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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zumindest zur Reduzierung eines
Beschichtungsauftrages an unerwünschten
Stellen beim Lichtbogendrahtspritzen mit einem Innenbrenner gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Das
Lichtbogendrahtspritzen wird beispielsweise zur Beschichtung von
Laufflächen
bei Zylindern angewendet, um eine Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand
zu reduzieren. Um die Zylinderwand von innen beschichten zu können, werden
Innenbrenner eingesetzt, die mittels geregelter Drahtvorschubgeschwindigkeit
aufeinander zu bewegbare Spritzdrähte aufweisen. Die beiden Spritzdrähte sind mit
elektrischem Strom beaufschlagt, wodurch es ab einem gewissen Abstand
der beiden Spritzdrähte
zueinander aufgrund der anliegenden Spannung zur Ausbildung eines
Lichtbogens zwischen den freien Enden der Spritzdrähte kommt.
In diesem Lichtbogen findet eine intensive Erhitzung statt, wodurch
der Beschichtungswerkstoff der Spritzdrähte aufschmilzt. Zugleich wird
der aufgeschmolzene Beschichtungswerkstoff über eine in den Brenner integrierte
Düse mit
einem Gasstrom beaufschlagt, so dass das entstandene Schmelzgut
zerstäubt
und die einzelnen Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert
werden. Um dabei eine Beschichtung von unerwünschten Stellen zumindest zu
reduzieren, ist es bekannt, sogenannte Spritzmasken zu verwenden.
Die Aufbereitung derartiger Spritzmasken, das heißt das Entfernen des
Spritzgutes ist dabei jedoch relativ aufwendig und teuer. Gänzlich nicht
vermeidbar ist mit derartigen Spritzmasken ein sogenannter „Oversprayeffekt”, bei welchem
randseitig eines Spritzkegels mittransportierte Beschichtungspartikel mit
unzureichender Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Oberfläche treffen
und dadurch nur ungenügend
an dieser anhaften.
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Aus
der
DE 696 19 769
T2 ist ein aufblasbares Maskenelement bekannt, welches
in aufgeblasenem Zustand eine nahezu ringförmige Gestalt annimmt und sich
am axialen Ende einer Zylinderbohrung an die Bohrungswand derselben
anlegt. Hierdurch sollen insbesondere die Enden der Zylinderbohrungen
vor einem ungewollten Beschichtungsauftrag beim thermischen Innen-Metallspritzen
geschützt
beziehungsweise abgeschirmt werden.
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Aus
der
DE 93 20 033 U1 ist
eine Flammenablenkvorrichtung für
einen Flammspritzbrenner bekannt. Diese zeichnet dabei für das Abtrennen
der umhüllenden
Flamme vom hochbeschleunigten Spritzstrahl eines Brenners zum thermischen
Spritzen von pulver-, stab- oder drahtförmigen Spritzzusatzwerkstoffen
verantwortlich. Hierbei wird ein sogenanntes „Shroud-Gas” verwendet,
welches an den Stellen, an denen es auf den hochbeschleunigten Spritzstrahl
trifft, den schmelzplastischen oder schmelzflüssigen Spritzzusatzwerkstoff
umhüllt
und umlenkt, so dass der Overspray schon vor Erreichen eines Hitzeschutzschildes
abgelenkt wird und dieses nicht mehr ungewollt beschichten kann.
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Schließlich ist
aus der
DE 199 10
665 A1 eine Hilfsvorrichtung zum thermischen Beschichten von
Flächen
eines Innenraumes bekannt, wobei der Innenraum, beispielsweise eine
Zylinderbohrung, über
wenigstens eine Öffnung
für wenigstens ein
Vorbehandlungswerkzeug und wenigstens ein Beschichtungswerkzeug
zugänglich
ist. Um ein unbeabsichtigtes Beschichten vermeiden zu können, ist
zwischen einem Zylinderkurbelgehäuse
und dem wenigstens einen Vorbehandlungswerkzeug eine Abdeckschablone
vorgesehen, die zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die
die Vorbehandlung beziehungsweise Beschichtung der Innenflächen erfolgt. Die
Abdeckschablone muss dabei jedoch ebenfalls turnusmäßig aufbereitet
beziehungsweise ausgetauscht werden.
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Weitere
Abdeckschablonen sind aus der
DE 199 34 991 A1 und aus der
US 2003/0154919 A1 bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche
einerseits wartungsarm betrieben werden kann und andererseits einen
sogenannten „Overspray-Effekt” zumindest
reduziert.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Vorrichtung
zumindest zur Reduzierung eines Beschichtungsauftrages an unerwünschten
Stellen beim Lichtbogendrahtspritzen mit einem Innenbrenner strömungsbeaufschlagt
auszuführen, das
heißt
insbesondere eine Anprallfläche
für die vom
Innenbrenner ausgesandten Beschichtungspartikel mit einem parallel
zur Anprallfläche
strömenden Luftstrom
zu beaufschlagen, so dass insbesondere während eines Startvorgangs des
Innenbrenners, die Beschichtungspartikel die Anprallfläche überhaupt nicht
erreichen, sondern bereits vorher von dem Luftstrom abgelenkt und
abtransportiert werden. Die Vorrichtung ist dabei auf eine zu beschichtende
Zylinderbohrung eines Motorblockes aufsetzbar und weist einen im
wesentlichen zylindrischen Hohlraum auf, innerhalb welchem der Innenbrenner
angeordnet ist. Zur Erzeugung der Strömung in dem zylindrischen Hohlraum,
weist die Vorrichtung mit Gasdruck, insbesondere mit Luftdruck,
beaufschlagbare Strömungsdüsen auf,
die so positioniert beziehungsweise ausgerichtet sind, dass sie
zumindest eine zur Achse des zylindrischen Hohlraumes parallele
Gas-/Luftströmung
erzeugen, welche beim Betrieb des Innenbrenners und insbesondere
während
dessen Startphase von diesem in radialer Richtung ausgestoßene Beschichtungspartikel
in Achsrichtung des zylindrischen Hohlraumes umlenken und abtransportieren. Insbesondere
beim Startvorgang des Innenbrenners, kommt es bis zu einem stabil
ausgebildeten Spritzstrahl zu einem schwer kontrollierbaren Spritzen
des Innenbrenners. Mit der auf die Zylinderbohrung aufsetzbaren
Vorrichtung, kann der Innenbrenner in der Vorrichtung so lange betrieben
werden, bis er einen stabilen Spritzstrahl erzeugt, wobei die bis
dato vom Innenbrenner ausgesandten Beschichtungspartikel von der
Vorrichtung abgeführt
werden. Beim anschließenden
Beschichten der Zylinderbohrung, bei welchem der Innenbrenner in
die zu beschichtende Zylinderbohrung abgesenkt wird, erzeugt die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ebenfalls eine zur Achse der Zylinderbohrung parallele Gasströmung, welche insbesondere
den „Overspray-Anteil” des Beschichtungswerkstoffes
gar nicht erst auf die Zylinderwandung gelangen lässt, sondern
bereits vorab nach außen
abführt.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist somit eine problemlose Inbetriebnahme des Innenbrenners möglich, ohne
dass in dieser Startphase ungewollte Beschichtungen an unerwünschten
Stellen erfolgen. Darüber
hinaus sorgt die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch während
des Beschichtungsvorganges durch eine kontinuierliche und parallel
zur Zylinderachse ausgerichtete Gasströmung zu einem Abführen von
oben genannten „Overspray-Beschichtungspartikeln”, wodurch
insgesamt eine besonders hohe Beschichtungsqualität erzielbar ist.
Da in der Vorrichtung selbst auch während der Inbetriebnahme des
Innenbrenners vorzugsweise kein Beschichtungswerkstoff auf eine
Innenwandung des zylindrischen Hohlraumes trifft, muss diese nicht
wie bisher üblich,
turnusgemäß von diesem
Beschichtungswerkstoff wieder aufwendig gereinigt werden und ermöglicht dadurch
einen besonders wartungsarmen Betrieb.
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Der
zylindrische Hohlraum der Vorrichtung weist eine radiale Stufe auf,
wobei die Strömungsdüsen im Bereich
einer orthogonal zur Wand des Hohlraums ausgerichtete, ringförmigen Stufenfläche angeordnet
sind und dadurch eine zur Wand des Zylinderhohlraumes, das heißt zur Hohlraummantelfläche, parallele
Gasströmung
erzeugen. Eine derartige Radialstufe bietet eine besonders einfache
Möglichkeit
der Anordnung der Strömungsdüsen, wobei
diese beispielsweise in Umfangsrichtung gleich verteilt auf der
Stufenfläche
angeordnet werden können.
Zugleich ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der Strömungsdüsen an der
Stufenfläche
die Erzeugung einer parallel zur Zylinderachse des zylindrischen
Hohlraumes strömenden
Gasströmung
möglich,
welche insbesondere im Bereich der Hohlraummantelfläche ein
Luftkissen erzeugt, welches für
das Umlenken und mit Mitreißen
der in radialer Richtung vom Innenbrenner ausgesandten Beschichtungspartikel
verantwortlich ist.
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Zusätzlich weist
die Vorrichtung an einem stirnseitigen Rand des zylindrischen Hohlraums
eine radial nach innen abstehende, gebogene Rinne auf, die konkav
zur die Strömungsdüsen aufweisenden Stufenfläche ausgebildet
ist und die die von den Strömungsdüsen erzeugte
wandparallele Gasströmung umlenkt.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
eine zusätzliche,
separate Absaugvorrichtung vorgesehen, welche ebenfalls eine zur
Achse des zylindrischen Hohlraumes der Vorrichtung parallele Gasströmung erzeugt
und dadurch überschüssige Beschichtungspartikel
absaugt. Um den von der Vorrichtung erzeugten Absaugeffekt steigern
zu können,
kann eben erwähnte
separate Absaugvorrichtung vorgesehen sein, welche die Strömungsverhältnisse
in der Zylinderbohrung und in der Vorrichtung zusätzlich günstig beeinflusst.
Eine derartige separate Absaugvorrichtung kann in relativ einfacher
Weise, beispielsweise mittels eines Gebläses, realisiert werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche eine Gasströmung in
der Vorrichtung bedarfsgerecht steuert. Da der Innenbrenner sowohl
in der Startphase als auch während
des Beschichtens der Zylinderbohrung unterschiedliche Betriebszustände aufweisen
kann, ist es von großem Vorteil,
wenn die in der Vorrichtung erzeugte Gasströmung an diese unterschiedlichen
Betriebszustände anpassbar
ist. Dies kann beispielsweise durch die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung
erreicht werden, wobei diese sowohl mit einer die Gasströmung erzeugenden
Druckquelle als auch mit dem Innenbrenner selbst verbunden ist,
um die Gasströmung
bedarfsgerecht auf die Leistung beziehungsweise den Betriebszustand
des Innenbrenners anpassen zu können.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
in auf einem Zylinderkopf aufgesetzten Zustand,
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2 eine
Darstellung wie in 1, jedoch aus einer anderen
Perspektive.
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Entsprechend 1 weist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zumindest
zur Reduzierung, besser noch zur Vermeidung eines Beschichtungsauftrages
an unerwünschten
Stellen beim Lichtbogendrahtspritzen mit einem Innenbrenner 2 einen
im wesentlichen zylindrischen Hohlraum 3 auf. Der Innenbrenner 2 ist
dabei längs
der Zylinderachse des zylindrischen Hohlraumes 3 verstellbar
und kann dadurch bei einer, auf eine Zylinderbohrung 4 aufgesetzten
Vorrichtung 1 durch den zylindrischen Hohlraum 3 in
die Zylinderbohrung 4 abgesenkt werden. Die Zylinderbohrung 4 ist
dabei vorzugsweise koaxial zum zylindrischen Hohlraum 3 der
Vorrichtung 1 angeordnet.
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Mit
dem Innenbrenner 2 ist es möglich, im Lichtbogendrahtspritzverfahren,
eine Wandung 5 der Zylinderbohrung 4 zu beschichten
und dadurch einen Reibungsbeiwert zwischen einem nicht dargestellten, in
der Zylinderbohrung 4 geführten Kolben und in der Zylinderbohrung 4 selbst
zu reduzieren. In der Startphase des Innenbrenners 2 ist
es erforderlich, dass dieser eine gewisse Zeit betrieben wird, um
einen stabilen und homogenen Spritzstrahl 6 zu erhalten, mit
welchem dann die Wandung 5 der Zylinderbohrung 4 beaufschlagt
werden kann. Der Spritzstrahl 6 tritt dabei in radialer
Richtung bezogen auf die Zylinderachse des Hohlraumes 3 aus
dem Innenbrenner 2 beziehungsweise aus seiner endseitig
daran angeordneten Düse
aus, wobei der Innenbrenner 2 um die Zylinderachse drehbar
gelagert ist, so dass durch ein Verdrehen des Innenbrenners 2 eine
homogene Beschichtung der Wandung 5 in der Zylinderbohrung 4 erzeugt
werden kann. Da es zur Erzeugung dieser homogenen Beschichtung einerseits
erforderlich ist, den oben beschriebenen stabilen Spritzstrahl 6 erzeugen
zu können
und andererseits einen sogenannten „Overspray-Effekt” zu verhindern,
bei welchem Beschichtungspartikel in einem Randbereich des kegelartigen
Spritzstrahls 6 mit unzureichender Geschwindigkeit auf
die zu beschichtende Wandung 5 geschleudert werden und
daher nicht an dieser anhaften, sollte ein Beschichtungsauftrag
während
der instabilen Starterphase des Innenbrenners 2 ebenso zuverlässig vermieden
werden, wie ein Beschichten der Wandung 5 mit oben beschriebenen „Overspray-Partikeln”.
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Aus
diesem Grund weist die Vorrichtung 1 mit Gasdruck beaufschlagbare
Strömungsdüsen 7 auf,
welche in dem zylindrischen Hohlraum 3 so positioniert
beziehungsweise ausgerichtet sind, dass sie zumindest eine zur Achse
des zylindrischen Hohlraumes 3 parallele Gasströmung erzeugen,
welche beim Betrieb des Innenbrenners 2 von diesem in radialer
Richtung ausgestoßene
Beschichtungspartikel in Achsrichtung des zylindrischen Hohlraumes 3 umlenkt
und mitreißt
und dadurch ein ungewolltes Auftreffen derselben auf der Wandung 5 der
Zylinderbohrung 4 beziehungsweise auf einer Wand des Hohlraumes 3 zuverlässig verhindert.
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Die
Strömungsdüsen 7 sind
dabei im Bereich einer radialen Stufe 8 des zylindrischen
Hohlraumes 3 angeordnet, genauer gesagt im Bereich einer
orthogonal zur Wand des Hohlraumes 3 ausgerichtete, ringförmigen Stufenfläche 9.
Durch eine derartige Anordnung erzeugen die mit Gasdruck beaufschlagten
Strömungsdüsen 7 eine
zur Wand des zylindrischen Hohlraumes 3 parallele Gasströmung, die
eine Art Luftkissen im Bereich der Wand bildet und dadurch einen
Beschichtungsauftrag auf die Wand des zylindrischen Hohlraumes 3 unterbindet.
Dies bietet den großen
Vorteil, dass die Vorrichtung 1 im Vergleich zu herkömmlichen
Spritzmasken nicht turnusgemäß von Spritzrückständen gereinigt
werden muss und dadurch eine aufwendige und teure Maskenaufbereitung
erfordert.
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Wie
den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die
Vorrichtung 1 an einem stirnseitigen Rand 10 des
zylindrischen Hohlraums 3 eine radial nach innen abstehende
und gebogene Rinne 11 auf, welche konkav zur die Strömungsdüsen 7 aufweisenden Stufenfläche 9 ausgebildet
ist und die die von den Strömungsdüsen 7 erzeugte
wandparallele Gasströmung
umlenkt, insbesondere um 180° umkehrt.
Hierdurch wird ebenfalls ein Abtransport von dem Innenbrenner 2 ausgestoßenen Beschichtungspartikeln
in Achsrichtung aus dem zylindrischen Hohlraum 3 heraus
begünstigt.
Betrachtet man die Rinne 11 näher, so fällt auf, dass in ihrem Rinnengrund
schräg
zur Achse des zylindrischen Hohlraumes 3 ausgerichtete Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen
sind, welche einen Eintritt der von den Strömungsdüsen 7 ausgestoßenen Gasströmung in
den Hohlraum 3 beziehungsweise in die Zylinderbohrung 4 ermöglicht.
Die von den Strömungsdüsen 7 ausgestoßene Gasströmung wird
somit teilweise umgelenkt, insbesondere umgekehrt und teilweise
durch die Durchgangsöffnungen 12 in
den Hohlraum 3 beziehungsweise in die Zylinderbohrung 4 geleitet.
Die Strömungsdüsen 7 können dabei
vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung
auf der ringförmigen
Stufenfläche 9 verteilt
und an ein Belüftungssystem 13 angeschlossen
sein, welches seinerseits mit einer nicht gezeigten Gasdruckquelle
kommuniziert. Das durch die Strömungsdüsen 7 strömende Gas
kann dabei insbesondere Luft sein.
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Um
eine Absaugwirkung von unerwünschten Beschichtungspartikeln
sowohl beim Startvorgang des Innenbrenners 2 als auch während des
Beschichtungsvorganges zu verstärken,
kann eine nicht gezeigte, zusätzliche
und separate Absaugvorrichtung vorgesehen sein, welche ebenfalls
eine zur Achse des zylindrischen Hohlraumes 3 parallele
Gasströmung
erzeugt und dadurch ebenfalls überschüssige Beschichtungspartikel
absaugt beziehungsweise ableitet. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass
die Vorrichtung 1, das heißt insbesondere die in dieser
erzeugte Gasströmung
an einen jeweiligen Betriebszustand des Innenbrenners 2,
beispielsweise bei einer Startphase oder während des Beschichtungsvorganges,
bedarfsgerecht angepasst werden kann, wozu beispielsweise eine nicht
gezeigte Steuerungseinrichtung vorgesehen ist. Die Vorrichtung 1 selbst
kann beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Leichtmetall, oder
aus einem anderen hitzebeständigen
Werkstoff ausgebildet sein, welcher in der Lage ist, die beim Lichtbogendrahtspritzen
auftretenden Temperaturen aufzunehmen.
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Ein
Beschichtungsvorgang der Wandung 5 in der Zylinderbohrung 4 erfolgt
dabei wie folgt:
Zunächst
wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf
die zu beschichtende Zylinderbohrung 4 des Motorblockes
aufgesetzt und anschließend
der Innenbrenner 2 in den zylindrischen Hohlraum 3 der
Vorrichtung eingeführt.
Spätestens
in diesem Stadium erfolgt ein Beaufschlagen der Strömungsdüsen 7 der Vorrichtung 1 mit
Gasdruck, wodurch eine zur Achse des zylindrischen Hohlraumes 3 parallele
Gasströmung,
insbesondere eine wandparallele Gasströmung erzeugt wird. Ist die
wandparallele Gasströmung
und damit das die Wand des zylindrischen Hohlraumes 3 schützende Luftkissen
erzeugt, kann ein Aktivieren des Innenbrenners 2 erfolgen.
Dieser bleibt während
seiner Startphase, in welcher der Spritzstrahl 6 noch nicht
homogen ausgebildet. ist, im Bereich des Hohlraumes 3,
wobei durch die Gasströmung
ein Umlenken beziehungsweise Mitreißen der vom Innenbrenner 2 in
radialer Richtung ausgestoßenen
Beschichtungspartikel erfolgt. Stößt der Innenbrenner 2 nach
abgeschlossener Startphase einen homogenen Spritzstrahl 6 aus,
so kann er in die zu beschichtende Zylinderbohrung 4, welche
koaxial unterhalb der Vorrichtung 1 angeordnet ist, abgesenkt
werden und ein Beschichten derselben erfolgen. Nach erfolgtem Beschichten
der Wandung 5 in der Zylinderbohrung 4 kann der
Innenbrenner 2 in axialer Richtung aus der Zylinderbohrung 4 herausbewegt
werden und die Vorrichtung 1 von der Zylinderbohrung 4 abgenommen
und beispielsweise auf eine nächste
zu beschichtende Zylinderbohrung aufgesetzt werden, bei welcher
dann der Beschichtungsvorgang von Neuem beginnt.
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Die
vorzugsweise sowohl während
der Startphase als auch während
des Beschichtens der Zylinderbohrung 4 erzeugte Gasströmung verhindert
einerseits ein Auftreffen von Beschichtungspartikel auf die Wand
des Hohlraumes 3 und dadurch ein Verschmutzen desselben,
sowie einen unerwünschten Auftrag
von „Overspray-Partikeln” im Bereich
der Zylinderbohrung 4. Hierdurch ist insbesondere eine Kosteneinsparung
möglich,
da ein teures und aufwendiges Aufbereiten der Vorrichtung 1 entfallen kann.
Zudem bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine
hohe Verfügbarkeit
durch den Entfall der Aufbereitung der Spritzmaske.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Innenbrenner
- 3
- Hohlraum
- 4
- Zylinderbohrung
- 5
- Wandung
der Zylinderbohrung 4
- 6
- Spritzstrahl
- 7
- Strömungsdüsen
- 8
- radiale
Stufe
- 9
- Stufenfläche der
radialen Stufe 8
- 10
- Rand
des zylindrischen Hohlraumes 3
- 11
- Rinne
- 12
- Durchgangsöffnung
- 13
- Belüftungssystem