DE102009004201A1 - Process useful for wire arc spraying of workpieces, especially hollow bodies using wires made from different materials gives improved coating quality combined with shorter coating time - Google Patents

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Patrick Dr.-Ing. Izquierdo
Albert KÄPPELER
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Abstract

Process for wire arc spraying of workpieces, especially hollow bodies, in which at least two metal wires serving as melting electrodes are melted at the end by the electrode arc and the molten metal is thrown by a gas stream onto the workpiece surface. At least two wires made from different metals can be used.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken, insbesondere bei Hohlkörpern, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a method for arc wire spraying of workpieces, in particular hollow bodies, with the features of the preamble of claim 1.

Beim Lichtbogendrahtspritzen werden zwei metallische Drähte mittels geregelter Drahtvorschubgeschwindigkeit über entsprechende Schleifkontakte, durch welche eine Übertragung von elektrischem Strom auf die Drähte erfolgt, in einem Brenner, der auch als Spritzpistole bezeichnet werden kann, bewegt. Nach dem Einschalten des Drahtvorschubs laufen die beiden Spritzdrähte durch die Drahtführung aufeinander zu, bis es 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 Drähte aufschmilzt. Ein aus einer zweckmäßig in den Brenner integrierten Düse austretender Gasstrom, in der Regel ein Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, zerstäubt das entstandene Schmelzgut, beschleunigt die Partikel und schleudert diese auf die zu beschichtende Oberfläche. Mit Hilfe des Lichtbogendrahtspritzens werden beispielsweise die Laufflächen von Zylindern bei Kolbenmotoren beschichtet, beispielsweise um die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand zu reduzieren. Brenner, mit denen derartige Hohlkörper von Werkstücken quasi von innen beschichtet werden können, werden auch als Innenbrenner bezeichnet.At the Arc wire spraying becomes two metallic wires by means of controlled wire feed speed via appropriate Sliding contacts, by which a transmission of electric current on the wires, in a burner, also called Spray gun can be called, moves. After turning on of the wire feed run through the two spray wires the wire guide towards each other until it due to the applied voltage for forming an arc between the free ends of the spray wires comes. In this arc, an intense heating takes place, whereby the coating material of the wires melts. One from a convenient integrated into the burner Nozzle escaping gas stream, usually an inert gas, such as nitrogen, atomizes the resulting Melted material, accelerates the particles and throws them on the to be coated surface. With the help of electric wire spraying For example, the treads of cylinders are added Piston engines coated, for example, the friction between Reduce piston and cylinder wall. Burners, with which such hollow body of workpieces can be quasi coated from the inside, are also referred to as internal burners.

Aus der DE 10 2005 012 360 A1 ist ein Lichtbogendrahtbrenner bekannt, der als Innenbrenner ausgestaltet ist und der eine Drahtzuführung zum Zuführen von zwei, jeweils als aufschmelzende Elektrode dienenden Drähten in Richtung zu einem Lichtbogen aufweist. Weitere Lichtbogendrahtbrenner dieser Art sind beispielsweise aus der EP 1 238 715 A2 , aus der WO 03/066233 A1 und aus der WO 04/028702 A1 bekannt.From the DE 10 2005 012 360 A1 For example, a wire arc torch is known which is designed as an internal torch and which has a wire feed for supplying two, serving as a reflowing electrode wires in the direction of an arc. Further arc wire burner of this type are for example from the EP 1 238 715 A2 , from the WO 03/066233 A1 and from the WO 04/028702 A1 known.

Um am jeweiligen Werkstück durch Lichtbogendrahtspritzen eine komplexe Beschichtung realisieren zu können, die aus mehreren unterschiedlichen Teilschichten besteht, muss der bekannte Lichtbogendrahtbrenner nach dem Aufbringen einer ersten Teilbeschichtung hinsichtlich seiner Drähte umgerüstet werden, um anschließend eine andere zweite Teilbeschichtung aufbringen zu können. Zwischenzeitlich ist die erste Teilbeschichtung vergleichsweise weit abgekühlt. Beim Aufbringen der zweiten Teilbeschichtung entstehen dann zwangsläufig vergleichsweise große Temperaturdifferenzen, die sich nachteilig auf die Qualität der Teilschichten beziehungsweise der gesamten Beschichtung auswirken kann. Des weiteren besteht ein Bedürfnis, das Lichtbogendrahtspritzen verfahrensmäßig so auszugestalten, dass es weniger Bearbeitungszeit erfordert, da immer mehr Werkstücke serienmäßig beschichtet werden müssen.Around on the respective workpiece by arc wire spraying a To be able to realize complex coating, which consists of several different partial layers, must be the well-known arc wire burner after applying a first part coating in terms of his Wires are converted to subsequently to be able to apply another second partial coating. In the meantime, the first part coating is comparatively far cooled. When applying the second part coating then inevitably arise comparatively large Temperature differences, which adversely affect the quality affect the partial layers or the entire coating can. Furthermore, there is a need for arc wire spraying procedurally so that it is less Machining time requires, as more and more workpieces as standard must be coated.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Lichtbogendrahtspritzverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch reduzierte Beschichtungszeiten auszeichnet, wobei außerdem eine verbesserte Beschichtungsqualität angestrebt ist.The The present invention addresses the problem of for an arc wire spraying an improved Specify embodiment, in particular by characterized by reduced coating times, wherein also a improved coating quality is desired.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively by the subject of the independent claim. advantageous Embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Lichtbogendrahtspritzen mit wenigstens zwei verschiedenen Drähten aus verschiedenen Metallen durchzuführen. Hierdurch ist es möglich, unmittelbar auf der beschichteten Werkstückoberfläche eine Legierung herzustellen. Beispielsweise lassen sich dadurch Speziallegierungen unmittelbar auf der Werkstückoberfläche erzeugen, die als Draht nicht verfügbar sind. Beispielsweise sind auch Legierungen denkbar, aus denen sich keine für das Lichtbogendrahtspritzen geeignete Drähte herstellen lassen, weil sie beispielsweise zu spröde sind. Ebenso ist denkbar, dass sich bestimmte Legierungen an der Werkstückoberfläche in Kombination mit dem Werkstoff des Werkstücks nur dann erzeugen lassen, wenn die beiden Drahtwerkstoffe auf die vorgeschlagene Weise gleichzeitig aufgespritzt werden.The The invention is based on the general idea of arc wire spraying with at least two different wires of different metals perform. This makes it possible to immediately on the coated workpiece surface a Alloy manufacture. For example, this allows special alloys create directly on the workpiece surface, which are not available as a wire. For example also alloys conceivable, from which none for the Arc wire spraying can produce suitable wires, because they are too brittle, for example. It is also conceivable that certain alloys on the workpiece surface in combination with the material of the workpiece only then produce when the two wire materials on the proposed Be sprayed on simultaneously.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, mit einem ersten Lichtbogen zwei erste Drähte aufzuschmelzen und mit einer ersten Gasströmung auf die Werkstückoberfläche zu schleudern, wobei außerdem mit einem zweiten Lichtbogen zwei zweite Drähte aufgeschmolzen und mit einer zweiten Gasströmung auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden können. Durch die Verwendung von wenigstens zwei separaten Lichtbogen, an denen jeweils zwei Drähte aufgeschmolzen und mit Hilfe von zumindest zwei Gasströmungen auf die Werkstückoberfläche aufgespritzt werden können, ergeben sich vielfältige Variationsmöglichkeiten für die Aufbringung unterschiedlicher Werkstoffe und Werkstoffkombinationen durch die Verwendung verschiedener Drahtwerkstoffe. Beispielsweise können die beiden ersten Drähte jeweils aus einem ersten Metall bestehen. Ebenso können sie aus zwei verschiedenen Metallen zur Erzeugung einer ersten Legierung bestehen. Die beiden zweiten Drähte können aus einem zweiten Metall bestehen. Ebenso können sie aus zwei verschiedenen Metallen zur Erzeugung einer zweiten Legierung bestehen. Somit lassen sich bei zwei Lichtbogen bis zu vier verschiedene Drähte aufschmelzen und aufspritzen. Dabei ist es insbesondere möglich, die erste Schmelze der ersten Drähte und die zweite Schmelze der zweiten Drähte simultan zu erzeugen und auf die Werkstückoberfläche zu schleudern. Dabei ist es insbesondere möglich, die Schmelzen beziehungsweise die zugehörigen Drahtwerkstoffe so auszuwählen und so auf die Werkstückoberfläche aufzuschleudern, dass sie auf der Werkstückoberfläche eine vorbestimmte Beschichtungslegierung bilden.According to an advantageous embodiment, it is possible to melt two first wires with a first arc and to spin them onto the workpiece surface with a first gas flow, wherein two second wires can also be melted with a second arc and thrown onto the workpiece surface with a second gas flow. By using at least two separate arcs, on each of which two wires can be melted and sprayed with the aid of at least two gas flows on the workpiece surface, there are many possible variations for the application of different materials and material combinations through the use of different wire materials. For example, the two first wires may each consist of a first metal. Likewise, they may consist of two different metals to produce a first alloy. The two second wires may be made of a second metal. Likewise, they may consist of two different metals to produce a second alloy. Thus, with two arcs, up to four different wires can be used melt and spray. In this case, it is possible in particular to simultaneously generate the first melt of the first wires and the second melt of the second wires and to spin it onto the workpiece surface. In this case, it is possible, in particular, to select the melts or the associated wire materials and to spin them onto the workpiece surface in such a way that they form a predetermined coating alloy on the workpiece surface.

Alternativ ist es ebenso möglich, die erste Schmelze der ersten Drähte und die zweite Schmelze der zweiten Drähte zeitlich versetzt zu erzeugen und auf die Werkstückoberfläche zu schleudern. Hierdurch lässt sich insbesondere eine mehrlagige Beschichtung der Werkstückoberfläche generieren. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, die beiden Schmelzen beziehungsweise die zugehörigen Drahtwerkstoffe so auszuwählen, dass die zuerst auf die Werkstückoberfläche geschleuderte Schmelze auf derselben eine vorbestimmte Grundierungsbeschichtung bildet, während die danach auf die Werkstückoberfläche geschleuderte Schmelze auf der Grundierungsbeschichtung eine vorbestimmte Funktionsbeschichtung bildet. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass eine besonders reibungsarme Funktionsbeschichtung über die Grundierungsbeschichtung an einem Grundwerkstoff der Werkstückoberfläche dauerhaft angebracht werden kann, auf der sie selbst direkt nur unzureichend haften würde.alternative it is also possible the first melt of the first wires and the second melt of the second wires offset in time to generate and to the workpiece surface fling. This makes it possible in particular a multi-layer coating generate the workpiece surface. It can be provided in particular, the two melts or to select the associated wire materials so that thrown first on the workpiece surface Melt on the same a predetermined primer coating forms while on the workpiece surface spun melt on the primer coating a predetermined Function coating forms. This can be achieved, for example be that a particularly low-friction functional coating over the primer coating on a base material of the workpiece surface permanently attached, on which they themselves directly only would be insufficiently liable.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures with reference to the drawings.

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.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in each case specified combination, but also in other combinations or can be used in isolation, without the scope of the present To leave invention.

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.preferred Embodiments of the invention are in the drawings and will become more apparent in the following description explained, wherein the same reference numerals to the same or similar or functionally identical components relate.

Es zeigen, jeweils schematisch,It show, in each case schematically,

1 einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Brennerkopf eines Lichtbogendrahtbrenners, 1 a greatly simplified, fundamental longitudinal section through a burner head of an arc wire burner,

2 eine perspektivische Ansicht des Brennerkopfs entsprechend einer Blickrichtung II in 1. 2 a perspective view of the burner head according to a viewing direction II in 1 ,

Entsprechend 1 umfasst ein Lichtbogendrahtbrenner 1, bei dem es sich bevorzugt um einen Innenbrenner handelt, einen Brennerkopf 2. Mit Hilfe des Lichtbogendrahtbrenners 1 kann ein Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken realisiert werden. Insbesondere lassen sich mit dem als Innenbrenner ausgestalteten Brenner 1 innenliegende Werkstückoberflächen bei Hohlkörpern, wie zum Beispiel Zylinderlaufflächen, beschichten.Corresponding 1 includes a arc wire burner 1 , which is preferably an internal burner, a burner head 2 , With the help of the arc wire burner 1 An arc wire spraying of workpieces can be realized. In particular, can be with the burner designed as an internal burner 1 internal workpiece surfaces in hollow bodies, such as cylinder treads, coat.

Der Lichtbogendrahtbrenner 1 weist eine erste Drahtzuführung 3 auf, mit deren Hilfe wenigstens ein erster Draht 4 aus Metall in Richtung zu einem in 1 und 2 durch ein Blitzsymbol angedeuteten ersten Lichtbogen 5 zuführbar ist. Der wenigstens eine erste Draht 4 dient dabei als aufschmelzende Elektrode. Entsprechend 2 ist die erste Drahtzuführung 3 zweckmäßig so ausgestaltet, dass damit gleichzeitig zwei erste Drähte 4a und 4b in Richtung zum ersten Lichtbogen 5 zuführbar sind. Beide erste Drähte 4a und 4b bilden dabei aufschmelzende Elektroden. Das bedeutet, dass an den freien Enden der beiden ersten Drähte 4a, 4b der erste Lichtbogen 5 ausgebildet wird. Hierzu kann innerhalb der ersten Drahtzuführung 3 eine entsprechende elektrische Spannung auf die beiden ersten Drähte 4 aufgebracht werden.The arc wire burner 1 has a first wire feed 3 on, with the help of which at least a first wire four made of metal towards an in 1 and 2 by a lightning symbol indicated first arc 5 can be fed. The at least one first wire four serves as a melting electrode. Corresponding 2 is the first wire feed 3 expediently designed so that at the same time two first wires 4a and 4b towards the first arc 5 can be fed. Both first wires 4a and 4b form melting electrodes. That means that at the free ends of the two first wires 4a . 4b the first arc 5 is trained. For this purpose, within the first wire feed 3 a corresponding electrical voltage on the two first wires four be applied.

Entsprechend 1 weist der Lichtbogendrahtbrenner 1 außerdem eine zweite Drahtzuführung 6 auf, mit deren Hilfe zumindest ein zweiter Draht 7 aus Metall zu einem weiteren oder zweiten Lichtbogen 8 zuführbar ist. Auch der wenigstens eine zweite Draht 7 dient hierbei als aufschmelzende Elektrode. Bevorzugt ist die zweite Drahtzuführung 6 im Wesentlichen identisch aufgebaut wie die erste Drahtzuführung 3. Dementsprechend sind gemäß 2 bevorzugt zwei zweite Drähte 7a und 7b vorgesehen, die beide als aufschmelzende Elektroden dienen und an deren freien Enden der zweite Lichtbogen 8 ausgebildet wird.Corresponding 1 points the arc wire burner 1 also a second wire feeder 6 on, with the help of which at least a second wire 7 made of metal to another or second arc 8th can be fed. Also the at least one second wire 7 serves as a melting electrode. The second wire feed is preferred 6 essentially identical to the first wire feed 3 , Accordingly, according to 2 preferably two second wires 7a and 7b provided, both serve as a melting electrodes and at the free ends of the second arc 8th is trained.

Die beiden Drahtzuführungen 3, 6 bilden dabei ein Drahtzuführsystem.The two wire feeders 3 . 6 form a wire feed system.

Vorzugsweise ist der Brennerkopf 2 so ausgestaltet, dass daran die beiden Lichtbogen 5, 8 ausgebildet werden können. Im gezeigten Beispiel ist der Lichtbogendrahtbrenner 1 so ausgestaltet, dass damit genau zwei verschiedene beziehungsweise separate beziehungsweise örtlich voneinander getrennt angeordnete Lichtbogen 5, 8 generiert werden können, denen jeweils eine eigene Drahtzuführung 3, 6 zugeordnet ist. Dementsprechend handelt es sich hier um einen Doppelbrenner 1. Der zugehörige Brennerkopf 2 kann auch als Doppelbrennerkopf bezeichnet werden. Bei einer anderen Ausführungsform können auch drei oder mehr separate Lichtbogen 5, 8 generiert werden, denen insbesondere jeweils eine separate Drahtzuführung 3, 6 zugeordnet sein kann. Dementsprechend handelt es sich dann um einen Dreifachbrenner oder Mehrfachbrenner, der gegebenenfalls mit einem Dreifachbrennerkopf oder Mehrfachbrennerkopf ausgestattet sein kann.Preferably, the burner head 2 designed so that the two arc 5 . 8th can be trained. In the example shown, the arcade wire burner 1 designed so that so that exactly two different or separate or spatially separated from each other arranged arc 5 . 8th can be generated, each with its own wire feed 3 . 6 assigned. Accordingly, this is a double burner 1 , The associated burner head 2 can also be referred to as a double burner head. In another embodiment, three or more separate Lichtbo can gene 5 . 8th are generated, in particular each a separate wire feeder 3 . 6 can be assigned. Accordingly, it is then a triple burner or multiple burner, which may optionally be equipped with a triple burner head or multi-burner head.

Bei einer Ausführungsform mit genau zwei Lichtbogen 5, 8 können die beiden Lichtbogen 5, 8 am Brennerkopf 2 zweckmäßig an zwei voneinander abgewandten, diametral entgegengesetzten Seiten generiert werden. Hierdurch erhält der Brennerkopf 2 einen symmetrischen Aufbau. Bei mehr als zwei Lichtbogen 5, 8 ergibt sich bevorzugt ebenfalls eine in Umfangsrichtung symmetrische Verteilung der Lichtbogen 5, 8.In an embodiment with exactly two arcs 5 . 8th can the two arc 5 . 8th at the burner head 2 expedient to be generated at two opposite, diametrically opposite sides. This gives the burner head 2 a symmetrical structure. For more than two arcs 5 . 8th preferably results in a symmetrical in the circumferential direction distribution of the arc 5 . 8th ,

Entsprechend 1 umfasst der Lichtbogendrahtbrenner 1 außerdem eine erste Düsenanordnung 9, mit deren Hilfe ein durch einen Pfeil angedeuteter erster Gasstrom 10 zum ersten Lichtbogen 5 zugeführt werden kann. Mit dem ersten Gasstrom 10, der bevorzugt mit einem Inertgas, insbesondere mit Stickstoff, erzeugt wird, kann das im ersten Lichtbogen 5 aufgeschmolzene Drahtmaterial zerstäubt, beschleunigt und gegen die zu beschichtende Werkstückoberfläche geschleudert werden. Die erste Düsenanordnung 9 ist hierzu bevorzugt im Brennerkopf 2 ausgebildet. Des Weiteren umfasst der Lichtbogendrahtbrenner 1 eine zweite Düsenanordnung 11, mit deren Hilfe ein zweiter Gasstrom 12, der ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist, zum zweiten Lichtbogen 8 zuführbar ist. Mit dem zweiten Gasstrom 12, der zweckmäßig aus dem gleichen Inertgas gebildet ist, kann das im zweiten Lichtbogen 8 aufgeschmolzene Drahtmaterial zerstäubt und gegen die zu beschichtende Werkstückoberfläche gespritzt werden. Auch die zweite Düsenanordnung 11 ist bevorzugt in den Brennerkopf 2 integriert. Besonders vorteilhaft ist nun die hier gezeigte Ausführungsform, bei der ein gemeinsamer Gaskanal 13 vorgesehen ist, mit dem die beiden Düsenanordnungen 9, 11 mit dem Gas versorgt werden. Auch dieser gemeinsame Gaskanal 13 ist bevorzugt in den Brennerkopf 2 integriert. Im Beispiel ist der gemeinsame Gaskanal 13 zentral im Brennerkopf 2 angeordnet und erstreckt sich beispielsweise koaxial oder zumindest parallel zu einer Rotationsachse 14 des Brennerkopfes 2, um welche der Brennerkopf 2 zur Durchführung einer Beschichtung einer Zylinderoberfläche rotieren kann, sofern es sich um den Brennerkopf 2 eines Innenbrenners 1 handelt. Die beiden Düsen 9, 11 sind hierbei bezüglich der Rotationsachse 14 radial orientiert.Corresponding 1 includes the arc wire burner 1 also a first nozzle arrangement 9 , with the aid of which indicated by an arrow first gas flow 10 to the first arc 5 can be supplied. With the first gas flow 10 , which is preferably produced with an inert gas, in particular with nitrogen, can in the first arc 5 molten wire material is atomized, accelerated and thrown against the workpiece surface to be coated. The first nozzle arrangement 9 this is preferably in the burner head 2 educated. Furthermore, the arc wire burner includes 1 a second nozzle arrangement 11 , with the help of which a second gas flow 12 , which is also indicated by an arrow, to the second arc 8th can be fed. With the second gas flow 12 , which is suitably formed from the same inert gas, that in the second arc 8th molten wire material are atomized and sprayed against the workpiece surface to be coated. Also the second nozzle arrangement 11 is preferably in the burner head 2 integrated. Particularly advantageous is the embodiment shown here, in which a common gas channel 13 is provided, with which the two nozzle arrangements 9 . 11 be supplied with the gas. Also this common gas channel 13 is preferably in the burner head 2 integrated. In the example, the common gas channel 13 centrally in the burner head 2 arranged and extends for example coaxially or at least parallel to a rotation axis 14 of the burner head 2 around which the burner head 2 can rotate to perform a coating of a cylinder surface, if it is the burner head 2 an indoor burner 1 is. The two nozzles 9 . 11 are here with respect to the axis of rotation 14 radially oriented.

Die beiden Düsenanordnungen 9, 11 bilden dabei zusammen mit dem gemeinsamen Gaskanal 13 ein Gaszuführsystem.The two nozzle arrangements 9 . 11 form together with the common gas channel 13 a gas supply system.

Es ist klar, dass bei einem Dreifachbrenner oder Mehrfachbrenner eine entsprechende andere Anzahl an Düsenanordnungen 9, 11 vorhanden ist, wobei auch dann grundsätzlich ein gemeinsamer Gaskanal 13 möglich ist. Die jeweilige Düsenanordnung 9, 11 umfasst hier eine Lavaldüse 15, also eine Düse 15 mit in Strömungsrichtung zunehmendem Querschnitt. Am engsten Strömungsquerschnitt der Lavaldüse 15 kann seitlich zum Primärgasstrom über eine ringförmige Hilfsdüse 16 ein Sekundärgasstrom seitlich zugeführt werden, beispielsweise um die Lavaldüse 15 vor einer Überhitzung zu schützen.It is clear that in a triple burner or multiple burner, a correspondingly different number of nozzle arrangements 9 . 11 is present, even then in principle a common gas channel 13 is possible. The respective nozzle arrangement 9 . 11 here includes a Laval nozzle 15 So a nozzle 15 with increasing cross-section in the flow direction. At the narrowest flow cross-section of the Laval nozzle 15 can laterally to the primary gas flow via an annular auxiliary nozzle 16 a secondary gas flow are supplied laterally, for example around the Laval nozzle 15 to protect against overheating.

Ein Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken, bei denen es sich insbesondere um Hohlkörper handeln kann, kann nun zum Beispiel mit dem Lichtbogendrahtbrenner 1 vorzugsweise wie folgt durchgeführt werden:
Grundsätzlich lassen sich an den beiden Lichtbogen 5, 8 Drähte 4, 7 aus gleichen Drahtwerkstoffen aufschmelzen. Je nach Anzahl der Lichtbogen 5, 8 kann dadurch die pro Zeiteinheit aufspritzbare Werkstoffmenge gegenüber einem herkömmlichen Einfachbrenner verdoppelt, verdreifacht oder vervielfacht werden, sofern die einzelnen Lichtbogen 5, 8 simultan generiert werden.A method for the arc wire spraying of workpieces, which may in particular be hollow bodies, can now, for example, with the arc wire burner 1 preferably be carried out as follows:
Basically, can be connected to the two arc 5 . 8th wires four . 7 melt from the same wire materials. Depending on the number of arcs 5 . 8th Thus, the amount of material which can be sprayed on per unit time can be doubled, tripled or multiplied compared with a conventional single burner, provided the individual arcs 5 . 8th be generated simultaneously.

Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der im Lichtbogendrahtbrenner 1 zumindest zwei Drähte 4, 7 aus verschiedenen Drahtwerkstoffen verwendet werden. Bevorzugt wird dann mit Hilfe des ersten Lichtbogens 5 ein erster Werkstoff aufgeschmolzen und auf das Werkstück aufgespritzt, während mit dem zweiten Lichtbogen 8 ein zweiter Werkstoff aufgeschmolzen und auf das Werkstück aufgebracht wird. Dabei ist es grundsätzlich möglich, das Aufbringen des ersten und zweiten Werkstoffs gleichzeitig durchzuführen, das heißt die beiden Lichtbogen 5, 8 gleichzeitig zu generieren. Auf diese Weise kann bei einer entsprechenden Abstimmung der übrigen Parameter, wie zum Beispiel die Rotationsgeschwindigkeit des Brennerkopfs 2 und die Vorschubgeschwindigkeit der Drähte 4, 7 am Werkstück eine Beschichtung erzeugt werden, die aus einer Beschichtungslegierung besteht, die aus den beiden Werkstoffen der beiden Drähte 4, 7 gebildet wird. Durch die unmittelbar am Ort der Beschichtung erzeugte Legierung ist es insbesondere möglich, unterschiedlich konzentrierte Legierungen durch die Verwendung der gleichen Drähte 4, 7 zu generieren, indem lediglich der Drahtvorschub des einen oder des anderen Drahtes 4, 7 verändert wird. Insbesondere kann dadurch am Werkstück eine Beschichtung erzeugt werden, die eine entlang der Dicke der Beschichtung variierende Legierungszusammensetzung aufweist.However, an embodiment is preferred in which in the electric arc wire burner 1 at least two wires four . 7 be used from different wire materials. It is then preferred with the aid of the first arc 5 a first material is melted and sprayed onto the workpiece, while with the second arc 8th a second material is melted and applied to the workpiece. It is basically possible to carry out the application of the first and second material simultaneously, that is, the two arc 5 . 8th to generate at the same time. In this way, with a corresponding adjustment of the other parameters, such as the rotational speed of the burner head 2 and the feed rate of the wires four . 7 On the workpiece, a coating is produced, which consists of a coating alloy, which consists of the two materials of the two wires four . 7 is formed. The alloy produced directly at the location of the coating makes it possible, in particular, to use alloys of different concentrations by using the same wires four . 7 Generate only the wire feed of one or the other wire four . 7 is changed. In particular, this can be used to produce a coating on the workpiece which has an alloy composition varying along the thickness of the coating.

Alternativ kann das Aufbringen des ersten Werkstoffs und des zweiten Werkstoffs zeitlich versetzt realisiert werden. Beispielsweise kann dadurch am Werkstück zunächst eine aus dem einen Werkstoff gebildete Grundierungsschicht aufgetragen werden. Unmittelbar im Anschluss daran lässt sich aus dem anderen Werkstoff eine Funktionsschicht auf die Grundierungsschicht auftragen. Beispielsweise dient die Grundierungsschicht dazu, die Haftung für die Funktionsschicht am Werkstück zu verbessern beziehungsweise zu ermöglichen. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die Funktionsschicht auf die noch heiße Grundierungsschicht aufgespritzt werden kann, wodurch die unterschiedlichen Schichten bei vergleichsweise niedrigen Temperaturdifferenzen aufgebracht werden können, was die Qualität der einzelnen Teilbeschichtungen und insbesondere die Qualität der Gesamtbeschichtung verbessert.Alternatively, the application of the first material and the second material can be realized offset in time. For example, this can be applied to the workpiece first, a primer layer formed from a material who the. Immediately thereafter, a functional layer can be applied to the primer layer from the other material. For example, the primer layer serves to improve or to enable the adhesion for the functional layer on the workpiece. Of particular importance is that the functional layer can be sprayed onto the still hot primer layer, whereby the different layers can be applied at relatively low temperature differences, which improves the quality of the individual part coatings and in particular the quality of the overall coating.

Zweckmäßig werden am jeweiligen Lichtbogen 5, 8 jeweils zwei Drähte 4a, 4b und 7a, 7b aufgeschmolzen, die aus gleichen Werkstoffen bestehen. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der zumindest bei einem der Lichtbogen 5, 8 zwei unterschiedliche Drähte 4a, 4b beziehungsweise 7a, 7b aufgeschmolzen werden. Hierdurch kann eine Legierungsbildung am Werkstück realisiert werden. Es ist klar, dass sich die genannten Variationsmöglichkeiten auch beliebig miteinander kombinieren lassen. Entsprechendes gilt auch für einen Lichtbogendrahtbrenner 1 mit drei oder mehr Lichtbogen 5, 8, wodurch sich die Möglichkeiten zur Realisierung von Mehrfachbeschichtungen beziehungsweise von mehrlagigen Beschichtungen mit simultanem Aufbringen der Drahtschmelze und/oder mit zeitlich versetztem Aufbringen unterschiedlicher Teilbeschichtungen beliebig kombinieren lassen.Expedient are the respective arc 5 . 8th two wires each 4a . 4b and 7a . 7b melted, which consist of the same materials. It is also conceivable, however, an embodiment in which at least one of the arc 5 . 8th two different wires 4a . 4b respectively 7a . 7b be melted. As a result, an alloy formation on the workpiece can be realized. It is clear that the mentioned possibilities of variation can be combined as desired. The same applies to a arc wire burner 1 with three or more arcs 5 . 8th , whereby the possibilities for the realization of multiple coatings or of multilayer coatings with simultaneous application of the wire melt and / or with time-staggered application of different partial coatings can be combined as desired.

Mit dem gezeigten Mehrfachbrenner 1 ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung einer Beschichtung auf einer Werkstückoberfläche. Beispielsweise bestehen die beiden ersten Drähte 4a, 4b jeweils aus einem ersten Metall, wodurch sich auf der Werkstückoberfläche eine Beschichtung aus diesem Metall erzeugen lässt. Eine Legierungsbildung mit dem Werkstoff des Werkstücks kann dabei zumindest oberflächlich gewünscht sein. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die beiden ersten Drähte 4a, 4b aus zwei verschiedenen Metallen auszubilden, um mit ihnen auf der Werkstückoberfläche eine (erste) Legierung zu erzeugen. Es ist klar, dass zur Realisierung einer derartigen Legierung, die durch das Aufschmelzen von zwei verschiedenen Drähten an einem Lichtbogen kein Mehrfachbrenner der hier gezeigten Art erforderlich ist. Insbesondere kann hierzu ein herkömmlicher Einfachbrenner verwendet werden, wie er beispielsweise aus der eingangs zitierten DE 10 2005 012 360 A1 bekannt ist.With the shown multiple burner 1 There are many possibilities for producing a coating on a workpiece surface. For example, the first two wires 4a . 4b each of a first metal, which can be on the workpiece surface produce a coating of this metal. Alloying with the material of the workpiece can be desired at least superficially. It is also possible in principle, the two first wires 4a . 4b of two different metals to produce a (first) alloy with them on the workpiece surface. It is clear that to realize such an alloy, which requires the melting of two different wires on an arc, no multiple burner of the type shown here is required. In particular, for this purpose, a conventional single burner can be used, as for example from the cited above DE 10 2005 012 360 A1 is known.

Des Weiteren können auch die beiden zweiten Drähte 7a, 7b jeweils aus einem zweiten Metall bestehen oder ebenfalls aus zwei verschiedenen Metallen, mit denen ebenfalls eine (zweite) Legierung unmittelbar auf der Werkstückoberfläche generiert werden kann.Furthermore, the two second wires can also be used 7a . 7b each consist of a second metal or also of two different metals, with which also a (second) alloy can be generated directly on the workpiece surface.

Wie bereits erläutert, lassen sich die beiden Lichtbogen 5, 8 gleichzeitig generieren, wodurch es möglich ist, die erste Schmelze der ersten Drähte 4a, 4b und die zweite Schmelze der zweiten Drähte 7a, 7b simultan zu erzeugen und gleichzeitig auf die Werkstückoberfläche zu schleudern. Insbesondere bei einem rotierenden Brennerkopf 2 eines Innenbrenners 1 lassen sich die Schmelzen gezielt so aufeinander abstimmen und auf die Werkstückoberfläche schleudern, dass sie auf der Werkstückoberfläche eine vorbestimmte Beschichtungslegierung bilden. Beispielsweise ist die erste Schmelze noch nicht erstarrt, bis die zweite Schmelze aufgespritzt wird, wodurch die beiden Schmelzen legieren können.As already explained, the two arc can be 5 . 8th generate at the same time, making it possible the first melt of the first wires 4a . 4b and the second melt of the second wires 7a . 7b Simultaneously generate and at the same time on the workpiece surface to spin. Especially with a rotating burner head 2 an indoor burner 1 The melts can be tuned to one another in a targeted manner and thrown onto the workpiece surface such that they form a predetermined coating alloy on the workpiece surface. For example, the first melt is not yet solidified until the second melt is sprayed, whereby the two melts can alloy.

Besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die erste Schmelze der ersten Drähte 4a, 4b und die zweite Schmelze der zweiten Drähte 7a, 7b zeitlich versetzt erzeugt und auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, die zuvor angesprochene Legierungsbeschichtung zu generieren, um auf dieser anschließend eine gewünschte Funktionsbeschichtung aufbringen zu können. Da beide Beschichtungen beziehungsweise beide Schmelzen mit dem gleichen Brenner 1 generiert werden können, kann der zeitliche Abstand dieser Teilbeschichtungsvorgänge so klein gewählt werden, dass sich eine besonders geringe Temperaturdifferenz zwischen den Teilschichten einstellt, was vorteilhaft für die Qualität der erzielbaren Beschichtung ist.However, an embodiment in which the first melt of the first wires is particularly advantageous 4a . 4b and the second melt of the second wires 7a . 7b generated offset in time and are thrown onto the workpiece surface. This makes it possible, in particular, to generate the previously mentioned alloy coating in order to subsequently apply a desired functional coating to it. Since both coatings or both melts with the same burner 1 can be generated, the time interval of these partial coating operations can be chosen so small that sets a particularly low temperature difference between the sub-layers, which is advantageous for the quality of the achievable coating.

Bei einem Brenner 1 mit zwei Lichtbogen 5, 8, denen jeweils zwei Drähte 4a, 4b und 7a, 7b zugeführt werden, lassen sich bis zu vier verschiedene Drähte aufschmelzen und aufspritzen. Bei einem Dreifachbrenner oder Mehrfachbrenner lassen sich entsprechend mehr unterschiedliche Drähte verwenden.With a burner 1 with two arcs 5 . 8th which each have two wires 4a . 4b and 7a . 7b be fed, can be up to four different wires melt and spray. In a triple burner or multiple burner can be used correspondingly more different wires.

11
LichtbogendrahtbrennerArc wire burner
22
Brennerkopfburner head
33
erste Drahtzuführungfirst wire feed
44
erster Drahtfirst wire
4a4a
der eine erste Drahtof the a first wire
4b4b
der andere erste Drahtof the other first wire
55
erster Lichtbogenfirst Electric arc
66
zweite Drahtzuführungsecond wire feed
77
zweiter Drahtsecond wire
7a7a
der eine zweite Drahtof the a second wire
7b7b
der andere zweite Drahtof the other second wire
88th
zweiter Lichtbogensecond Electric arc
99
ErstdüsenanordnungErstdüsenanordnung
1010
ErstgasstromErstgasstrom
1111
zweite Düsenanordnungsecond nozzle assembly
1212
ZweitgasstromSecond gas flow
1313
gemeinsamer Gaskanalcommon gas channel
1414
Rotationsachse von 2 Rotation axis of 2
1515
LavaldüseLaval
1616
Hilfsdüseauxiliary nozzle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - WO 03/066233 A1 [0003] WO 03/066233 A1 [0003]
  • - WO 04/028702 A1 [0003] WO 04/028702 A1 [0003]

Claims (8)

Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken, insbesondere bei Hohlkörpern, – bei dem zumindest zwei als aufschmelzende Elektroden dienende Drähte (4a, 4b, 7a, 7b) aus Metall mit wenigstens einem an den Elektroden ausgebildeten Lichtbogen (5, 8) an ihren Enden aufgeschmolzen werden, – bei dem das aufgeschmolzene Metall mit wenigstens einer Gasströmung auf eine Werkstückoberfläche geschleudert wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Drähte (4a, 4b, 7a, 7b) aus verschiedenen Metallen verwendet werden.Method for the arc wire spraying of workpieces, in particular in the case of hollow bodies, - in which at least two wires serving as melting electrodes ( 4a . 4b . 7a . 7b ) of metal with at least one arc formed on the electrodes ( 5 . 8th ) are melted at their ends, - in which the molten metal with at least one gas flow is thrown onto a workpiece surface, characterized in that at least two wires ( 4a . 4b . 7a . 7b ) of different metals. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass mit einem ersten Lichtbogen (5) zwei erste Drähte (4a, 4b) aufgeschmolzen und mit einer ersten Gasströmung (10) auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden, – dass mit einem zweiten Lichtbogen (8) zwei zweite Drähte (7a, 7b) aufgeschmolzen und mit einer zweiten Gasströmung (12) auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden.Method according to claim 1, characterized in that - with a first arc ( 5 ) two first wires ( 4a . 4b ) and melted with a first gas flow ( 10 ) are thrown onto the workpiece surface, - that with a second arc ( 8th ) two second wires ( 7a . 7b ) melted and with a second gas flow ( 12 ) are thrown onto the workpiece surface. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, – dass die beiden ersten Drähte (4a, 4b) jeweils aus einem ersten Metall bestehen oder aus zwei verschiedenen Metallen zur Erzeugung einer (ersten) Legierung bestehen, – dass die beiden zweiten Drähte (7a, 7b) jeweils aus einem zweiten Metall bestehen oder aus zwei verschiedenen Metallen zur Erzeugung einer (zweiten) Legierung bestehen.Method according to claim 2, characterized in that - the two first wires ( 4a . 4b ) each consist of a first metal or consist of two different metals to produce a (first) alloy, - that the two second wires ( 7a . 7b ) each consist of a second metal or consist of two different metals to produce a (second) alloy. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schmelze der ersten Drähte (4a, 4b) und die zweite Schmelze der zweiten Drähte (7a, 7b) simultan erzeugt und auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the first melt of the first wires ( 4a . 4b ) and the second melt of the second wires ( 7a . 7b ) are generated simultaneously and thrown onto the workpiece surface. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schmelze und die zweite Schmelze so ausgewählt werden und so auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden, dass sie auf der Werkstückoberfläche eine vorbestimmte Beschichtungslegierung bilden.Method according to claim 4, characterized in that that the first melt and the second melt so selected be hurled and so on the workpiece surface be that they work on the workpiece surface form predetermined coating alloy. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schmelze der ersten Drähte (4a, 4b) und die zweite Schmelze der zweiten Drähte (7a, 7b) zeitlich versetzt erzeugt und auf die Werkstückoberfläche geschleudert werden.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the first melt of the first wires ( 4a . 4b ) and the second melt of the second wires ( 7a . 7b ) are generated offset in time and thrown onto the workpiece surface. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schmelze und die zweite Schmelze so ausgewählt werden, dass die zuerst auf die Werkstückoberfläche geschleuderte Schmelze auf der Werkstückoberfläche eine vorbestimmte Grundierungsbeschichtung bildet und die danach auf die Werkstückoberfläche geschleuderte Schmelze auf der Grundierungsbeschichtung eine vorbestimmte Funktionsbeschichtung bildet.Method according to Claim 6, characterized that the first melt and the second melt so selected be that first on the workpiece surface spun melt on the workpiece surface forms a predetermined primer coating and thereafter on the workpiece surface thrown melt on the primer coating a predetermined functional coating forms. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Lichtbogendrahtspritzverfahrens ein Lichtbogendrahtbrenner (1) verwendet wird, dessen Brennerkopf (2) ein Drahtzuführsystem (3, 6) zum Zuführen von den zwei Drähten (4a, 4b) zu dem einen am Brennerkopf (2) erzeugbaren Lichtbogen (5) oder von den vier Drähten (4a, 4b, 7a, 7b) zu den zwei am Brennerkopf (2) gleichzeitig oder abwechselnd erzeugbaren Lichtbogen (5, 8) sowie ein Gasführungssystem (9, 11) zum Zuführen einer Gasströmung (10, 12) zu dem einen Lichtbogen (5) oder zu den zwei Lichtbogen (5, 8) aufweist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that for carrying out the Lichtbogendrahtspritzverfahrens a Lichtbogendrahtbrenner ( 1 ) is used, the burner head ( 2 ) a wire feed system ( 3 . 6 ) for feeding the two wires ( 4a . 4b ) to the one at the burner head ( 2 ) producible arc ( 5 ) or of the four wires ( 4a . 4b . 7a . 7b ) to the two at the burner head ( 2 ) simultaneously or alternately producible arc ( 5 . 8th ) and a gas guidance system ( 9 . 11 ) for supplying a gas flow ( 10 . 12 ) to the one arc ( 5 ) or to the two arcs ( 5 . 8th ) having.
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