DE102007019509B3

DE102007019509B3 - Vorrichtung zum Beschichten der Innenwand eines Hohlkörpers

Info

Publication number: DE102007019509B3
Application number: DE102007019509A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Wagener; Franz Bayer
Original assignee: MOLL GmbH; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: DE102007019509C5

Abstract

Zum Beschichten der Innenwand (1) eines Hohlkörpers (2) mit gegenüberliegenden Öffnungen (8, 9) ist eine Einrichtung (3) zum Lichtbogendrahtspritzen vorgesehen, die einen mit einer Antriebseinrichtung um die Hohlkörperlängsachse (7) in Rotation versetzbaren Spritzkopf mit wenigstens einer auf die Innenwand (1) ausgerichteten Zerstäubergasdüse (17) aufweist, vor der zwei von einer Nachschubeinrichtung ausgehende, mit Strom beaufschlagte Spritzdrähte (10, 11) zur Bildung eines Lichtbogens (14) angeordnet sind. Der eine Spritzdraht (10) ist mit einer ersten Lanze (4) über die eine Öffnung (8) und der andere Spritzdraht (11) mit einer zweiten Lanze (5) über die gegenüberliegende Öffnung (9) in der Hohlkörper (2) einführbar. Der Spritzkopf (6) ist an einer der Lanzen (4, 5) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschichten der Innenwand eines Hohlkörpers mit einer Einrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten der Innenwand der Zylinder eines Kurbelgehäuses nach dem Anspruch 13.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt ( DE 198 41 617 A1 ; DE 102 04 252 A1 ). Dabei wird die gesamte Spritzeinrichtung, einschließlich der Spritzdrahtnachschubeinrichtungen, der Lanze, in der die Spritzdrähte geführt sind, und der Stromkontakteinrichtungen in Rotation versetzt.
Durch die große rotierende Masse wird die Rotationsgeschwindigkeit und damit die Beschichtungsgeschwindigkeit eingeschränkt, sodass die Qualität der Beschichtung beispielsweise durch Oxidationsvorgänge leidet.
Darüber hinaus weisen die bekannten Vorrichtungen einen großen Bauraum auf, sodass beispielsweise die Zylinder eines Kurbelgehäuses nur nacheinander beschichtet werden können. Zudem müssen die Spritzdrahtenden in Richtung der zu beschichtenden Innenwand umgebogen werden, sodass nur dünne, biegsame Spritzdrähte verwendet werden können, wodurch die Beschichtungsgeschwindigkeit weiter herabgesetzt wird und nur Spritzdrähte aus biegsamen Metallen verwendet werden können.
Aus DE 696 19 769 T2 ist eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten der Innenwände mindestens zweier Zylinder eines Kurbelgehäuses mittels jeweils einer Vorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute, kompakte Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Innenwand eines Hohlkörpers durch Lichtbogendrahtspritzen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität beschichtet werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 und Anspruch 13 gekennzeichneten Vorrichtungen erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Beschichten eines Hohlkörpers bestimmt, der gegenüberliegende Öffnungen aufweist, beispielsweise zum Beschichten der Innenwand der Zylinder eines Kurbelgehäuses.
Erfindungsgemäß werden die beiden Spritzdrähte mit jeweils einer Lanze in die eine bzw. andere der gegenüberliegenden Öffnungen des Hohlkörpers eingeführt. Jede Lanze kann dabei eine Vorratsspule, eine Nachschubeinrichtung sowie eine Stromübertragungseinrichtung für den betreffenden Spritzdraht aufweisen.
Der Spritzkopf kann fest, also nicht rotierend ausgebildet sein, während eine oder beide Lanzen rotieren.
Vorzugsweise sind die beiden Lanzen jedoch nicht rotierend ausgebildet und der Spritzkopf ist an wenigstens einer der beiden nicht rotierenden Lanzen zur Rotation um die Hohlkörperlängsachse drehbar gelagert.
Die wenigstens eine auf die zu beschichtende Innenwand ausgerichtete Zerstäubergasdüse des Spritzkopfes befindet sich hinter dem Lichtbogen. Damit zerstäubt der aus der Düse austretende Gasstrom das durch den Lichtbogen geschmolzene Drahtmetall und führt es der zu beschichtenden Innenfläche zu. Das Zerstäubergas kann bevorzugt Druckluft oder ein inertes Gas, wie Stickstoff, sein.
Die beiden Lanzen sind mit ihren Längsachsen vorzugsweise koaxial zur Hohlkörperlängsachse angeordnet, ebenso die gegenüberliegenden Öffnungen des Hohlkörpers.
Zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens bewegen sich die beiden Lanzen vorzugsweise synchron in einer Richtung entlang der Hohlkörperlängsachse.
Zur synchronen Bewegbarkeit der Lanzen in einer Richtung entlang der Hohlkörperlängsachse können die Lanzen mit einer Halterung verbunden sein, wobei die beiden Halterungen mit gleicher Geschwindigkeit in gleicher Richtung an einem Gestell geführt werden.
Zur Zerstäubergaszufuhr zur Zerstäubergasdüse des Spritzkopfes weist der Spritzkopf vorzugsweise eine Drehdurchführung auf, die mit einer Druckgasleitung verbunden ist, die in oder an der Lanze angeordnet ist, an der der Spritzkopf drehbar gelagert ist. Dabei führt ein Zerstäubergaszufuhrkanal durch den Spritzkopf von der Drehdurchführung zur Zerstäubergasdüse.
Die Drehdurchführung kann durch eine zur Rotationsachse des Spritzkopfes koaxiale ringförmige Öffnung gebildet sein.
Die Antriebseinrichtung zur Rotation des Spritzkopfes kann beispielsweise ein Elektromotor oder ein anderer elektrischer Antrieb sein, aber auch beispielsweise ein pneumatischer Antrieb. Vorzugsweise ist jedoch eine Druckgasantriebseinrichtung zur Rotation des Spritzkopfes vorgesehen.
Dabei kann der Spritzkopf mit Turbinenschaufeln versehen sein, um ihn durch das Zerstäuberdruckgas in Rotation zu versetzen. Die Turbinenschaufeln können in der Drehdurchführung des Spritzkopfes vorgesehen sein, durch die das Druckgas der Zerstäubergasdüse zugeführt wird.
Das im Lichtbogen geschmolzene, mit der Zerstäubergasdüse zerstäubte Drahtmetall kann der zu beschichtenden Innenwand im rechten Winkel zugeführt werden. Vorzugsweise wird jedoch das geschmolzene, mit dem Spritzkopf zu Tröpfchen zerstäubte Metall der Innenwand in einem Winkel zugeführt, der kleiner als 90° ist. Dadurch treffen die Metalltröpfchen schräg auf die Innenwand auf, wodurch Tröpfchen, die an der Innenwand nicht hinreichend haften (sogenannter „Overspray"), entfernt werden.
Dazu kann der Spritzkopf eine oder mehrere entsprechend geneigt angeordnete Zerstäuberdüsen aufweisen. Auch ist es möglich, die eine Lanze, die der Lanze gegenüberliegt, an der der Spritzkopf drehbar gelagert ist, mit wenigstens einer weiteren Zerstäuberdüse zu versehen, damit das von der Zerstäuberdüse des Spritzkopfs zerstäubte geschmolzene Metall in einem schrägen Winkel auf die Innenwand auftrifft.
Die gegenüberliegenden Öffnungen des Hohlkörpers können jeweils durch eine Abdeckung verschlossen sein. Die Abdeckung ist dabei so ausgebildet, dass in ihr die jeweilige Lanze verschiebbar entlang der Hohlkörperachse ist und sie zugleich einerseits den Hohlkörper an der Öffnung und zum anderen die Lanze abdichtet.
Damit wird der Hohlkörper abgedichtet, sodass über wenigstens eine Absaugöffnung beispielsweise in einer der Abdeckungen mit einer Absaugeinrichtung der Overspray entfernt werden kann.
Da der Durchmesser der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen im Wesentlichen durch die beiden sich in Hohlkörperlängsrichtung erstreckenden Lanzen begrenzt ist, kann erfindungsgemäß beispielsweise bei einem Kurbelgehäuse die Innenwand der Zylinder gleichzeitig mit mehreren Lichtbogendrahtspritzeinrichtungen beschichtet werden.
Da vorzugsweise lediglich der Spritzkopf in Rotation versetzt wird, ist die Vorrichtung nur mit einem geringen Konstruktionsaufwand verbunden. Auch weist der Spritzkopf nur eine geringe Masse auf, wodurch eine hohe Rotations- und damit Beschichtungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Zudem werden die Enden der beiden Spritzdrähte in der Längsachse des Hohlkörpers und damit in gerader Richtung bewegt, sodass auch steife, nicht biegsame Spritzdrähte verwendet werden können, also beispielsweise dickere Spritzdrähte, um die Beschichtungsgeschwindigkeit zu erhöhen, oder Drähte aus härteren Metallen oder Legierungen, beispielsweise Eisenlegierungen mit einem hohen Chromgehalt, also besserer Qualität.
Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Beschichten der Innenwand eines geschnitten dargestellten Zylinders eines Kurbelgehäuses zeigt.
Danach ist zum Beschichten der Innenwand 1 eines Hohlkörpers, beispielsweise des Zylinders 2 eines Kurbelgehäuses, eine Einrichtung 3 zum Lichtbogendrahtspritzen vorgesehen, die zwei Lanzen 4, 5 und einen Spritzkopf 6 aufweist.
Die beiden Lanzen 4, 5 sind mit ihren Längsachsen koaxial zur Längsachse 7 des Hohlkörpers bzw. Zylinders 2 angeordnet, welcher die beiden gegenüberliegenden, ebenfalls koaxial zur Längsachse 7 angeordneten Öffnungen 8, 9 aufweist. Die obere Lanze 4 ist dabei in die obere Öffnung 8 und die untere Lanze 5 in die untere Öffnung 9 des Hohlkörpers bzw. Zylinders 2 einführbar.
In der Längsachse jeder Lanze 4, 5 ist ein teilweise strichpunktiert dargestellter Spritzdraht 10, 11 geführt. Die beiden Spritzdrähte 10, 11 sind jeweils mit Strom beaufschlagt, sodass zwischen ihren Enden 12, 13 ein Lichtbogen 14 gebildet wird.
Die Lanzen 4, 5 können rohrförmig ausgebildet sein. Jede Lanze 4, 5 weist eine nicht dargestellte Vorratsrolle, eine Nachschubeinrichtung und eine Stromkontakteinrichtung für den in ihr geführten Spritzdraht 10 bzw. 11 auf.
Während die Lanzen 4, 5 stationär, d.h. nicht rotierend ausgebildet sind, ist der Spritzkopf 6 auf der unteren Lanze 5 zur Rotation um die Hohlkörperlängsachse 7 drehbar gelagert.
Der Spritzkopf 6 weist einen auf der Lanze 5 drehbar gelagerten Basisabschnitt 15 und einen sich hinter dem Lichtbogen 14 zur anderen Lanze 4 erstreckenden Vorsprung 16 auf, der mit mehreren Zerstäubergasdüsen 17 versehen ist. Mit dem aus den Düsen 17 austretenden Zerstäubergas, beispielsweise Druckluft, wird das in dem Lichtbogen 14 aus den Spritzdrähten 10, 11 gebildete geschmolzene Metall der Innenwand 1 des Hohlkörpers bzw. Zylinders 2 zugeführt.
Die untere Lanze 5 weist einen Zerstäuberdruckgasanschluss 18 auf, von dem sich in der Lanze 5 eine gestrichelt dargestellte Druckgasleitung 19 zum Spritzkopf 5 erstreckt. Der Spritzkopf 5 weist in seinem Basisabschnitt 15 an der der Lanze 5 zugewandten Unterseite eine zur Rotations- bzw. Längsachse 7 koaxiale, ringförmige Drehdurchführung 20 auf, von der ein gestrichelt dargestellter Zuführkanal 21 zu den Düsen 17 führt.
Der Spritzkopf 6 wird durch eine nicht näher dargestellte Antriebseinrichtung um die Rotations- bzw. Hohlkörperlängsachse 7 in Rotation versetzt, um den gesamten Umfang der Innenwand 1 zu beschichten.
Die Antriebseinrichtung kann einen elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Motor aufweisen. Auch ist es möglich, in der Drehdurchführung 20 Turbinenschaufeln vorzusehen, die von dem Druckgas beispielsweise in der Druckgasleitung 19 beaufschlagt werden.
Die in dem Lichtbogen 14 geschmolzenen Metalltröpfchen treffen auf die Innenwand 1 in einem schrägen Winkel α auf. Dadurch wird der so genannte Overspray von. der Innenwand 1 entfernt. Damit der Gasstrom 23 auf die Innenwand in dem schrägen Winkel α auftrifft, ist die Lanze 4 an ihrem der Lanze 5 zugewandten Ende mit weiteren Zerstäubergasdüsen 24 versehen, die auf den Lichtbogen 14 gerichtet sind.
Die beiden Lanzen 4, 5 werden von der in der Zeichnung dargestellten Ausgangsstellung, in der der Spritzkopf 6 an der einen, oberen Öffnung 8 des Hohlkörpers bzw. Zylinders 2 angeordnet ist, in Richtung des Pfeiles 25 bei rotierendem Spritzkopf 6 zu der anderen, unteren Öffnung 9 bewegt, um die Innenwand 1 vollflächig zu beschichten.
Dazu sind die Lanzen 4, 5 synchron in Richtung des Pfeiles 25 entlang der Hohlkörperlängsachse 7 bewegbar, und zwar mit einer Halterung 26, 27, an der sie befestigt sind. Die Halterungen 26, 27 weisen jeweils einen Schlitten 28, 29 auf, die an dem Gestell 30 parallel zur Hohlkörperlängsachse 7 geführt sind.
Die beiden Zylinderöffnungen sind jeweils durch eine Abdeckung 31, 32 verschlossen, in denen die Lanze 4 bzw. 5 abgedichtet entlang der Hohlkörperachse 7 verschiebbar angeordnet ist. Über Absaugöffnungen 33, 34 an den Abdeckungen 31, 32 kann der beim Spritzen gebildete Overspray abgesaugt werden.

Claims

Vorrichtung zum Beschichten der Innenwand (1) eines Hohlkörpers (2) mit einer Einrichtung (3) zum Lichtbogendrahtspritzen mit einem mit einer Antriebseinrichtung um die Hohlkörperlängsachse (7) in Rotation versetzbaren Spritzkopf (6) mit wenigstens einer auf die Innenwand (1) ausgerichteten Zerstäubergasdüse (17), vor der zwei von einer Nachschubeinrichtung ausgehende, mit Strom beaufschlagte Spritzdrähte (10, 11) zur Bildung eines Lichtbogens (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten eines Hohlkörpers (2) mit gegenüberliegenden Öffnungen (8, 9) der eine Spritzdraht (10, 11) mit einer ersten Lanze (4, 5) über die eine Öffnung (8, 9) und der andere Spritzdraht (11, 10) mit einer zweiten Lanze (5, 4) über die gegenüberliegende Öffnung (9, 8) in den Hohlkörper (2) einführbar ist und der Spritzkopf (6) an wenigstens einer der beiden Lanzen (4, 5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lanze (4, 5) nicht rotieren und der Spritzkopf (6) an der wenigstens einen Lanze (4, 5) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lanzen (4, 5) mit ihren Längsachsen koaxial zur Hohlkörperlängsachse (7) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lanzen (4, 5) synchron entlang der Hohlkörperlängsachse (7) bewegbar geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lanzen (4, 5) jeweils mit einer Halterung (26, 27) verbunden sind, welche zur synchronen Bewegbarkeit der beiden Lanzen (4, 5) entlang der Hohlkörperlängsachse (7) an einem Gestell (30) geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzkopf (6) eine Drehdurchführung (20) aufweist, die mit einer Druckgasleitung (19) verbunden ist, mit der die wenigstens eine Lanze (4, 5) versehen ist, an der der Spritzkopf (6) drehbar gelagert ist, wobei der Spritzkopf (6) einen von der Drehdurchführung (20) zur Zerstäubergasdüse (17) führenden Zerstäubergaszufuhrkanal (21) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung (20) durch wenigstens eine zur Rotationsachse des Spritzkopfes (6) koaxial angeordnete Öffnung gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung zur Rotation des Spritzkopfes (6) durch Druckgas betätigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzkopf (6) zum Antrieb durch Druckgas mit Turbinenschaufeln versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Lanze (4), die der Lanze (5) gegenüberliegt, an der der Spritzkopf (6) angeordnet ist, zur Bildung eines in einem schrägen Winkel (α) auf die Innenwand (1) auftreffenden Zerstäubergasstroms (23) mit wenigstens einer weiteren Zerstäubergasdüse (24) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Öffnungen (8, 9) des Hohlkörpers (2) durch eine Abdeckung (31, 32) verschlossen sind, in denen die Lanze (4, 5) jeweils abgedichtet entlang der Hohlkörperlängsachse (7) verschiebbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Abdeckungen (31, 32) mit einer Absaugöffnung (33, 34) versehen ist.
Vorrichtung zum gleichzeitigen Beschichten der Innenwand der Zylinder eines Kurbelgehäuses, wobei für mindestens zwei Zylinder des Kurbelgehäuses jeweils eine Vorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche vorgesehen ist.