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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenbeschichten eines Hohlkörpers.
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Zur
Erzeugung von Oberflächen
hoher Güte an
Bauteilen werden diese vielfach beschichtet. Hierbei wird ein Werkstoff
in einer regelmäßig nur
wenige um betragenden Schicht auf ein Trägerbauteil aufgetragen, um
beispielsweise dessen Verschleißfestigkeit
zu erhöhen
oder der Bauteiloberfläche
bestimmte Eigenschaften (z.B. elektrische Leitfähigkeit) zu verleihen.
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Verschiedene
Beschichtungsverfahren sind bekannt, wobei insbesondere thermische
Beschichtungsverfahren, bei denen der Beschichtungswerkstoff aufgeschmolzen
und anschließend – regelmäßig mittels
eines Druckluft- oder sonstiges Gasstroms – zerstäubt und auf die zu beschichtende
Oberfläche transportiert
wird, zum Einsatz kommen. Bekannte thermische Beschichtungsverfahren
sind das Plasma-Beschichten, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und
das Lichtbogendrahtspritzen.
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Aus
DE 198 41 617 A1 ist
eine Draht-Lichtbogenspritzanlage zur Beschichtung von Innenflächen bekannt.
Die darin offenbarte Lichtbogenspritzanlage weist einen rotierend
angetriebenen Brennerschaft in Form einer Hohlwelle auf, die in
den zu beschichtenden Hohlraum eingeführt wird. An dem unteren Ende
des Brennerschafts ist eine radial ausgerichtete Düse vorgesehen, durch
die die Tropfen des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs mittels Drucklufts,
die durch das hohle Innere des Brennerschafts zugeführt wird,
ausgetragen wird.
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Oberhalb
des Brennerschafts ist eine Nachschubeinrichtung mit zwei Drahtrollen
an diesem befestigt. Ausgehend von den Drahtrollen werden die zwei
Drähte
parallel zur Längsachse
des Brennerschafts bis zu dessen Spitze geführt. Dort wird mittels einer
elektrischen Hochspannung ein Lichtbogen zwischen den zwei Drahtenden
erzeugt, der das Drahtmaterial aufschmilzt. Die Tropfen des aufgeschmolzenen
Drahtes werden dann von der Druckluftströmung erfasst und durch die
Düse ausgetragen.
Die Nachschubeinrichtung sorgt für
eine kontinuierliche Versorgung des Brenners mit Beschichtungsmaterial.
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Nachteilig
an der Vorrichtung in der
DE
198 41 617 A1 ist der hohe konstruktive Aufwand, der damit
verbunden ist, dass die gesamte Einheit aus Brennerschaft und Nachschubeinrichtung
rotierend angetrieben werden muss. Ein weiterer Nachteil bei dieser
aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum Innenbeschichten
eines Hohlkörpers ist,
dass die Lanze exakt zentral innerhalb des Hohlkörpers positioniert sein muss,
um während
der Relativrotation zwischen dem Hohlkörper und der Lanze bzw. dem
Sprühkopf
einen konstanten Abstand zwischen der Düse des Sprühkopfs und der zu beschichtenden
Oberfläche
zu gewährleisten.
Da dieser Abstand jedoch einer der wichtigsten Parameter beim Beschichten
ist, ist es erforderlich, bei der aus dem Stand der Technik bekannten
Beschichtungsvorrichtung die Konstruktion der Lanze bzw. des Sprühkopfs auf
die Abmaße
des zu beschichtenden Hohlkörpers abzustimmen.
Folglich erfordert beispielsweise der Wechsel eines Bohrungsdurchmessers
eines zu beschichtenden Zylinders entweder das Beschichten mit einem
geänderten
Abstand oder den Wechsel des Sprühkopfs
mit ebenfalls angepassten Dimensionen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zum Innenbeschichten eines Hohlkörpers bereitzustellen,
die zumindest einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil
verringert. Insbesondere soll eine solche Vorrichtung angegeben
werden, die problemlos auf verschiedene Dimensionen des zu beschichtenden
Hohlkörpers
angepasst werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Innenbeschichten eines Hohlkörpers
durch Aufspritzen eines Werkstoffs weist einen Sprühkopf mit
mindestens einer einseitig angeordneten Düse sowie eine Positioniervorrichtung
für den
zu beschichtenden Hohlkörper
auf, mittels der der Hohlkörper
in Bezug zu dem Sprühkopf
positioniert werden kann. Weiterhin ist mindestens ein Rotationsantrieb
vorgesehen, der den Sprühkopf
(um eine eigene Achse) rotierend antreibt und/oder den Hohlkörper für eine Rotation um
den Sprühkopf
rotierend antreibt. Die „Rotation" des Hohlkörpers um
den Sprühkopf
kann erfindungsgemäß verschiedenartig
sein. So kann der Hohlkörper
um eine eigene Körperachse
rotierend angetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlkörper eine
Kreisbewegung um eine beliebige Raumachse, beispielsweise eine Körperachse
des Sprühkopfs
ausführen,
ohne dabei um eine eigene Körperachse
zu rotieren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühkopf dezentral
innerhalb des Hohlkörpers
positionierbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit
den Einsatz eines Sprühkopfs
für eine
Vielzahl von Hohlkörpern
mit unterschiedlichen Dimensionen, ohne dass unterschiedliche Abstände zwischen
der Düse
des Sprühkopfs
und der zu beschichtenden Oberfläche
in Kauf genommen werden müssen.
Sollen beispielsweise Zylinder mit unterschiedlichen Bohrungs durchmessern
innenbeschichtet werden, so kann der Sprühkopf bei einem Zylinder mit
einem bestimmten Bohrungsdurchmesser exakt zentral, d.h. exakt auf
der Längsachse
des Zylinders, positioniert werden, wenn dadurch der sich einstellende
Abstand zwischen der seitlich an dem Sprühkopf angeordneten Düse und der
zu beschichtenden Oberfläche
optimal ist. Soll nun mit dem gleichen Sprühkopf ein Zylinder mit geringerem
Bohrungsdurchmesser beschichtet werden, so würde eine exakt zentrale Positionierung
des Sprühkopfs
zu einem verringerten Abstand zwischen der Düse und der zu beschichtenden
Oberfläche
führen,
die gegebenenfalls prozesstechnisch nicht optimal ist. In diesem
Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen,
den Sprühkopf
dezentral, d.h. versetzt von der Längsachse des Zylinders so anzuordnen,
dass der Abstand zwischen der Düse und
der zu beschichtenden Oberfläche
wiederum optimal eingestellt ist. Eine Rotation des Sprühkopfs um die
jeweils eigene (Längs-)Achse
würde in
diesem Fall jedoch zu einer sich alternierend ändernden Distanz zwischen der
Düse und
der zu beschichtenden Oberfläche
führen,
die aus prozesstechnischen Gründen
nicht gewollt ist.
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Erfindungsgemäß kann daher
vorgesehen sein, den Sprühkopf
stillstehend, d.h. nicht um eine eigene Achse rotierend anzuordnen
und den Hohlkörper
mittels des Rotationsantriebs um eine eigene Körperachse rotierend anzutreiben.
Dadurch kann der Abstand zwischen der Düse des Sprühkopfs und dem der Düse zugewandten
Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche, der sich aufgrund der
Rotationsbewegung des Hohlkörpers
kontinuierlich ändert,
konstant gehalten werden.
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Alternativ
kann – wie
es aus dem Stand der Technik bekannt ist – auch der Sprühkopf rotierend angetrieben
sein. Um dennoch einen konstanten Abstand zwischen der Düse und dem
jeweils der Düse gegenüberliegenden
Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass der Hohlkörper
sich auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse des Sprühkopfs bewegt.
Vorzugsweise ist in diesem Fall die Drehzahl des Sprühkopfs gleich
der Drehzahl des Hohlkörpers
(d.h. der Anzahl der Kreisbewegungen pro Zeiteinheit) des Hohlkörpers.
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Eine
weitere Alternative kann vorsehen, den Sprühkopf um eine eigene Körperachse
rotierend anzutreiben und diesen zusätzlich auf einer Kreisbahn um
eine Körperachse
des Hohlkörpers,
beispielsweise die Längsachse
bei einem rotationssymmetrischen Hohlkörper (z.B. einen Zylinder)
bewegend anzutreiben. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht es,
bei einem dezentral innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Sprühkopfs einen
konstanten Abstand zwischen einer seitlich angeordneten Düse des Sprühkopfs und
dem jeweils der Düse
gegenüberliegenden
Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche einzustellen.
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Erfindungsgemäß ist mindestens
ein Rotationsantrieb für
den Sprühkopf
und/oder den Hohlkörper
vorgesehen. Es kann vorgesehen sein, mittels nur eines Rotationsantriebs über ein
oder mehrere Getriebe sämtliche
Rotations- und Kreisbahnbewegungen
zu erzeugen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, den Rotationsantrieb
nur für
die Rotationsbewegungen (um eigene Körperachsen) des Sprühkopfes
und/oder des Hohlkörpers
vorzusehen. In diesem Fall kann die Kreisbahnbewegung des Sprühkopfs und/oder
des Hohlkörpers über einen
zweiachsigen Linearantrieb, beispielsweise über zwei in einem Winkel von
90° zueinander
angeordnete Hydraulik- oder Pneumatikzylinder durchgeführt werden.
Der zweiachsige Linearantrieb kann gleichzeitig zur Einstellung
der Positionierung des Sprühkopfs
innerhalb des Hohlkörpers
verwendet werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin
einen einachsigen Linearantrieb auf, mittels dessen die Eintauchtiefe
des Sprühkopfs
in dem Hohlkörper
eingestellt werden kann. Dieser ermöglicht beispielsweise rotationssymmetrische
Hohlkörper,
die eine große
Längserstreckung
aufweisen, spiralförmig
zu beschichten.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen die 1–3 – in einer
schematischen Ansicht – eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Beschichten eines Hohlkörpers
in drei unterschiedlichen Stellungen.
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1 zeigt
in einer Draufsicht einen zylindrischen Hohlkörper 1, in dem zentral
ein Sprühkopf 2 positioniert
ist. An einer Seite des Sprühkopfes
ist eine Düse 3 angeordnet,
mittels derer ein definierter, kegelförmiger Sprühstrahl aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff
erzeugt wird.
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Der
Abstand zwischen der Düse 3 und
dem gegenüberliegenden
Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche ergibt sich bei dieser
Positionierung des Sprühkopfs 2 als
halber Bohrungsdurchmesser abzüglich
des Abstandes zwischen der Rotationsachse des Sprühkopfs 2 und
dem Düsenaustritt.
Da dieser Abstand für
den vorgesehenen Beschichtungsprozess als optimal angesehen wird,
wird lediglich der Sprühkopf 2 rotatorisch
angetrieben, während
der Hohlkörper 1 stillstehend
positioniert ist. Gleichzeitig wird der Sprühkopf innerhalb des zylindrischen
Hohlkörpers 1 entlang
dessen Längsachse
linear bewegt, so dass sich insgesamt ein spiralförmiger Beschichtungsablauf
ergibt.
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Entspricht
der in 1 dargestellte Abstand zwischen der Düse 3 und
der zu beschichtenden Oberfläche
jedoch nicht dem für
den vorgesehenen Beschichtungsprozess angestrebten Optimum, so ist erfindungsgemäß vorgesehen,
den Hohlkörper 1 mittels
eines zweiachsigen Linearantriebs (nicht dargestellt) in einer Ebene,
die senkrecht zu der Rotationsachse des Sprühkopfs 2 liegt, zu
verschieben. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der Düse 3 des
Sprühkopfs 2 und
der zu beschichtenden Oberfläche
im Rahmen der durch die Innenabmessungen des zylindrischen Hohlkörpers 1 vorgegebenen Grenzen
stufenlos eingestellt werden, wodurch sich eine de zentrale Lage
des Sprühkopfs
innerhalb des zylindrischen Hohlkörpers 1 ergibt.
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In
dieser dezentralen Position würde
eine Rotationsbewegung des Sprühkopfs 2 in
Verbindung mit einem stillstehenden Hohlkörper 1 zu einem diskontinuierlichen
Verlauf des Abstandes zwischen der Düse 3 des Sprühkopfs 2 und
dem jeweils gegenüberliegenden
Abschnitt der zu beschichtenden Oberfläche führen. Um einen solchen diskontinuierlichen Verlauf
des Abstands zu vermeiden und vielmehr einen konstanten Abstand
während
des Beschichtungsprozesses sicherzustellen, ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen,
den Hohlkörper 1 mittels des
zweiachsigen Linearantriebs auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse
des Sprühkopfs 2 zu
bewegen. Betrag und Richtung der Winkelgeschwindigkeit der Rotationsbewegungen
des Sprühkopfs
sowie der Kreisbahnbewegung des Hohlzylinders sind hierbei vorteilhafterweise
identisch.
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Da
sich der zylindrische Hohlkörper
während der
Kreisbahnbewegung nicht um seine eigene Längsachse dreht, kann eine kontinuierliche
Beschichtung der vollständigen
Innenfläche
des Hohlkörpers
erreicht werden (vgl. Referenzpunkt 4 am Hohlkörper).