DE102008037799B4

DE102008037799B4 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Spritzen

Info

Publication number: DE102008037799B4
Application number: DE102008037799A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Erdmann Christian Martin; Dr.-Ing. Izquierdo Patrick; Albert Käppeler; Dipl.-Ing. Özdeniz Eyuep Akin; Jürgen Traber; Marc Wilhelm
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2028-08-15
Also published as: DE102008037799A1

Abstract

Verfahren zum thermischen Spritzen, bei dem zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen gezündet wird, wobei mindestens eine der Elektroden im Lichtbogen geschmolzen wird, wobei Partikel aus der geschmolzenen Elektrode durch einen Zerstäubergasstrom (Z) unter Bildung eines Partikelstrahls von einem Zerstäubergasaustritt (2) in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportiert werden, wobei um den Zerstäubergasaustritt (2) herum ein Schutzgasstrom (3) ausgeströmt wird, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgasstrom (S) mittels einer Turbine (5) mit einem Drall so versehen wird, dass der Partikelstrahl fokussiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen, bei dem zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen gezündet wird, wobei mindestens eine der Elektroden im Lichtbogen geschmolzen wird, wobei Partikel aus der geschmolzenen Elektrode von einem Zerstäubergasstrom in Gestalt eines Partikelstrahls von einem Zerstäubergasaustritt in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportiert werden, wobei um den Zerstäubergasaustritt herum aus einem Schutzgasaustritt ein Schutzgasstrom ausgeströmt wird, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisiert wird.
Bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren wird aus Gründen der Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt. Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen, Ventilsitze und Lagersitze mit Schichten versehen, die mittels thermischen Spritzens, insbesondere Lichtbogendrahtspritzen aufgebracht werden. Üblicherweise wird beim Lichtbogendrahtspritzen zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern. Ein Schutzgas, das um den Zerstäubergasaustritt herum ausgeströmt wird, schafft eine Schutzatmosphäre im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche und engt den Partikelstrahl ein, um ein Beschichten außerhalb der zu beschichtenden Oberfläche liegender Bereiche, so genanntes Overspray, zu vermeiden.
Aus der DE 690 26 019 T2 ist ein Drehkopf für ein Elektrostatik-Sprühbeschichtungsgerät bekannt, um ein zerstäubtes Flüssig-Anstrichmittel auf einen Gegenstand zu spritzen, der mit dem Anstrichmittel zu beschichten ist, wobei der Drehknopf aufweist:
ein Drehteil, das zum Drehen um eine Mittelachse angepasst und während des Drehens des Drehteiles zum Abgeben des Flüssig-Anstrichmittels als ringförmiger Dünn-Film in Richtung des Gegenstandes ausgelegt ist, und
eine Vorrichtung, um zum Zerstäuben des Flüssig-Anstrichmittels, das vom Drehteil abgegeben ist, Gas einzuspritzen, wobei die Einspritzeinrichtung zum Drehen mit dem Drehteil angeordnet ist und Gaseinspritzpfade einschließt, wobei die Gaseinspritzpfade weiterhin eine Vorrichtung enthalten, um die Einspritzrichtung des Gases von den Gaseinspritzpfaden bezüglich der Mittelachse des Drehteils einzustellen.
Aus der DE 2327395 B2 ist ein Plasmaspritzgerät bekannt, bei welchem ein den Plasmastrahl umhüllender Schutzgasstrom Anwendung findet. Der Hüllgasstrom wird durch einen wendelförmigen Kanal geführt und so zu einer wendelförmigen Bewegung veranlasst, die er auch nach Verlassen des Kanals fortsetzt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum thermischen Spritzen anzugeben, mit der der Partikelstrahl genauer abgegrenzt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum thermischen Spritzen wird zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen gezündet. Mindestens eine der Elektroden wird im Lichtbogen geschmolzen und bevorzugt nachgeführt. Flüssige Partikel aus der geschmolzenen Elektrode werden von einem Zerstäubergasstrom aus einem Zerstäubergasaustritt mitgerissen und bilden einen Partikelstrahl, der in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportiert wird. Dort werden die Partikel abgeschieden und bilden eine Schicht auf der Oberfläche. Um den Zerstäubergasaustritt herum wird ein Schutzgasstrom ausgeströmt, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisiert wird. Erfindungsgemäß wird der Schutzgasstrom mittels einer Turbine so mit einem Drall versehen, dass der Partikelstrahl fokussiert wird. Durch die Verdrallung des Schutzgasstromes ergibt sich eine Fokussierung und Selbststabilisierung des Partikelstrahls, so dass die Partikel im Partikelstrahl gehalten werden und weniger Overspray auftritt. Somit lassen sich kompaktere Schichten aus den Partikeln mit besserer Haftung erzielen. Eine Durchmischung von Zerstäubergas und Schutzgas (auch Shroud-Gas genannt) wird vermieden, so dass die Partikel und die Schicht nicht oder in geringerem Maße oxidieren. Auf diese Weise wird eine bessere Schichtqualität sichergestellt.
Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Argon verwendet werden.
Vorzugsweise wird die Turbine fremdangetrieben, beispielsweise elektrisch. Bevorzugt wird die Turbine jedoch durch den Schutzgasstrom angetrieben. Auf diese Weise ist kein weiteres Antriebsaggregat erforderlich.
Vorzugsweise ist die Turbine luft- bzw. wälzgelagert. Bei Luftlagerung findet bei Betrieb eine Selbstzentrierung des Turbine statt.
Vorzugsweise ist der Zerstäubergasaustritt im Bereich einer Rotationsachse der Turbine angeordnet.
Zerstäubergas und Schutzgas können zwei unterschiedliche Gase sein. Ebenso kann das gleiche Gas als Zerstäubergas und als Schutzgas verwendet werden. In diesem Fall ist nur eine Zuleitung zur Vorrichtung zum Beschichten erforderlich.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen mit einem Zerstäubergasaustritt,
2 eine Abschlussdüse mit einer Turbine,
3 die Vorrichtung mit der Abschlussdüse und der Turbine, und
4 die Vorrichtung mit der Turbine.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum thermischen Spritzen gezeigt. Beim thermischen Spritzen mit der Vorrichtung 1 wird zwischen zwei Elektroden (nicht gezeigt) ein Lichtbogen gezündet. Mindestens eine der Elektroden wird im Lichtbogen geschmolzen, wobei Partikel aus der geschmolzenen Elektrode von einem Zerstäubergasstrom Z in Gestalt eines Partikelstrahls von einem Zerstäubergasaustritt 2 in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportiert werden. Um den Zerstäubergasaustritt 2 herum wird ein Schutzgasstrom S ausgeströmt, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisiert wird.
Zu diesem Zweck wird in die Vorrichtung 1 eine in 2 gezeigte Abschlussdüse 4 mit einer Turbine 5 eingesetzt. Die Turbine 5 ist in der Abschlussdüse 4 drehbar gelagert und wird durch den Schutzgasstrom S angetrieben.
In 3 ist eine weitere Ansicht der Vorrichtung 1 mit der Abschlussdüse 4 und der Turbine 5 gezeigt.
4 zeigt zur Veranschaulichung eine weitere Ansicht der Vorrichtung 1 mit der Turbine 5.
Durch die Turbine 5 wird der Schutzgasstrom S derart mit einem Drall versehen, dass der Partikelstrahl fokussiert wird.
Eine im Bereich einer Rotationsachse der Turbine 5 vorgesehene Öffnung ist Teil des Zerstäubergasaustritts 2.
Als Schutzgas kann beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Argon verwendet werden.
Die Turbine 5 kann alternativ fremdangetrieben werden, beispielsweise elektrisch.
Die Turbine 5 ist bevorzugt mit einem Luftpolster bzw. Wälzlager in der Abschlussdüse 4 gelagert.
Der Drall des Schutzgasstroms S kann abweichend anders als mit der Turbine 5 erzeugt werden, beispielsweise mittels eines Ausströmers mit entsprechenden Leitblechen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Zerstäubergasaustritt
4: Abschlussdüse
5: Turbine
S: Schutzgasstrom
Z: Zerstäubergasstrom

Claims

Verfahren zum thermischen Spritzen, bei dem zwischen zwei Elektroden ein Lichtbogen gezündet wird, wobei mindestens eine der Elektroden im Lichtbogen geschmolzen wird, wobei Partikel aus der geschmolzenen Elektrode durch einen Zerstäubergasstrom (Z) unter Bildung eines Partikelstrahls von einem Zerstäubergasaustritt (2) in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportiert werden, wobei um den Zerstäubergasaustritt (2) herum ein Schutzgasstrom (3) ausgeströmt wird, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgasstrom (S) mittels einer Turbine (5) mit einem Drall so versehen wird, dass der Partikelstrahl fokussiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5) fremdangetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5) durch den Schutzgasstrom (S) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine wälz- bzw. luftgelagerte Turbine (5) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine (5) verwendet wird, bei der der Zerstäubergasaustritt (2) im Bereich einer Rotationsachse der Turbine (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zum thermischen Spritzen, umfassend zwei Elektroden, zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist, wobei mindestens eine der Elektroden im Lichtbogen schmelzbar ist, wobei Partikel aus der geschmolzenen Elektrode durch einen Zerstäubergasstrom (Z) unter Bildung eines Partikelstrahls von einem Zerstäubergasaustritt (2) in Richtung einer zu beschichtenden Oberfläche transportierbar sind, wobei um den Zerstäubergasaustritt (2) herum ein Schutzgasstrom (S) ausströmbar ist, mit dem im Bereich der Oberfläche eine Schutzatmosphäre realisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine (5) vorgesehen ist, mittels derer der Schutzgasstrom (S) so mit einem Drall versehbar ist, dass der Partikelstrahl fokussierbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5) fremdangetrieben ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5) durch den Schutzgasstrom (S) angetrieben ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (5) mit einer Wälz- oder Luft-Lagerung versehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäubergasaustritt (2) im Bereich einer Rotationsachse der Turbine (5) angeordnet ist.