DE102009031360A1

DE102009031360A1 - Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung

Info

Publication number: DE102009031360A1
Application number: DE200910031360
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Wagener; Wolfram Enke; Georg Bartholomie
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Drahtfördereinrichtung, welche dazu vorgesehen ist, einem Drahtverbraucher Draht zuzuführen, wobei eine Erregereinrichtung vorgesehen ist, die dazu bestimmt ist, den Draht in Schwingungen zu versetzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei verschiedenen Fertigungsverfahren werden „Drahtverbraucher” eingesetzt, denen kontinuierlich oder diskontinuierlich mittels einer Drahtfördereinrichtung Draht zugeführt wird. Bei dem Drahtverbraucher kann es sich beispielsweise um eine Schweißpistole, eine Plasmabeschichtungsanlage oder um eine Lichtbogendrahtspritzeinrichtung handeln. Jede dieser Anlagen weist üblicherweise einen oder mehrere kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführte Drähte auf, der in einem Plasma oder in einem Lichtbogen abschmilzt. Dabei entstehen feinste Drahtpartikel, die auf eine zu beschichtende Oberfläche katapultiert werden.
Der Draht bzw. die Drähte (üblicherweise bis zu 5 Drähte) werden diesen Einrichtungen üblicherweise mittels Fördereinrichtungen zugeführt, die durch Antriebsrollenpaare gebildet sind. Die Drähte erstrecken sich jeweils zwischen zwei Antriebsrollen hindurch und werden reibschlüssig durch Drehen der Antriebsrollen transportiert. Die Antriebsrollen drehen sich üblicherweise mit konstanter Geschwindigkeit und erzeugen somit einen konstanten Drahtvorschub. In der Schweißpistole bzw. der Lichtbogendrahtspritzeinrichtung wird der Draht bzw. werden die Drähte mit Wechselstrom aufgeschmolzen.
Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen haben gezeigt, dass bei „Zwei-Draht-Lichtbogendrahtspritzeinrichtungen” die Drähte immer abwechselnd „getaktet” stückweise abschmelzen, d. h. abwechselnd und diskontinuierlich. Es schmilzt also abwechselnd ein Stück des einen Drahtes ab, dann ein Stück des anderen Drahtes usw. Beim Lichtbogendrahtspritzen ist das Prozessfenster hauptsächlich durch den Abstand der Drähte und durch den Winkel, den die Drähte miteinander einschließen, bestimmt. Das abwechselnde, diskontinuierliche Abschmelzen beeinträchtigt zusätzlich die Qualität der Schweißflamme bzw. des Lichtbogens, derart, dass es zu einer inhomogenen, flackernden Flamme bzw. zu einem inhomogenen, flackernden, relativ breiten Lichtbogen kommt, was unerwünscht ist und das Prozessfenster verkleinert. Die Ausgeprägtheit dieses Effektes (diskontinuierliches Abschmelzen des Drahts bzw. der Drähte) ist zum einen abhängig vom Drahtwerkstoff, der genutzten Schmelzenergie (z. B. Plasmaflamme oder beim Lichtbogenspritzen die Einstellung der Stromquelle bezüglich Spannung und Strom), den Draht-Querschnittsflächen (Nutzung von Volldrähten oder Hohldrähten) und dem Drahtquerschnitt (z. B. 1,5 mm) an sich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung zu schaffen, bei dem der im bzw. am Drahtverbraucher erfolgende Materialabtrag des Drahtes möglichst kontinuierlich erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Drahtverbraucher mit einer Drahtfördereinrichtung, welche dazu vorgesehen ist, dem Drahtverbraucher Draht zuzuführen. Der Kern der Erfindung besteht in einer „Erregereinrichtung”, die dazu vorgesehen ist, den Draht in mechanische Schwingungen zu versetzen.
Die Schwingungen des Drahts sind vorzugsweise in definierter Weise so angepasst, dass sich eine optimale Fertigungsqualität ergibt.
Durch die Schwingungsanregung des Drahts wird im Vergleich zu herkömmlichen Schweißpistolen bzw. Lichtbogendrahtspritzeinrichtungen ein wesentlich kontinuierlicherer Materialabtrag am Draht erreicht. Dies wirkt sich positiv auf die Brennflamme bzw. den Lichtbogen aus. Die Brennflamme bzw. der Lichtbogen werden kleiner, fokussierter und somit homogener und ruhiger, was sich wiederum positiv auf die Schweißnahtqualität bzw. die Qualität der herzustellenden Beschichtung auswirkt und im Ergebnis ein größeres Prozessfenster ergibt, z. B. hinsichtlich des Drahtabstands und des Winkels, den die Drähte miteinander einschließen.
Die Erregereinrichtung kann so angeordnet sein, dass sie unmittelbar auf den Draht einwirkt und/oder mittelbar über eine oder mehrere Komponenten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Erregereinrichtung auf eine Drahtfördereinrichtung, eine Drahtumlenkeinrichtung oder eine Abstreifeinrichtung, die zum Abstreifen von auf der Drahtoberfläche befindlichen Substanzen vorgesehen ist, einwirkt. In dem beschriebenen Fall wird der Draht somit nicht unmittelbar, sondern mittelbar über mindestens eine „zwischengeschaltete Komponente” mittels der Erregereinrichtung in mechanische Schwingungen versetzt.
Die Erregereinrichtung kann beispielsweise durch einen Ultraschallschwinger, einen Piezokristall, einen Elektromotor mit Exzentereinrichtung oder durch einen andersartigen ausgestalteten schwingungserzeugenden Aktor gebildet sein.
Wie bereits erläutert, ist bei herkömmlichen Lichtbogendrahtspritzeinrichtungen zu beobachten, dass die Drähte abwechselnd diskontinuierlich abschmelzen. Um ein gleichmäßigeres Abschmelzen der Drähte zu erreichen, ist die Erregerfrequenz, mittels der der Draht bzw. die Drähte in Schwingungen versetzt werden, auf die „Abbrennfrequenz” der Drähte abzustimmen, die von Drahtlegierung, Drahtdurchmesser, Drahtform oder Lichtbogenzündenergie abhängt.
Im Ergebnis kommt es durch die Schwingungsanregung des Drahts bzw. der Drähte zu einer Überlagerung der Anregungsfrequenz und der Abbrennfrequenz, wodurch eine Beruhigung der Flamme bzw. des Lichtbogens und somit ein gleichmäßigerer Drahtabbrand erreicht wird, was wiederum zu einer verbesserten Schweißnahtqualität bzw. zu einer höheren Qualität der herzustellenden thermischen Beschichtung bzw. zu einer höheren Schweißnahtqualität führt.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die 1 und 2 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung.
1 zeigte eine Drahtfördereinrichtung 1, welche einen Draht 2 zu einem hier nicht näher dargestellten „Drahtverbraucher” fördert, bei dem es sich beispielsweise um eine Lichtbogendrahtspritzeinrichtung handeln kann.
Bei „Eindraht-Einrichtungen” (z. B. Schweißpistiole) wird eine Drahtfördereinrichtung 1 eingesetzt. Bei „Mehrdraht-Einrichtungen” (zwei bis fünf Drähte) können eine Drahtfördereinrichtung oder mehrere Drahtfördereinrichtungen (z. B. fünf Drahtfördereinrichtungen) zum Einsatz kommen, die dann z. B. parallel, einzeln, d. h. unabhängig voneinander oder „gekoppelt” angesteuert werden.
Der Draht 2 ist zwischen zwei Förderrollen 3, 4 eingeklemmt, die gegeneinander verspannt sind, was schematisch durch zwei federartige Elemente 5, 6 angedeutet ist. Die beiden Förderrollen 3, 4 werden gegensinnig angetrieben, was zu einem entsprechenden Drahtvorschub führt. Über Kopplungselemente 6, 7 sind die beiden Drahtförderrollen 3, 4jeweils mit einer zugeordneten Erregereinrichtung 8, 9 gekoppelt. Bei den Erregereinrichtungen 8, 9 kann es sich beispielsweise um einen Ultraschallschwinger, um einen Piezokristall oder um einen elektromotorisch angetriebenen Exzentertrieb handeln. Die beiden Erregereinrichtungen 8, 9 übertragen über die zugeordneten Kopplungselemente 6, 7 mechanische Schwingungen auf die Antriebsrollen 3, 4 und somit auf den zu fördernden Draht 2. Im Ergebnis wird der Draht 2 zu mechanischen Schwingungen in Richtung des Pfeils 10 angeregt.
2 zeigt eine sehr ähnliche Drahtfördereinrichtung 1. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 wirkt der Erreger 8 nicht nur mittelbar, sondern unmittelbar auf den Draht 2 ein. Der Erreger 8 versetzt somit unmittelbar den Draht 2 in mechanische Schwingungen in Richtung des Pfeils 11.
Denkbar ist auch eine Kombination der in den 1 und 2 gezeigten Anordnungen, so dass sich die Schwingungen in Richtung der Pfeile 10 bzw. 11 überlagern. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch eine Schrägstellung (z. B. 45°) der in 2 gezeigten Erregereinrichtung zweckmäßig sein.
Zur Anwendung kann beispielsweise ein Volldraht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung kommen, der einen Drahtdurchmesser im Bereich zwischen 0,8 mm und 5 mm aufweist, und der mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 Hz und 50 kHz angeregt wird.
Alternativ dazu kann ein Hohldraht aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung zur Anwendung kommen, der einen Drahtdurchmesser im Bereich zwischen 1,0 mm und 4 mm aufweist, und der mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 Hz und 1 MHz angeregt wird.
Alternativ dazu kann ein Volldraht aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung zur Anwendung kommen, der einen Drahtdurchmesser im Bereich zwischen 0,8 mm und 3 mm aufweist, und der mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 Hz und 10 kHz angeregt wird.

Claims

Drahtfördereinrichtung (1), welche dazu vorgesehen ist, einem Drahtverbraucher Draht (2) zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erregereinrichtung (8, 9) vorgesehen ist, die dazu bestimmt ist, den Draht (2) in Schwingungen zu versetzen.
Drahtfördereinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinrichtung (8, 9) so angeordnet ist, dass sie die Drahtfördereinrichtung (1) in Schwingungen versetzt, wobei die Schwingungen von der Drahtfördereinrichtung (1) auf den Draht (2) übertragen werden.
Drahtfördereinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinrichtung (8) so angeordnet ist, dass sie unmittelbar den Draht (2) in Schwingungen versetzt.
Drahtfördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Erregereinrichtung (8, 9) um einen Ultraschallschwinger handelt.
Drahtfördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinrichtung (8, 9) einen Piezokristall aufweist.
Drahtfördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinrichtung (8, 9) eine elektromotorisch angetriebene Exzentereinrichtung aufweist.
Drahtfördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Drahtverbraucher um eine Lichtbogendrahtspritzeinrichtung mit mindestens zwei Drähten (2) handelt, denen jeweils eine Erregereinrichtung (8, 9) zugeordnet ist.
Drahtfördereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Drahtverbraucher um eine Schweißpistole handelt.