf den Draht 5 gezogen und ist oberhalb der Gleitschiene 9 vor den Rollen 8 schwenkbar um einen Drehpunkt 17 gelagert. Die schwenkbare Lagerung erleichtert das Einführen des Drahtes 5, da der Schleifkontakt 15 durch leichten Druck auf den Draht 5 aus seiner Ruheposition ausschwenkt ohne das Vordringen des Drahtes 5 zu behindern.
Vorteilhafterweise ist die dem Draht 5 zugewandte Außenfläche des Schleifkontaktes 15 an die Kontur des gekrümmten Drahtes 5 angepasst, um optimalen Kontakt zu gewährleisten. Der Drahteinführbereich des Schleifkontaktes 15 ist etwas erweitert, um das Einführen des Drahtes weiter zu erleichtern.

1: Versorgungsrohr für einen Lichtbogendrahtbrenner bzw. Brenner
2: Düsenkopf
3: Brennerrohr
5: Draht, Elektrode
7: Zuführungseinrichtung bzw. Umlenkeinrichtung
8: Führungs- und Gleitelement, Rolle
9: Führungs- und Gleitelement, Keramikgleitschiene
91: Keramikaufnahme
15: Schleifkontakt
16: Feder
17: Drehpunkt des Schleifkontaktes

Claims

Lichtbogendrahtbrenner zum Lichtbogenspritzen mit mindestens zwei Brennerrohren (3) zur Zuführung von als Draht (5) ausgebildeten Elektroden, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch die Brennerrohre (3) über eine drehbar gelagerte Führungs- und Gleitelemente (8, 9) aufweisende umlenkende Zuführungseinrichtung (7) geführt werden, wobei die Führungs- und Gleitelemente (8, 9) aufweisende Zuführungseinrichtung (7), mittels welcher der Draht (5) im elastischen oder plastischen Bereich verformt wird, in die Brennerrohre (3) integriert oder in diesen aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Gleitelemente (8, 9) auf der Außenseite der Drahtumlenkung jeweils als Keramikgleitschiene (9) und auf der Innenseite als jeweils mindestens eine Rolle (8) ausgebildet sind, die derartig angeordnet sind, dass sie eine Führungsbahn zur Aufnahme des Drahtes (5) ausbilden.
Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikgleitschiene (9) in eine Keramikaufnahme (91) eingeklebt, eingepresst oder eingeschraubt ist.
Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikaufnahme (91) und eine Rollenaufnahme für die mindestens eine Rolle (8) einteilig ausgebildet sind.
Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Rolle (8) einseitig gelagert ist.
Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rolle (8) eine konzentrisch zu ihrer Achse angeordnete Führungsnut zur Führung des Drahtes (5) aufweist.
Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der mindestens einen Rolle (8) ein Schleifkontakt (15) vorgesehen ist, der mittels einer Feder (16) gegen die Oberfläche des Drahtes (5) gehalten wird.
Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlenkende Zuführungseinrichtung (7) des Drahtes (5) eine Verstellvorrichtung aufweist, mittels derer die Position des Drahtaustritts relativ zu einem Düsenkopf des Lichtbogendrahtbrenners verstellbar ist.