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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 µm 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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Aus derEP 0 336 630 A1 ist eine Sprühvorrichtung bekannt, mit der auf eine innere; unregelmäßige Oberfläche eines rohrförmigen Gegenstands Plasma auftragbar ist.
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Die
DE 31 25 237 C2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgabe eines elastischen Sicherungsharzes an Innengewindeartikel.
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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. Bei der „Rotation“ des Hohlkörpers um den Sprühkopf führt der Hohlkörper eine Kreisbewegung um eine beliebige Raumachse, beispielsweise eine Körperachse des Sprühkopfs aus, 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.
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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 Bohrungsdurchmessern 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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Alternativ kann 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 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 dezentrale 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).
