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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 198 41 617 A1 beschrieben, eine rotierende Drahtlichtbogenspritzanlage zur Beschichtung von Innenflächen bekannt. Die Vorrichtung zum thermischen Beschichten der Innenwände von Hohlkörpern umfasst eine Innenspritzeinrichtung, welche einen um seine Längsachse drehbaren Brennerschaft aufweist, an dessen einem Ende eine Nachschubeinrichtung für Beschichtungsmedien und an dessen anderem Ende ein Innenbrenner vorgesehen ist. Der Innenbrenner ist derart ausgebildet, dass die Beschichtungsmedien radial austreten. Der Innenbrenner ist als hohler Drahtlichtbogen-Innenbrenner ausgebildet, mit einem Brennerkopf, welcher zwei von der Nachschubeinrichtung ausgehende Drähte aufweist, zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist und welcher ferner eine Verteilergasdüse aufweist, die so angeordnet ist, dass das Verteilergas radial austritt. Der Brennerschaft ist drehbar in einer Halterung befestigt und in Form eines Hohlkörpers ausgebildet, durch welchen die Drähte von der Nachschubeinrichtung zum Brennerkopf geführt sind. Die Halterung weist eine in den hohlen Brennerschaft mündende Zufuhreinrichtung für Verteilergas auf.
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In der
DE 10 2008 008 169 A1 wird ein Innenbrenner zum Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, insbesondere von Zylinderlaufflächen, beschrieben. Der Innenbrenner weist zwei aufschmelzbare Elektroden auf, welche in zwei Zuführungskanälen einer Austrittsdüse des Innenbrenners zugeführt werden. Zur elektrischen Energieübertragung sind die beiden Elektroden mit zwei Schleifkontakten verbunden. Die beiden Schleifkontakte sind in Axialrichtung verschiebbar gelagert und mit jeweils einem ebenfalls in Axialrichtung verschiebbar gelagerten Leitelement verbunden. Das jeweilige Leitelement ist dabei über jeweils zumindest eine zugehörige Feder axial vorgespannt und drückt dadurch den Schleifkontakt gegen die Elektrode, wobei die Zuführungskanäle, die Schleifkontakte und die Leitelemente parallel zueinander im Sprühkopf angeordnet sind.
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In der
DE 10 2005 012 360 A1 der Anmelderin, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird, wird ein Lichtbogendrahtbrenner beschrieben. Der Lichtbogendrahtbrenner zum Lichtbogenspritzen umfasst mindestens zwei Brennerrohre zur Zuführung von als Draht ausgebildeten Elektroden, die in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche eines Gegenstands durch das Brennerrohr geführt werden. Der Draht wird über eine drehbar gelagerte, Führungs- und/oder Gleitelemente aufweisende Umlenkeinrichtung geführt, mittels derer der Draht im elastischen Bereich verformt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum thermischen Beschichten anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten von Innenwänden von Hohlkörpern umfasst eine Nachschubeinrichtung für zumindest ein Beschichtungsmaterial und einen um seine Längsachse drehbaren hohlen Brennerschaft, an welchem ein hohler Innenbrenner angeordnet ist, wobei das Beschichtungsmaterial in Form von zwei Drähten von der Nachschubeinrichtung durch den Brennerschaft und den Innenbrenner bis zum Brennerkopf des Innenbrenners führbar ist.
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Erfindungsgemäß ist der Innenbrenner derart ausgebildet, dass die Drähte durch eine seitliche Austrittsöffnung am Brennerkopf aus dem Innenbrenner herausführbar sind und außerhalb des Innenbrenners zwischen den Drähten ein Lichtbogen zündbar ist.
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Durch das Herausführen der Drähte aus dem Brennerkopf und das Zünden des Lichtbogens erst außerhalb des Brennerkopfes ist die Austrittsöffnung wesentlich kleiner ausführbar, so dass der Lichtbogen wesentlich näher an einer Unterkante des Brennerkopfes zu erzeugen ist. Dies ermöglicht ein vollständiges Innenbeschichten von Hohlkörpern über deren gesamte axiale Ausdehnung, beispielsweise ein vollständiges Beschichten einer gesamten Länge einer Zylinderlaufbahn eines Verbrennungsmotors, wobei der Innenbrenner nicht mehr beispielsweise durch in den Zylinder ragende Kurbelwellelagerstühle behindert ist.
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Des Weiteren ist der Innenbrenner während eines gesamten Beschichtungsvorgangs mit einer gleichmäßig hohen Geschwindigkeit zu bewegen, d. h. sowohl zu drehen als auch axial im Zylinder zu bewegen. Eine Verlangsamung der Bewegung des Innenbrenners bei einer zunehmenden Annäherung an die Kurbelwellenlagerstühle, um eine Kollision des Innenbrenners mit diesen zu vermeiden, ist somit nicht mehr erforderlich. Diese gleichmäßige Bewegung ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung der Zylinderlaufbahn und eine Reduzierung von Overspray, d. h. eine Verschmutzung von nicht zu beschichtenden Bereichen, beispielsweise eines Zylinderkurbelgehäuses, mit dem Beschichtungsmaterial.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine Reduzierung einer Prozesskette zum Beschichten beispielsweise von Zylinderlaufbahnen, da eine Zerspanung an den Kurbelwellenlagerstühlen, d. h. ein Materialabtrag an den Kurbelwellenlagerstühlen, um einen Freigang des Innenbrenners zu ermöglichen, nicht mehr erforderlich ist. Dadurch ist auch eine Festigkeitsminderung der Kurbelwellenlagerstühle, welche aus deren Zerspanung resultiert, vermieden. Zudem sind durch die Vermeidung oder zumindest Reduzierung von Overspray Reinigungsarbeiten zur Entfernung des Oversprays vermeidbar oder zumindest deutlich reduzierbar. Des Weiteren ist der Innenbrenner im Vergleich zu Brennern aus dem Stand der Technik kompakter ausgebildet, d. h. ein Durchmesser des Innenbrenners ist reduziert. Dies ermöglicht ein Innenbeschichten von kleineren Hohlkörpern, d. h. von Innenwänden von Bohrungen mit einem kleineren Durchmesser als dies mit Innenbrennern nach dem Stand der Technik möglich ist. Dabei ist eine gleichbleibend hohe Schichtqualität erzielbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten von Innenwänden von Hohlkörpern,
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2 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Innenbrenners,
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3 schematisch einen Innenbrenner nach dem Stand der Technik,
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4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Brennerflansches und
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5 schematisch einen Innenbrenner mit einem Brennerflansch.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum thermischen Beschichten von Innenwänden von Hohlkörpern, auch als Lichtbogendrahtspritzvorrichtung bezeichnet. Ein derartiger Hohlkörper ist beispielsweise ein in den 2 und 3 dargestellter Zylinder Z eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Nachschubeinrichtung 2 für zumindest ein Beschichtungsmaterial B und einen um seine Längsachse L drehbaren hohlen Brennerschaft 3. Der Brennerschaft 3 ist mit einem entsprechenden, hier nicht näher dargestellten Antrieb zum Rotieren des Brennerschaftes 3 verbunden. Im hier dargestellten Beispiel ist die Nachschubeinrichtung 2, welche zwei Drahtrollen 4 aufweist, im Brennerschaft 3 angeordnet, so dass sie sich mit dem Brennerschaft 3 mitdreht.
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An einem unteren Ende des Brennerschaftes 3 ist ein hohler Innenbrenner 5 angeordnet, welcher sich zusammen mit dem Brennerschaft 3 um seine Längsachse L dreht. Dieser Innenbrenner 5 ist im in 1 schematisch dargestellten Beispiel partiell in den Brennerschaft 3 eingeschoben angeordnet. In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem der Innenbrenner 5 fest mit einem Brennerflansch 6 verbunden ist, über welchen der Innenbrenner 5 mit dem Brennerschaft 3 zu verbinden ist, d. h. der Brennerflansch 6 ermöglicht eine lösbare Verbindung des Innenbrenners 5 mit dem Brennerschaft 3.
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Dadurch sind beispielsweise verschiedene Innenbrenner 5 am selben Brennerschaft 3 zu befestigen, um beispielsweise für einen jeweiligen Beschichtungszweck einen optimalen Innenbrenner 5 verwenden zu können. Des Weiteren ist der Innenbrenner 5 auf diese Weise auch zum Beispiel bei auftretendem Verschleiß gegen einen neuen Innenbrenner 5 austauschbar. Dies ermöglicht schnelle und kostengünstige Wartungsarbeiten, wodurch Stillstandszeiten der Vorrichtung 1 zu Wartungszwecken minimiert sind. Durch den Brennerflansch 6 ist ein Übergang zwischen dem Brennerschaft 3 mit einem großen Durchmesser zum Innenbrenner 5 mit einem deutlich geringeren Durchmesser ausgeformt.
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Das Beschichtungsmaterial B ist in Form von zwei Drähten 8 von der Nachschubeinrichtung 2 durch den Brennerschaft 3 und den Innenbrenner 5 bis in einen Brennerkopf 7 des Innenbrenners 5, welcher an einem unteren Ende des Innenbrenners 5 ausgebildet ist, führbar. Dazu weist die Nachschubeinrichtung 2 einen entsprechenden Antrieb auf, beispielsweise zum Antreiben der Drahtrollen 4 oder zum Antrieb einer anderen geeigneten Vorschubeinrichtung für die Drähte 8. Der Innenbrenner 5 ist, wie in 2 dargestellt, derart ausgebildet, dass die Drähte 8 durch eine seitliche Austrittsöffnung 11 am Brennerkopf 7 aus dem Innenbrenner 5 herausführbar sind und außerhalb des Innenbrenners 5 zwischen den Drähten 8 ein Lichtbogen LB zündbar ist. Durch das Herausführen der Drähte 8 aus dem Brennerkopf 7 und das Zünden des Lichtbogens LB erst außerhalb des Brennerkopfes 7 ist im Vergleich zum in 3 dargestellten Innenbrenner 5 nach dem Stand der Technik die Austrittsöffnung 11 wesentlich kleiner ausführbar und der Lichtbogen LB ist wesentlich näher an einer Unterkante des Brennerkopfes 7 zu erzeugen.
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Im Stand der Technik weist der Lichtbogen LB, welcher hier im Innenbrenner 5, d. h. in der Austrittsöffnung 11 des Innenbrenners 5 erzeugt wird, einen relativ großen Abstand h1 zur Unterkante des Brennerkopfes 7 auf, wie in 3 dargestellt. Dies führt dazu, dass der Innenbrenner 5 beispielsweise bei der hier dargestellten Beschichtung von Zylinderlaufbahnen von Zylindern Z des Verbrennungsmotors durch in den jeweiligen Zylinder Z ragende Kurbelwellenlagerstühle K behindert ist, so dass eine vollständige Beschichtung der Zylinderlaufbahn mit dem Beschichtungsmaterial B über deren gesamte Länge nicht oder nur mit einem erheblichen Zusatzaufwand möglich ist.
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Im in 3 dargestellten Beispiel einer Beschichtung nach dem Stand der Technik weist der Zylinder Z daher nahe dem Kurbelwellenlagerstuhl K einen unbeschichteten Bereich UB auf. Um dies zu vermeiden ist beispielsweise eine Zerspanung an den Kurbelwellenlagerstühlen K erforderlich, d. h. ein Materialabtrag an den Kurbelwellenlagerstühlen K, um einen Freigang des Innenbrenners 5 zu ermöglichen. Aus dieser Zerspanung der Kurbelwellenlagerstühle K resultiert eine Festigkeitsminderung der Kurbelwellenlagerstühle K, welche negative Folgen für eine Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit des Verbrennungsmotors haben kann. Alternativ oder zusätzlich ist bei Verwendung eines Innenbrenners 5 nach dem Stand der Technik eine Verlangsamung der Bewegung des Innenbrenners 5 bei einer zunehmenden Annäherung an die Kurbelwellenlagerstühle K erforderlich, um eine Kollision des Innenbrenners 5 mit diesen zu vermeiden. Dies hat eine stärkere Bildung von Overspray zur Folge, d. h. eine Verschmutzung von nicht zu beschichtenden Bereichen, beispielsweise eines Zylinderkurbelgehäuses, mit dem Beschichtungsmaterial B. Daraus resultieren aufwändige Reinigungsarbeiten zur Entfernung dieses Oversprays.
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Der in 2 dargestellte Innenbrenner 5 weist im Vergleich zum in 3 dargestellten Stand der Technik einen deutlich reduzierten Abstand h2 des Lichtbogens LB zur Unterkante des Brennerkopfes 7 auf. Dies ermöglicht ein vollständiges Innenbeschichten von Hohlkörpern über deren gesamte axiale Ausdehnung, beispielsweise auch eine Innenbeschichtung von Sacklochbohrungen oder, wie in 2 dargestellt, das vollständige Beschichten der gesamten Länge der Zylinderlaufbahn des Zylinders Z des Verbrennungsmotors, wobei der Innenbrenner 5 nicht mehr durch in den jeweiligen Zylinder Z ragende Kurbelwellelagerstühle K behindert ist. Dies ist zusätzlich dadurch begünstigt, dass der Innenbrenner 5 durch die Verlegung des Lichtbogens LB nach außen und die dadurch ermöglichte kleinere Gestaltung der Austrittsöffnung 11, welche jetzt einen geringeren Öffnungswinkel aufweist, und durch die ermöglichte andere Zuführung der Drähte 8 zur Austrittsöffnung 11 kompakter ausgebildet ist, d. h. ein Durchmesser des Innenbrenners 5 ist reduziert. Dies ermöglicht ein Innenbeschichten von kleineren Hohlkörpern, d. h. von Innenwänden von Bohrungen mit einem kleineren Durchmesser als dies mit Innenbrennern 5 nach dem Stand der Technik möglich ist. Dabei ist eine gleichbleibend hohe Schichtqualität erzielbar.
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Die Austrittsöffnung 11 am in 2 dargestellten Innenbrenner 5 dient nicht mehr dem Zünden und Aufrechterhalten des Lichtbogens LB zwischen den Drähten 8, um von diesen Beschichtungsmaterial B abzuschmelzen, sondern lediglich noch dem Herausführen der Drähte 8 aus dem Innenbrenner 5 und dem Zuführen eines Verteilergases zum Lichtbogen LB. Zu diesem Zweck ist im Brennerkopf 7 im Bereich der Austrittsöffnung 11 in nicht näher dargestellter Weise eine Verteilergasdüse 9 zur Zuführung des Verteilergases zum Lichtbogen LB angeordnet. Mittels des Verteilergases ist das Beschichtungsmaterial B, welches mittels des Lichtbogens LB von den Drähten 8 abgeschmolzen ist, als ein Spritzstrahl zur zu beschichtenden Innenfläche des jeweiligen Hohlkörpers beförderbar.
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Der Innenbrenner 5 ist während des gesamten Beschichtungsvorgangs mit einer gleichmäßig hohen Geschwindigkeit zu bewegen, d. h. sowohl zu drehen als auch axial im Zylinder Z zu bewegen. Eine Verlangsamung der Bewegung des Innenbrenners 5 bei einer zunehmenden Annäherung an die Kurbelwellenlagerstühle K, um eine Kollision des Innenbrenners 5 mit diesen zu vermeiden, ist nicht mehr erforderlich. Diese gleichmäßige Bewegung ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung der Zylinderlaufbahn und eine Reduzierung von Overspray. Die Vorrichtung 1 ermöglicht somit eine Reduzierung einer Prozesskette zum Beschichten beispielsweise von Zylinderlaufbahnen, da die Zerspanung an den Kurbelwellenlagerstühlen K zur Schaffung eines Freigangs des Innenbrenners 5 nicht mehr erforderlich ist. Dadurch ist auch die aus der Zerspanung resultierende Festigkeitsminderung der Kurbelwellenlagerstühle K vermieden. Zudem sind durch die Vermeidung oder zumindest Reduzierung von Overspray die Reinigungsarbeiten zur Entfernung des Oversprays vermeidbar oder zumindest deutlich reduzierbar.
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Im Brennerkopf
7 ist des Weiteren in nicht näher dargestellter Weise eine beispielsweise aus Keramik oder Metall, insbesondere aus Hartmetall, ausgebildete Drahtumlenkung
12 zur Umlenkung der Drähte
8 in Richtung der Austrittsöffnung
11 des Brennerkopfes
7 angeordnet. Diese Drahtumlenkung
12 ist bevorzugt als ein zweiteiliges Bauteil ausgebildet, d. h. sie weist in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise eine Abdeckung auf, welche Zweckmäßigerweise ebenfalls aus Keramik oder aus Metall, insbesondere aus Hartmetall, ausgebildet ist. Ausführungsbeispiele von Drahtumlenkungen
12 sind beispielsweise in der
DE 10 2005 012 360 A1 der Anmelderin offenbart, deren vollständiger Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird. Durch die Ausbildung der Drahtumlenkung
12 aus Keramik oder Metall, insbesondere aus Hartmetall, ist die Drahtumlenkung
12 sehr verschleißbeständig, so dass auch über einen langen Einsatzzeitraum eine ordnungsgemäße Umlenkung der Drähte
8 sichergestellt ist und Wartungsarbeiten, Wartungszeiten und Wartungskosten zum Austausch der Drahtumlenkung
12 minimiert sind.
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Die Drahtumlenkung 12 ist beispielsweise skisprungschanzenartig ausgebildet und weist jeweils einen Führungskanal für jeden Draht 8 auf. Diese Führungskanäle sind mit der Abdeckung abgedeckt, so dass die Drähte 8 in den Führungskanälen jeweils über einen gesamten Umfang eingeschlossen und geführt sind, d. h. es ist ein Entweichen aus den Führungskanälen verhindert, wodurch ein plastisches oder elastisches Biegen der Drähte 8 in der Drahtumlenkung 12 erfolgt, um die Drähte 8 in Richtung der Austrittsöffnung 11 umzulenken und zu führen.
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Durch die exakte Führung und definierte Umformung der Drähte 8 in der Drahtumlenkung 12 ist die Drahtumlenkung 12 verkürzt auszubilden, es ist vorteilhafterweise keine vollständig rechtwinklige Drahtumlenkung 12 erforderlich. Auf diese Weise erfordert die Drahtumlenkung 12 einen geringeren Bauraum.
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Eine derartige Umlenkung der Drähte 8 ist vorteilhaft oder erforderlich, um den Lichtbogen LB zu optimieren, Wanderungseffekte des Lichtbogens LB zu verhindern oder zu minimieren und eine Anströmung des Lichtbogens LB mit dem Verteilergas zu optimieren, d. h. insbesondere eine Anordnung des Lichtbogens LB in Bezug zur Verteilergasdüse 9 zu optimieren. Auf diese Weise ist ein Befördern des Beschichtungsmaterials B mittels des Verteilergases in einer vorgegebenen Richtung, mit einer vorgegebenen Stärke und Verteilung und einer vorgegebenen Geschwindigkeit sichergestellt, so dass eine homogene Beschichtung der zu beschichtenden Innenwand des Hohlkörpers in einer vorgegebenen Dicke und mit einer vorgegebenen Ausbildung und Zusammensetzung der aufgetragenen Spritzschicht sichergestellt ist.
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Zur Erzeugung des Lichtbogens LB zwischen den Drähten 8 sind diese über Kontaktiereinheiten 13 mit elektrischer Energie zu beaufschlagen. Diese Kontaktiereinheiten 13 zur elektrischen Kontaktierung der Drähte 8 sind bei den in den 1, 2, 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 außerhalb des Brennerkopfes 7 und auch außerhalb des Innenbrenners 5 angeordnet.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Kontaktiereinheiten 13 im Brennerschaft 3 angeordnet und bei den in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen sind die Kontaktiereinheiten 13 im Brennerflansch 6 angeordnet. In beiden Varianten sind die Kontaktiereinheiten 13 damit in Bereichen der Vorrichtung 1 angeordnet, welche zum Beschichten der Innenwände von Hohlkörpern nicht in den jeweiligen Hohlkörper einzuführen sind, wodurch ein ausreichender Bauraum für die Kontaktiereinheiten 13 zur Verfügung steht.
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Die Kontaktiereinheiten 13 können beispielsweise jeweils als ein Schleifkontakt, als ein Kontaktierstift oder als eine gebogene Kontaktierführung ausgebildet sein. Derartige Kontaktiereinheiten 13 ermöglichen eine gute und verschleißarme elektrische Kontaktierung der aus dem Beschichtungsmaterial B gebildeten Drähte 8, so dass eine ordnungsgemäße Funktion der Vorrichtung 1 über eine lange Einsatzzeit sichergestellt ist und erforderliche Wartungsarbeiten zum Ersetzen verschlissener Kontaktiereinheiten 13 minimiert sind.
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Vorzugsweise sind die Kontaktiereinheiten 13, wie hier dargestellt, jeweils mittels zumindest eines Federelementes 14 an den jeweiligen Draht 8 anpressbar. Die Federelemente 14 sind beispielsweise jeweils als eine Zugfeder oder eine Druckfeder ausgebildet.
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Auf diese Weise ist die elektrische Kontaktierung der Drähte 8 weiter verbessert, da die Kontaktiereinheiten 13 stets mit einem durch die Federelemente 14 vorgegebenen Druck an die Drähte 8 angepresst sind. Dadurch sind beispielsweise Funkenbildungen zwischen den Kontaktiereinheiten 13 und dem jeweiligen Draht 8 verhindert oder zumindest verringert, welche zu einem erhöhten Verschleiß der Kontaktiereinheiten 13 und zu einer schlechten Energieübertragung auf die Drähte 8 führen würden.
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Eine Energieübertragung von einer elektrischen Energiequelle 15 auf die Kontaktiereinheiten 13 erfolgt über eine elektrische Verteilereinheit 16, welche im in 1 dargestellten Beispiel am Brennerschaft 3 angeordnet ist. An diese Verteilereinheit 16 ist eine brennerexterne Energiequelle 15 anschließbar, welche im in 1 dargestellten Beispiel Bestandteil der Vorrichtung 1 ist und zum Beispiel als ein Generator ausgebildet ist. Alternativ ist die Vorrichtung 1 zur Energieversorgung beispielsweise auch mit einem Energieversorgungsnetz als Energiequelle 15 koppelbar. Durch die brennerexterne Energieversorgung sind ein Gewicht und Abmessungen des Brenners, d. h. des Innenbrenners 5 und des Brennerschaftes 3 reduziert, wodurch der Brenner leichter zu handhaben ist, beispielsweise mittels eines Roboterarmes, welcher zum Beispiel mit dem Brennerschaft 3 verbunden ist und mittels welchem der Innenbrenner 5 in den jeweils zu beschichtenden Hohlkörper einführbar und dann insbesondere parallel zu einer Rotationsachse der Bohrung im Hohlkörper bewegbar ist.
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Die Verteilereinheit 16 weist beispielsweise Schleifkontakte auf, welche zum Beispiel als Schleifringe ausgebildet sind. Auf diese Weise ist die elektrische Energie von der elektrischen Verteilereinheit 16 auf die Kontaktiereinheiten 13 im rotierenden Brennerschaft 3 oder Brennerflansch 6 übertragbar. Alternativ ist, falls die Verteilereinheit 16 fest mit dem Brennerschaft 3 verbunden ist und ebenfalls rotiert, die elektrische Energie über die Schleifkontakte von der elektrischen Energiequelle 15 auf die Verteilereinheit 16 übertragbar.
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Mittels einer derartigen Vorrichtung 1 sind, wie bereits beschrieben, beispielsweise Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren thermisch mit homogenen Spritzschichten zu beschichten, wodurch eine Reibleistungsreduktion und dadurch eine Verschleißreduzierung sowie eine Verbrauchsoptimierung und ein reduzierter Kohlenstoffdioxidausstoß erzielbar sind.
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Bei thermischen Beschichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist die Drahtkontaktierung nahe einem Bereich angeordnet, in welchem der Lichtbogen LB zu erzeugen ist, d. h. direkt im Kopf des Brenners. Dadurch ist in diesem Bereich sowie im gesamten Brenner, durch den entsprechende elektrische Versorgungsleitungen zu verlegen sind, ein großer Bauraum erforderlich. Derartige Brenner nach dem Stand der Technik weisen daher einen Durchmesser von mindestens 60 mm auf.
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Durch eine Verlegung der Kontaktiereinheiten 13 aus dem Brennerkopf 7 heraus, d. h. durch deren Anordnung in einem Bereich außerhalb des Brennerkopfes 7, in den hier dargestellten Ausführungsformen im Brennerschaft 3 oder im Brennerflansch 6, ist die Realisierung der kompakten Bauform des Innenbrenners 5 zusätzlich begünstigt, d. h. die Reduzierung des Durchmessers des Innenbrenners 5. Der Innenbrenner 5 weist daher einen Durchmesser von weniger als 60 mm auf, beispielsweise einen Durchmesser von ca. 50 mm.
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Es sind auf diese Weise auch Innenbrenner 5 mit einem Durchmesser von lediglich ca. 40 mm realisierbar. Dies ermöglicht ein Innenbeschichten von kleineren Hohlkörpern, d. h. von Innenwänden von Bohrungen mit einem kleineren Durchmesser, als dies mit thermischen Beschichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik möglich ist. Dabei ist mit der Vorrichtung 1 eine gleichbleibend hohe Schichtqualität erzielbar.
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Aufgrund des geringen Durchmessers des Innenbrenners 5 sind auf diese Weise auch Innenwände von Hohlkörpern mit einem kleinen Durchmesser zu beschichten, beispielsweise Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren, welche Zylinder Z mit einem geringen Durchmesser aufweisen. Zudem sind aufgrund des geringen Durchmessers des Innenbrenners 5, insbesondere bei einem Durchmesser von lediglich ca. 40 mm, beispielsweise auch Pleuel von Verbrennungsmotoren zu beschichten, beispielsweise eine Innenwand eines großen Auges der Pleuel, wodurch auch bei derartigen Komponenten des Verbrennungsmotors eine Reibleistungsreduktion und dadurch eine Verschleißreduzierung sowie eine Verbrauchsoptimierung und ein reduzierter Kohlenstoffdioxidausstoß des Verbrennungsmotors erzielbar sind.
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Bei Innenbrennern 5 mit einem derart geringen Durchmesser von beispielsweise lediglich ca. 40 mm sind des Weiteren zweckmäßigerweise Drähte 8 mit einem geringeren Durchmesser zu verwenden, d. h. diese weisen anstatt der üblichen 1,6 mm, welche auch bei den Innenbrennern 5 mit einem Durchmesser von ca. 50 mm noch zu verwenden sind, beispielsweise nur 1,2 mm oder nur einen Millimeter Durchmesser auf. Zudem sind für eine Pleuelbeschichtung auch andere Beschichtungsmaterialien B zu verwenden als für eine Zylinderlaufbahnbeschichtung, beispielsweise Beschichtungsmaterialien B auf Kupferbasis. Durch diese anderen Beschichtungsmaterialien B lassen sich die Drähte 8 aus dem Beschichtungsmaterial B leichter umformen, so dass auch bei einem geringen Durchmesser des Innenbrenners 5 mit einem geringen Bauraum im Inneren des Innenbrenners 5 die Umlenkung der Drähte 8 und das seitliche Herausführen der Drähte 8 aus dem Innenbrenner 5, um den Lichtbogen LB außerhalb des Innenbrenners 5 zu erzeugen, problemlos möglich ist.
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Diese Umlenkung der Drähte 8 ist des Weiteren dadurch erheblich begünstigt, dass sich die Drähte 8 durch den Stromfluss zwischen Kontaktierstellen der Drähte 8 im Bereich der Kontaktiereinheiten 13 und dem Brennerkopf 7 aufgrund der Länge der Drähte 8 von den Kontaktierstellen bis zum Brennerkopf 7 sowie aufgrund eines Innenwiderstandes der Drähte 8 sehr stark erwärmen, wodurch die Umlenkung der Drähte 8 im Innenbrenner 5, insbesondere im Brennerkopf 7 im Bereich der Austrittsöffnung 11, erleichtert ist und ein Verschleiß der Drahtumlenkung 12 verringert ist. Dies gilt für alle verwendbaren Beschichtungsmaterialien B und für alle verwendbaren Drahtdurchmesser. Durch diese mittels der Erwärmung der Drähte 8 und mittels der Drahtumlenkung 12 optimierte Umlenkung und stabile Führung der Drähte 8 ist ein stabiler und zentrischer Austritt der Drähte 8 aus der Austrittsöffnung 11 des Innenbrenners 5 ermöglicht. Dadurch sowie durch die Zündung des Lichtbogens LB außerhalb des Innenbrenners 5 ist die Austrittsöffnung 11 im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verkleinert, so dass der deutlich reduzierte Abstand h2 des Lichtbogens LB zur Unterkante des Brennerkopfes 7 und daraus resultierend eine wesentlich größere Eintauchtiefe des Innenbrenners 5 in den zu beschichtenden Hohlkörper, beispielsweise in den Zylinder Z des Verbrennungsmotors, ermöglicht ist.
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Da der gesamte Innenbrenner 5 einen sehr geringeren Durchmesser aufweist, ist der Innenbrenner 5 auch zum Beschichten von Innenwänden von Hohlkörpern einsetzbar, welche einen geringen Durchmesser und eine große Höhe aufweisen, beispielsweise zum Beschichten von Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren, welche Zylinder Z mit einer großen Tiefe aufweisen, d. h. welche einen großen Hub oder Kolbenhub aufweisen.
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Auch in derartige Zylinder Z ist der Innenbrenner 5 dann vollständig einführbar, um die Zylinderlaufbahn vollständig zu beschichten.
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Zudem ist, da elektrische Zuleitungen nicht mehr bis zum Brennerkopf 7 zu führen sind, eine Bauteilreduzierung erreicht. Des Weiteren ist dadurch ein größerer freier Bauraum im Innenbrenner 5 geschaffen, wodurch beispielsweise eine Zuführung des Verteilergases zum Brennerkopf 7 und zur beispielsweise als Lavaldüse ausgebildeten Verteilergasdüse 9 und eine Anordnung der Verteilergasdüse 9 im Brennerkopf 7 optimiert ist. Beispielsweise ist ein Gaszufuhrquerschnitt zur Verteilergasdüse 9 erhöht, wodurch ein höherer Gasvolumenstrom ermöglicht ist, und Strömungsverluste sind durch die optimierte Gaszuführung verringert. Des Weiteren ist durch den Einsatz der Lavaldüse als Verteilergasdüse 9 eine zusätzliche Bauraumreduktion im Brennerkopf 7 erreicht, da Innenbrenner 5 nach dem Stand der Technik zwei Gasdüsen aufweisen, welche durch die lediglich eine einzige Lavaldüse ersetzbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Nachschubeinrichtung
- 3
- Brennerschaft
- 4
- Drahtrolle
- 5
- Innenbrenner
- 6
- Brennerflansch
- 7
- Brennerkopf
- 8
- Draht
- 9
- Verteilergasdüse
- 11
- Austrittsöffnung
- 12
- Drahtumlenkung
- 13
- Kontaktiereinheit
- 14
- Federelement
- 15
- Energiequelle
- 16
- Verteilereinheit
- B
- Beschichtungsmaterial
- h1
- großer Abstand
- h2
- reduzierter Abstand
- K
- Kurbelwellenlagerstuhl
- L
- Längsachse
- LB
- Lichtbogen
- UB
- unbeschichteter Bereich
- Z
- Zylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19841617 A1 [0002]
- DE 102008008169 A1 [0003]
- DE 102005012360 A1 [0004, 0030]
