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Die
Erfindung betrifft eine Spritzvorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen nach
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
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Aus
dem Stand der Technik ist, wie in
DE 103 05 840 A1 beschrieben, ein Verfahren
zur Erzeugung thermisch gespritzter Metallbeschichtungen mit Zusätzen
bekannt. Die Zylinderwände eines Leichtmetall-Motorblockes
werden mit einer auf Eisen beruhenden Beschichtung, die Aluminium
enthält, unter Verwendung einer HVOF-Vorrichtung thermisch spritzbeschichtet.
Ein auf Eisen beruhender Draht wird der HVOF-Vorrichtung zugeführt,
um ein vorderes Ende des Drahtes in einer Hochtemperaturzone der
Vorrichtung anzuordnen. Strahlströmungen von Sauerstoff
und gasförmigem Brennstoff werden der Hochtemperaturzone
zugeführt und verbrannt, um Wärme zu erzeugen
und somit das vordere Ende zu schmelzen. Der Sauerstoff wird bezüglich
des gasförmigen Brennstoffes im Überschuss zugeführt.
Der überschüssige Sauerstoff reagiert mit einem
Anteil des auf Eisen beruhenden Vorschubdrahtes in einer exothermen
Reaktion und verbrennt diesen, um eine wesentliche ergänzende
Wärme in der HVOF-Vorrichtung zu erzeugen. Das geschmolzene/verbrannte Metall
wird mit der Vorrichtung durch die Strahlströmung der Gase
auf die Wände des Zylinders aufgespritzt.
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In
der
DE 690 03 808
T2 werden ein Verfahren und ein Apparat zum Auftragen von
Metall auf eine interne zylindrische Oberfläche unter Verwendung
eines Metallspritzverfahrens mit einem Lichtbogen mit einer verbrauchbaren
Elektrode und einer nicht verbrauchbaren Elektrode beschrieben.
Die nicht verbrauchbare Elektrode dreht sich um eine erste Achse.
Die verbrauchbare Elektrode wird in einer Richtung im Allgemeinen
parallel zur ersten Achse zugeführt, dreht sich aber nicht
um die eigene Achse. Es wird ein Lichtbogen zwischen den Elektroden
gezündet und Zerstäubergas durch den Lichtbogen
in einem Winkel zur ersten Achse geleitet, damit schmelzflüssiges
Metall im Lichtbogen zerstäubt und vorwärts transportiert
werden kann und auf der Oberfläche aufgetragen werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spritzvorrichtung
sowie ein verbessertes Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spritzvorrichtung
zum Lichtbogendrahtspritzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Eine
Spritzvorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen umfasst eine drahtförmige
verbrauchbare Elektrode, eine nicht verbrauchbare Elektrode, eine
Energiequelle zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Lichtbogens
zwischen den beiden Elektroden und eine Drahtvorschubeinrichtung
zur Nachführung der drahtförmigen verbrauchbaren
Elektrode.
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Erfindungsgemäß ist
mittels einer Steuereinheit, welche mit der Energiequelle und der
Drahtvorschubeinrichtung verbunden ist, eine Spannung und/oder eine
Stromstärke der Energiequelle überwachbar und
eine Drahtvorschubgeschwindigkeit der Drahtvorschubeinrichtung in
Abhängigkeit von der Stromstärke und/oder der
Spannung der Energiequelle von der Steuereinheit automatisch regelbar. Dadurch
ist zweckmäßigerweise bei einem Anstieg der Stromstärke
und/oder der Spannung über einen vorgegebenen oberen Grenzwert
die Drahtvorschubgeschwindigkeit von der Steuereinheit automatisch steigerbar
bzw. bei einem Abfall der Stromstärke und/oder der Spannung
unter einen vorgegebenen unteren Grenzwert die Drahtvorschubgeschwindigkeit
von der Steuereinheit automatisch absenkbar. Die oberen Grenzwerte
und die unteren Grenzwerte für die Stromstärke
und/oder die Spannung sind vorzugsweise in Abhängigkeit
von einem Material der drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode
vorgebbar.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Lösung ist ein
Abstand der beiden Elektroden und dadurch eine Länge des
Lichtbogens und insbesondere eine Position des Lichtbogens in Bezug
zu einer Zerstäubergaszuführung zum Lichtbogen
und in Bezug zu einer Spritzdüse konstant haltbar, wodurch
ein eng begrenzter, exakt ausgerichteter und durch ein optimales
Abschmelzen der verbrauchbaren Elektrode besonders homogener Partikelstrahl
der Spritzvorrichtung erzielbar ist. Daraus resultiert eine optimale
Beschichtung, d. h. ein optimal dicker und optimal verteilter Materialauftrag
auf einer zu beschichtenden Fläche und ein minimaler so
genannter Overspray, wodurch auch eine Reduzierung eines Materialeinsatzes
erzielbar ist. Als Overspray werden Spritzpartikel bezeichnet, welche
außerhalb eines zu beschichtenden Bereiches auftreffen,
woraus aufwändige, zeit- und kostenintensive Nacharbeiten
eines derart beschichteten Werkstücks und ein erhöhter
Materialeinsatz resultieren. Des Weiteren ist durch die erfindungsgemäße
Lösung ein Erlöschen des Lichtbogens und ein aufwändiges
erneutes Zünden mit daraus resultierenden Unterbrechungen
eines Beschichtungsablaufs und damit verbundene Gefahren für
eine Beschichtungsqualität vermeidbar.
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In
einem Brenner der Spritzvorrichtung ist eine Zuführung
eines Zerstäubergases zum Lichtbogen angeordnet. Die nicht
verbrauchbare Elektrode ist mit dem Brenner fest verbunden angeordnet
und die drahtförmige verbrauchbare Elektrode ist mittels der
Drahtvorschubeinrichtung in Richtung der nicht verbrauchbaren Elektrode
in den Brenner hinein vorschiebbar. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform umfasst der Brenner eine Spritzdüse,
welche in Strömungsrichtung des Zerstäubergases
hinter dem Lichtbogen angeordnet ist. Durch diese Düse ist
der Partikelstrahl zusätzlich bündelbar, richtbar und
beschleunigbar, wodurch eine dichtere Beschichtung mit geringerer
Porosität erzeugbar ist. Des Weiteren ist durch diesen
geschlossenen Brenner die Spritzvorrichtung gegen Verschmutzung durch
Spritzstaub geschützt.
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Bevorzugt
ist der Brenner derart gelagert, dass er um die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode herum drehbar ist. Vorzugsweise sind ein
Behältnis, aus welchem die drahtförmige verbrauchbare Elektrode
dem Lichtbogen zuführbar ist, die Drahtvorschubeinrichtung
und ein Drahtrichter außerhalb des Brenners fest installiert.
Dadurch ist die Spritzvorrichtung sehr kompakt und daher auch zum
Beschichten beispielsweise sehr kleiner Zylinderbohrungen geeignet.
Dadurch sind auch derartige Zylinderbohrungen mittels Lichtbogendrahtspritzen
beschichtbar, wodurch andere, kostenintensivere Beschichtungsverfahren,
beispielsweise unter Verwendung eines Plasmagases, nicht erforderlich
sind. Durch Drehung des Brenners in der Zylinderbohrung ist eine
Fläche der Zylinderbohrung gut beschichtbar und eine großräumige
Bewegung anderer Teile der Spritzvorrichtung vermeidbar. Der Brenner
rotiert um die verbrauchbare Elektrode, diese selbst rotiert nicht.
Dies ist bei einer drahtförmigen Elektrode sehr vorteilhaft,
da auf diese Weise Verwicklungen der drahtförmigen Elektrode
und dadurch bedingte Probleme der Drahtzuführungseinrichtung
vermeidbar sind.
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Vorzugsweise
sind die nicht verbrauchbare Elektrode und die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode axial im Brenner und auf einer Rotationsachse des
Brenners angeordnet. Dadurch ist eine sehr kompakte Bauform erzielbar,
wodurch die bereits geschilderten Anwendungsbereiche zur Beschichtung sehr
kleiner Zylinderbohrungen möglich sind. Durch die axiale
Anordnung und Aufeinanderzuführung der Elektroden ist insbesondere
keine Umlenkung der drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode
erforderlich, wodurch derartige Elektroden in allen nach dem Stand
der Technik üblichen Durchmessern in der Spritzvorrichtung
verarbeitbar sind. Dadurch ist ein sehr großes Einsatzspektrum
für die Spritzvorrichtung gegeben. Durch die axiale Anordnung
der beiden Elektroden sind diese zur Zündung des Lichtbogens
kontaktierbar, wodurch eine Erzeugung eines Hochfrequenzimpulses
zur Zündung des Lichtbogens nicht erforderlich ist.
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Die
nicht verbrauchbare Elektrode besteht bevorzugt aus Wolfram oder
aus mit Wolfram ummanteltem Kupfer und ist besonders bevorzugt ein Hohlkörper,
welcher an einen Kühlkreislauf angeschlossen ist und von
einem Kühlmittel durchströmbar ist. Eine derartige
Elektrode ist sehr verschleißresistent, wobei der Verschleiß durch
eine Kühlung der Elektrode zusätzlich reduzierbar
ist.
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In
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen
mittels der Spritzvorrichtung wird zwischen einer mittels einer
Drahtvorschubeinrichtung nachführbaren drahtförmigen
verbrauchbaren Elektrode und einer nicht verbrauchbaren Elektrode,
welche mit einer Energiequelle verbunden sind, ein Lichtbogen erzeugt
und aufrechterhalten, wobei eine Spannung und/oder eine Stromstärke
der Energiequelle mittels einer Steuereinheit überwacht wird
und eine Drahtvorschubgeschwindigkeit der Drahtvorschubeinrichtung
in Abhängigkeit von der Stromstärke und/oder der
Spannung der Energiequelle von der Steuereinheit automatisch geregelt wird.
Wird ein Abstand der Elektroden und damit der Lichtbogen zwischen
diesen größer, beispielsweise aufgrund einer zu
geringen Drahtvorschubgeschwindigkeit oder aufgrund eines ungleichmäßigen Abschmelzens
der verbrauchbaren Elektrode, steigt eine Leistungsaufnahme der
Spritzvorrichtung, um den längeren Lichtbogen aufrechtzuerhalten.
Daraus resultiert bei einer Konstantstromquelle als Energiequelle
eine Steigerung der Spannung bzw. bei einer Konstantspannungsquelle
als Energiequelle eine Steigerung der Stromstärke. Dies
wird von der Steuereinheit erkannt und daraufhin vorzugsweise die Drahtvorschubgeschwindigkeit
erhöht, wenn ein vorgegebener oberer Grenzwert der Spannung und/oder
der Stromstärke überschritten wird. Analog gilt
dies bei einem zu geringen Abstand der Elektroden, woraufhin bei
einer sinkenden Spannung bzw. sinkenden Stromstärke vorzugsweise
die Spannung und/oder die Stromstärke reduziert wird, wenn
ein vorgegebener unterer Grenzwert der Spannung und/oder der Stromstärke
unterschritten wird. Die entsprechenden Grenzwerte werden zweckmäßigerweise
vor Beginn der Beschichtung entsprechend einem Material der jeweils
eingesetzten drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode vorgegeben.
Auf diese Weise ist ein konstant optimaler Beschichtungsvorgang
sichergestellt.
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Ein
Brenner, in welchem die nicht verbrauchbare Elektrode angeordnet
ist und zu welchem die drahtförmige verbrauchbare Elektrode
mittels der Drahtvorschubeinrichtung zugeführt wird, wird
vorzugsweise um die drahtförmige verbrauchbare Elektrode
herum gedreht, wobei sich die drahtförmige verbrauchbare
Elektrode nicht mitdreht. Das Material der drahtförmigen
verbrauchbaren Elektrode wird durch den Lichtbogen aufgeschmolzen
und mittels eines Zerstäubergases durch eine Spritzdüse
aus dem Brenner heraus auf eine zu beschichtende Oberfläche
aufgespritzt. Dadurch können auch beispielsweise sehr kleine
Zylinderbohrungen optimal beschichtet werden, da ausschließlich
der Brenner in der Bohrung gedreht wird und keine komplexe Bewegung
der gesamten Spritzvorrichtung erforderlich ist. Insbesondere durch
die Spritzdüse wird eine Qualität der Beschichtung
erheblich verbessert und Overspray deutlich reduziert.
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Die
nicht verbrauchbare Elektrode wird vorzugsweise von einem Kühlmittel
durchströmt und gekühlt und besonders bevorzugt
zusätzlich durch das Zerstäubergas umströmt
und gekühlt. Dadurch wird ein Verschleiß dieser
nicht verbrauchbaren Elektrode erheblich reduziert, wodurch einerseits
Wartungskosten und ein Wartungsaufwand reduzierbar sind und andererseits
die Qualität der Beschichtung nicht durch Fremdpartikel,
welche von der nicht verbrauchbaren Elektrode abgelöst
wurden, reduziert wird.
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Die
Spritzvorrichtung und das Verfahren sind beispielsweise zum Beschichten
einer Innenfläche eines Zylinders eines Verbrennungsmotors,
einer Innenfläche eines Pleuelauges eines Verbrennungsmotors
und/oder zum Abscheiden einer Verschleißschutzschicht einsetzbar.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Spritzvorrichtung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Spritzvorrichtung 1.
Die Spritzvorrichtung 1 umfasst einen drehbar gelagerten
Brenner 2, in welchem eine nicht verbrauchbare Elektrode 3 fest
angeordnet ist. Diese nicht verbrauchbare Elektrode 3 ist
beispielsweise aus Wolfram oder aus mit Wolfram ummanteltem Kupfer
und als Hohlkörper ausgebildet, so dass sie von einem Kühlmittel
durchströmbar ist. An dieser nicht verbrauchbaren Elektrode 3 sind zur
Kühlmittelzufuhr Kühlkanäle 4 eines
Kühlkreislaufs angeschlossen. Durch eine Kühlung
der nicht verbrauchbaren Elektrode 3 ist ein Verschleiß erheblich
reduziert. Eine drahtförmige verbrauchbare Elektrode 5 ist
axial auf die nicht verbrauchbare Elektrode 3 mittels einer
Drahtvorschubeinrichtung 6 zuführbar. Zwischen
der Drahtvorschubeinrichtung 6 und dem Brenner 2 ist
ein Drahtrichter 7 angeordnet, um die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode 5, welche beispielsweise von einer
Spule 8, welche in einem Behältnis 9 gelagert
ist, abspulbar ist, gerade gerichtet in den Brenner 2 einzuführen,
um eine axiale Ausrichtung und eine exakte Zuführung der
drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode 5 zur nicht
verbrauchbaren Elektrode 3 sicherzustellen. Durch diese
axiale Ausrichtung der beiden Elektroden 3, 5 zueinander ist
eine Umlenkung der drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode 5 im
Brenner 2 nicht erforderlich, wodurch eine sehr kompakte
Bauform des Brenners 2 und eine Verwendung einer Vielzahl
handelsüblicher drahtförmiger verbrauchbarer Elektroden 5 unterschiedlichster
Durchmessern ermöglicht ist.
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Die
beiden Elektroden 3, 5 sind zu einer Energiezufuhr über
elektrische Leitungen 10 mit einer Energiequelle 11 verbunden,
wobei eine Kontaktierung der drahtförmigen verbrauchbaren
Elektrode 5 im Brenner 2 beispielsweise über
Kontakte 12 einer hier nicht näher dargestellten
Elektrodendrahtführung erfolgt. Die Energiequelle 11 ist
beispielsweise als Konstantstromquelle oder als Konstantspannungsquelle
ausgebildet.
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An
dieser Energiequelle 11 ist zur Überwachung einer
Spannung und/oder einer Stromstärke eine Steuereinheit 13 angeordnet,
welche mit der Drahtvorschubeinrichtung 6 zu einer Regelung
einer Drahtvorschubgeschwindigkeit der Drahtvorschubeinrichtung 6 verbunden
ist. Sowohl die Energiequelle 11 als auch weitere Versorgungsleitungen,
wie beispielsweise eine Zerstäubergasleitung 14 und
Kühlmittelleitungen 15, sind an einen fest stehenden
Teil der Spritzvorrichtung 1, im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
an eine Brennerhalterung 16, angeschlossen.
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Um
die Energie zu den Elektroden 3, 5, das Kühlmittel
zu der nicht verbrauchbaren Elektrode 3 und das Zerstäubergas
zu einer Zerstäubergaszuführung 17 im
drehbar gelagerten Brenner 2 weiterleiten zu können,
sind dazu in der Brennerhalterung 16 und im Brenner 2 entsprechend
abgedichtete, hier nicht näher dargestellte Strömungsstrukturen
für das Zerstäubergas und das Kühlmittel
und entsprechende Kontaktierungen zur Weiterleitung der Energie von
der fest stehenden Brennerhalterung 16 auf den drehbaren
Renner 2 ausgebildet. Eine Energieweiterleitung kann beispielsweise über
Schleifkontakte an Brenner 2 und Brennerhalterung 16 erfolgen.
Zur Kühlmittel- und Zerstäubergasweiterleitung
sind in der Brennerhalterung 16 beispielsweise kreisförmig verlaufende
Kanalstrukturen ausgebildet.
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Zur
Zerstäubergaszuführung 17 zu einem Lichtbogen 18 zwischen
den Elektroden 3, 5 sind im Brenner 2 ein
Hauptkanal 19 und im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Nebenkanäle 20 angeordnet. Der Hauptkanal 19 ist
senkrecht zu den Elektroden 3, 5 auf den Lichtbogen 18 gerichtet
angeordnet, wobei der Hauptkanal 19 der Zerstäubergaszuführung 17,
der Lichtbogen 18 und eine Spritzdüse 21 axial
hintereinander angeordnet sind, so dass von der drahtförmigen
verbrauchbaren Elektrode 5 durch den Lichtbogen 18 aufgeschmolzenes
Material durch einen Zerstäubergasstrom mitreißbar
ist und der sich dabei bildende Partikelstrahl durch die Spritzdüse 21 aus
dem Brenner 2 austritt. Die Nebenkanäle 20 der Zerstäubergaszuführung 17 sind
in einem spitzen Winkel zum Hauptkanal 19 der Zerstäubergaszuführung 17 angeordnet.
Dadurch ist eine Strömung des Zerstäubergases
bündelbar und eine Verschmutzung der Zerstäubergaszuführung 17 durch
abgelagerte Spritzpartikel verhinderbar.
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In
einem Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen mittels der Spritzvorrichtung 1 wird
der Brenner 2 der Spritzvorrichtung 1 zweckmäßigerweise
zentriert beispielsweise vertikal in eine hier nicht dargestellte
vertikal verlaufende Zylinderbohrung eines Motorblocks eingeführt,
wobei die Spritzvorrichtung 1 beispielsweise mittels der
Brennerhalterung 16 an einem hier nicht dargestellten Roboterarm
eines Industrieroboters befestigt ist. Mittels dieses Roboterarms
sind vertikale Bewegungen ausführbar, um die Zylinderbohrung über
ihre gesamte Längenausdehnung im Motorblock beschichten
zu können. Durch gleichzeitige oder mit dieser Vertikalbewegung abwechselnde
Drehbewegungen des drehbar gelagerten Brenners 2 wird die
Spritzdüse 21 des Brenners 2 derart ausgerichtet,
dass eine gesamte Innenfläche der Zylinderbohrung beschichtet
werden kann. Aufgrund der kompakten Bauweise des Brenners 2 ist
dieser auch zur Beschichtung sehr kleiner Zylinderbohrungen geeignet.
Des Weiteren ist diese Spritzvorrichtung 1 beispielsweise
auch zur Beschichtung eines Pleuelauges einsetzbar, insbesondere
aufgrund ihrer kompakten Bauweise und des sehr gut ausgerichteten
und eng begrenzten Partikelstrahls, wodurch ein Overspray deutlich
reduziert wird, d. h. Spritzpartikel, welche nicht auf einer zu
beschichtenden Fläche auftreffen.
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Der
Lichtbogen 18 zwischen den beiden Elektroden 3, 5 wird
durch eine Kontaktierung der beiden Elektroden 3, 5 gezündet,
wodurch keine Erzeugung eines Hochfrequenzimpulses zur Zündung des
Lichtbogens 18 erforderlich ist. Nach der Zündung
des Lichtbogens 18 werden die Spannung und/oder die Stromstärke
der Energiequelle 11 von der Steuereinheit 13 überwacht.
Steigt eine Länge des Lichtbogens 18 an, d. h.
ein Abstand zwischen den Elektroden 3, 5 wird
größer, so ist eine erhöhte Energiezufuhr
erforderlich, um den Lichtbogen 18 aufrechtzuerhalten.
Daraus resultiert eine erhöhte Leistungsaufnahme an der
Energiequelle 11, wodurch die Spannung und/oder die Stromstärke
der Energiequelle 11 ansteigt. Steigen die Spannung und/oder
die Stromstärke der Energiequelle 11 über einen
vorgegebenen Grenzwert an, wird von der Steuereinheit 13 automatisch
die Drahtvorschubgeschwindigkeit der Drahtvorschubeinrichtung 6 gesteigert.
Der Abstand der Elektroden 3, 5 zueinander wird
geringer und eine optimale Länge des Lichtbogens 18 stellt
sich wieder ein. Analog dazu ist ein zu kleiner Abstand der Elektroden 3, 5 zueinander,
d. h. eine zu geringe Länge des Lichtbogens 18,
mit einer geringeren Leistungsaufnahme an der Energiequelle 11 verbunden,
d. h. die Spannung und/oder die Stromstärke der Energiequelle 11 sinken.
In diesem Fall wird von der Steuereinheit 13 automatisch
die Drahtvorschubgeschwindigkeit der Drahtvorschubeinrichtung 6 reduziert,
wodurch sich wieder eine optimale Länge des Lichtbogens 18 einstellt.
Die Grenzwerte für die Spannung und/oder die Stromstärke werden
zweckmäßigerweise vor Beginn der Beschichtung
in Abhängigkeit vom jeweils eingesetzten Material der drahtförmigen
verbrauchbaren Elektrode 5 vorgegeben.
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Eine
dauerhaft optimale Länge des Lichtbogens 18 der
Spritzvorrichtung 1 weist eine Reihe von Vorteilen auf.
So ist durch die konstant optimale Länge des Lichtbogens 18 auch
eine Position des Lichtbogens 18 in Bezug zur Zerstäubergaszuführung 17 und
in Bezug zur Spritzdüse 21 konstant haltbar, wodurch
ein eng begrenzter, exakt ausgerichteter und durch ein optimales
Abschmelzen der drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode 5 besonders
homogener Partikelstrahl der Spritzvorrichtung 1 erzielbar
ist. Daraus resultiert eine optimale Beschichtung, d. h. ein optimal
dicker und optimal verteilter Materialauftrag auf einer zu beschichtenden
Fläche und eine Reduzierung des Overspray, wodurch eine
Reduzierung eines Materialeinsatzes sowie eine Reduzierung aufwändiger,
zeit- und kostenintensiver Nacharbeiten an einem derart beschichteten
Werkstück zur Entfernung des Overspray erzielbar sind.
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Des
Weiteren ist durch eine optimale Länge des Lichtbogens 18 ein
Erlöschen des Lichtbogens 18 und ein aufwändiges
erneutes Zünden mit daraus resultierenden Unterbrechungen
eines Beschichtungsablaufs und damit verbundene Gefahren für eine
Beschichtungsqualität vermeidbar. Insbesondere bei drahtförmigen
verbrauchbaren Elektroden 5, deren Material viele verschiedene
Legierungsbestandteile aufweist und welche beispielsweise als Fülldrähte
ausgeführt sind, ist häufig ein unregelmäßiges
Aufschmelzen zu beobachten. In der Spritzvorrichtung 1 können
auch derartige drahtförmige verbrauchbare Elektroden 5 problemlos
und mit einer optimalen Länge des Lichtbogens 18 eingesetzt
werden. Durch eine nicht optimale Länge des Lichtbogens 18 und
eine daraus resultierende nicht optimale Positionierung des Lichtbogens 18 in
Bezug auf die Zerstäubergaszuführung 17 und
die Spritzdüse 21 ist auch der Partikelstrahl
nicht optimal ausgerichtet. Daraus resultiert ein abweichender Durchtritt
des Partikelstrahls durch die Spritzdüse 21, wodurch
diese mit Spritzpartikeln verstopft. Auch dies ist durch eine dauerhafte
und konstante Sicherstellung einer optimalen Länge des
Lichtbogens 18 vermeidbar.
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Die
Beschichtung beispielsweise der Innenfläche der Zylinderbohrung
erfolgt, indem der Brenner 2 in der vertikal ausgerichteten
Zylinderbohrung mittels des Roboterarms vertikal bewegt wird und sich
gleichzeitig oder abwechselnd der Brenner 2 dreht. Eine
Drehbewegung des Brenners 2 erfolgt um die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode 5 herum, welche sich selbst nicht
dreht, d. h. die drahtförmige verbrauchbare Elektrode 5 bildet
eine Rotationsachse des Brenners 2. Die Drehbewegung des
Brenners 2 kann beispielsweise mittels eines hier nicht
dargestellten Riemenantriebs erfolgen. Während des Spritzvorgangs
wird die nicht verbrauchbare Elektrode 3, welche beispielsweise
aus Wolfram oder aus mit Wolfram ummanteltem Kupfer ist und als
Hohlkörper ausgebildet ist, ständig von Kühlmittel
durchströmt. Durch eine derartige Kühlung wird
ein Verschleiß der nicht verbrauchbaren Elektrode 3 deutlich reduziert.
Dadurch werden einerseits Wartungskosten und ein Wartungsaufwand
reduziert und andererseits die Qualität der Beschichtung
nicht durch Fremdpartikel, welche von der nicht verbrauchbaren Elektrode 3 abgelöst
wurden, beeinträchtigt.
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Während
des Beschichtungsvorgangs wird dem Lichtbogen 18 ständig
Zerstäubergas zugeführt, im Wesentlichen durch
den Hauptkanal 19 der Zerstäubergaszuführung 17 senkrecht
zu den Elektroden 3, 5 bzw. zum Lichtbogen 18.
Beim Durchströmen des Lichtbogens 18 werden von
der drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode 5 abgeschmolzene Partikel
mitgerissen. Der dadurch gebildete Partikelstrahl tritt durch die
Spritzdüse 21 aus dem Brenner 2 aus,
wobei er durch die Spritzdüse 21 gebündelt und
zusätzlich beschleunigt wird. Dadurch trifft der Partikelstrahl
im Vergleich zu Verfahren und Spritzvorrichtungen nach dem Stand
der Technik mit höherer kinetischer Energie auf der zu
beschichtenden Fläche auf, wodurch eine bessere Haftung
der Beschichtung erzielt wird. Durch den exakt ausgerichteten und
gebündelten Partikelstrahl, ermöglicht durch die
optimale Länge des Lichtbogens 18, die Spritzdüse 21 und
die Bündelung des Zerstäubergasstroms durch die
Nebenkanäle 20 der Zerstäubergaszuführung 17,
wird eine optimale Beschichtung und eine deutliche Reduzierung des
Overspray erreicht. Ein vorteilhafter Nebeneffekt der Zerstäubergaszuführung 17 ist,
insbesondere wenn, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel
das Zerstäubergas nicht nur durch den Lichtbogen 18 strömt,
sondern auch die nicht verbrauchbare Elektrode 3 umströmt,
eine zusätzliche Kühlung der nicht verbrauchbaren
Elektrode 3 durch das Zerstäubergas, wodurch der
Verschleiß dieser nicht verbrauchbaren Elektrode 3 weiter
reduziert wird.
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Während
des gesamten Beschichtungsvorgangs führt ausschließlich
der drehbar gelagerte Brenner 2, inklusive aller fest in
diesem installierten Teile, eine Drehbewegung aus, d. h. alle weiteren
Teile der Spritzvorrichtung 1, insbesondere auch die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode 5, drehen sich nicht mit. Eine
aufwändige Drehbewegung der gesamten Spritzvorrichtung 1,
welche durch vielfältige Behinderungen praktisch nicht
möglich ist, ist nicht erforderlich. Da sich die drahtförmige
verbrauchbare Elektrode 5 nicht dreht, werden Verwicklungen
dieser drahtförmigen verbrauchbaren Elektrode 5 vermieden
und diese kann optimal ausgerichtet dem Lichtbogen 18 zugeführt
werden.
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- 1
- Spritzvorrichtung
- 2
- Brenner
- 3
- nicht
verbrauchbare Elektrode
- 4
- Kühlkanäle
- 5
- verbrauchbare
Elektrode
- 6
- Drahtvorschubeinrichtung
- 7
- Drahtrichter
- 8
- Spule
- 9
- Behältnis
- 10
- elektrische
Leitung
- 11
- Energiequelle
- 12
- Kontakte
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Zerstäubergasleitung
- 15
- Kühlmittelleitungen
- 16
- Brennerhalterung
- 17
- Zerstäubergaszuführung
- 18
- Lichtbogen
- 19
- Hauptkanal
- 20
- Nebenkanal
- 21
- Spritzdüse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10305840
A [0002]
- - DE 69003808 T2 [0003]