DE102012002487A1

DE102012002487A1 - Vorrichtung zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102012002487A1
Application number: DE201210002487
Authority: DE
Inventors: Paul Alexander Harten; Peter Bruns; Vitalij Lissotschenko
Original assignee: Limo Patentverwaltung GmbH and Co KG
Current assignee: Limo GmbH
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-14

Abstract

Vorrichtung zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Innenseite oder der Außenseite eines Werkstücks, umfassend einen durch das Werkstück oder außerhalb des Werkstücks bewegbaren Prozesskopf (2), Mittel zur Zuführung von Laserlicht zu dem Prozesskopf (2) oder Mittel zur Erzeugung von Laserlicht in dem Prozesskopf (2) sowie Optikmittel (7), die die Innenseite oder die Außenseite des Werkstücks mit dem Laserlicht beaufschlagen können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks, insbesondere eines Metallwerkstücks, vorzugsweise eines Rohres. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks, insbesondere mit einer Vorrichtung der vorgenannten Art. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks.
Das Werkstück kann insbesondere aus Metall bestehen oder Metall umfassen. Weiterhin kann es insbesondere eine zylindrische Form aufweisen und beispielsweise ein Rohr oder ein Stab sein. Die mit Hilfe der Erfindung bearbeitbaren Beschichtungen können dabei beispielsweise mindestens eine Schicht umfassen, die mit dem Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder dem Plasmaspritzen hergestellt wurde oder die eine durch Spritzen, durch Benetzung oder durch Bestreichung aufgebrachte Schicht ist.
Derartige Beschichtungen sollen häufig als Anti-Korrosions- oder Verschleißschutzschichten dienen. Die Beschichtungen müssen in der Regel thermisch nachbearbeitet werden, um eine Umwandlung der aufgebrachten pulverförmigen Materialien in eine feste zusammenhängende Schicht zu erzielen. Die Nachbehandlung einer im Inneren eines Rohres angeordneten Beschichtung erweist sich dabei als besonders aufwendig.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die eine, insbesondere im Inneren eines Rohres angeordnete, Beschichtung effektiv nachbehandeln kann. Weiterhin sollen Verfahren zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks sowie zur Beschichtung der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks angegeben werden.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch die Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen durch das Werkstück oder außerhalb des Werkstücks bewegbaren Prozesskopf, Mittel zur Zuführung von Laserlicht zu dem Prozesskopf oder Mittel zur Erzeugung von Laserlicht in dem Prozesskopf sowie Optikmittel umfasst, die die Innenseite oder die Außenseite des Werkstücks mit dem Laserlicht beaufschlagen können. Durch die Beaufschlagung mit Laserstrahlung lässt sich die Beschichtung effektiv nachbearbeiten, wobei sich insbesondere ein An-, Auf- oder Einschmelzen von Beschichtungsbestandteilen an, auf oder in die Oberfläche des darunter liegenden Werkstückes realisieren lässt.
Beispielsweise kann dabei der Prozesskopf wie ein aus anderen Technikbereichen bekannter Molch durch das Innere des insbesondere als Rohres ausgebildeten Werkstücks in axialer Richtung bewegt werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Optikmittel derart ausgebildet sind, dass sie eine ringförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts auf der Innenseite oder der Außenseite des beispielsweise als Rohr aufgebildeten Werkstücks erzeugen können. Diese ringförmige Intensitätsverteilung kann durch die Bewegung des Prozesskopfes in axialer Richtung an der Innenseite oder der Außenseite des Rohres entlang bewegt werden, so dass dadurch die Beaufschlagung der Beschichtung mit Laserlicht sehr schnell durchgeführt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Darin zeigt
1 eine schematische Schnittansicht durch ein Rohr mit einer teilweise abgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einem Rohr 1 ist auf dessen Innenseite eine Beschichtung aufgebracht worden, die beispielsweise aus pulverförmigem Material besteht. Insbesondere kann es sich dabei um eine vermittels Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen aufgebrachte Beschichtung handeln. Insbesondere kann diese Beschichtung Al₂O₃ umfassen. Beispielsweise kann die Beschichtung einige 100 μm dick sein.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung soll die Beschichtung auf der Innenseite des Rohres 1 nachbehandelt werden. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Beschichtung mit Laserstrahlung beaufschlagt wird. Dadurch kann die Beschichtung teilweise aufgeschmolzen werden und die einzelnen pulverförmigen Bestandteile der Schicht können fest miteinander verbunden werden.
Bei den fertigen Beschichtungen kann es sich beispielsweise um eine Anti-Korrosions- oder um eine Verschleißschutzschicht handeln. Das Rohr 1 kann insbesondere aus Metall bestehen oder Metall umfassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine nicht abgebildete Laserlichtquelle und einen Prozesskopf 2, der in dem Inneren des Rohres 1 bewegbar, insbesondere in axialer Richtung bewegbar ist. Unter Laserlicht soll in der vorliegenden Anmeldung nicht nur sichtbares Licht, sondern jegliche Art von Laserstrahlung verstanden werden, wie beispielsweise auch IR-Strahlung oder UV-Strahlung.
Der Prozesskopf 2 weist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel dazu auf seiner Außenseite Führungsrollen 3 auf, die an der Innenseite des Rohres 1 anliegen können. Der Prozesskopf 2 ist mit einem Führungsrohr 4 verbunden, durch das über eine Lichtleitfaser 5 das Laserlicht von einer externen Laserlichtquelle dem Prozesskopf 2 zugeführt werden kann. Alternativ kann auch in oder an dem Prozesskopf 2 eine Laserlichtquelle vorgesehen sein.
Das Führungsrohr 4 kann auch dazu verwendet werden, den Prozesskopf 2 durch das Rohr 1 zu bewegen, insbesondere den Prozesskopf 2 in das Rohr 1 hineinzuschieben und aus dem Rohr 1 herauszuziehen. Durch das Führungsrohr 4 kann weiterhin mindestens eine Leitung für Prozessgase hindurchgeführt werden, wenn beispielsweise die durchzuführende Nachbehandlung der Beschichtung unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden soll. Aus 1 sind Düsen 6, insbesondere ringförmige Düsen 6 für den Austritt des Prozessgases ersichtlich.
In dem Prozesskopf 2 sind Optikmittel 7 angeordnet, die das aus dem Ende 8 der Lichtleitfaser 5 austretende Laserlicht formen und auf die Innenseite des Rohres 1 ablenken können. Beispielsweise umfassen die Optikmittel ein konusförmiges Bauteil 9, das das Laserlicht so nach außen auf die Innenseiten des Rohres 1 ablenken kann, dass dort eine ringförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts entsteht. Diese ringförmige Intensitätsverteilung kann durch die Bewegung des Prozesskopfes 2 in axialer Richtung an der Innenseite des Rohres 1 entlang bewegt werden, so dass dadurch die Beaufschlagung der Beschichtung mit Laserlicht sehr effektiv erfolgen kann.
Es besteht jedoch durchaus auch die Möglichkeit, andere Optikmittel vorzusehen, die eine linienförmige oder eine punktförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts auf der Innenseite des Rohres 1 erzeugen können. In diesem Fall kann dann die linienförmige oder eine punktförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts durch eine Rotationsbewegung des Prozesskopfes 2 oder der Optikmittel oder des Rohres 1 im Umfangsrichtung über die Innenseite des Rohres bewegt werden.
Es besteht durchaus die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbehandlung von Beschichtungen auf der Innenseite von nicht rohrförmigen Werkstücken zu verwenden. Weiterhin können auch die Außenseiten von Werkstücken mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachbehandelt werden.
Beispielsweise kann dabei auf der Außenseite eines zylindrischen Werkstücks, das ein Rohr aber auch ein Stab sein kann, eine umlaufende ringförmige Intensitätsverteilung der Laserstrahlung erzeugt werden. Dieser „äußere Laser-Ring” kann dann in axialer Richtung längs des zylindrischen Werkstücks bewegt werden.

Claims

Vorrichtung zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks, insbesondere eines Metallwerkstücks, vorzugsweise eines Rohres, umfassend – einen durch das Werkstück oder außerhalb des Werkstücks bewegbaren Prozesskopf (2), – Mittel zur Zuführung von Laserlicht zu dem Prozesskopf (2) oder Mittel zur Erzeugung von Laserlicht in dem Prozesskopf (2), – Optikmittel (7), die die Innenseite oder die Außenseite des Werkstücks mit dem Laserlicht beaufschlagen können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikmittel (7) derart ausgebildet sind, dass sie eine ringförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts auf der Innenseite des insbesondere als Rohr (1) ausgebildeten Werkstücks oder der Außenseite des insbesondere zylinderförmigen Werkstücks erzeugen können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesskopf (2) in axialer Richtung durch das Rohr (1) oder außerhalb des zylinderförmigen Werkstücks bewegt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesskopf (2) Mittel zur Abgabe von Prozessgas, insbesondere mindestens eine Düse (6), aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung von Laserlicht zu dem Prozesskopf (2) eine Lichtleitfaser umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Laserlichtquelle zur Erzeugung von Laserlicht umfasst, wobei insbesondere das von der Laserlichtquelle ausgehende Laserlicht über die Lichtleitfaser dem Prozesskopf (2) zugeführt werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine thermisch aufgespritzte Beschichtung ist, insbesondere eine durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder Plasmaspritzen aufgebrachte Beschichtung, oder dass die Beschichtung eine durch Spritzen, durch Benetzung und durch Bestreichung aufgebrachte Beschichtung ist.
Verfahren zur Nachbehandlung einer Beschichtung auf der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks, insbesondere eines Metallwerkstücks, vorzugsweise eines Rohres, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Ein Prozesskopf (2) wird, vorzugsweise in axialer Richtung, durch das Werkstück oder außerhalb des Werkstücks bewegt; – Laserlicht wird erzeugt und von dem Prozesskopf (2) auf die Innenseite oder die Außenseite des Werkstücks zur Nachbehandlung der Beschichtung aufgebracht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Intensitätsverteilung des Laserlichts auf der Innenseite des insbesondere als Rohr (1) ausgebildeten Werkstücks oder auf der Außenseite des insbesondere zylinderförmigen Werkstücks erzeugt wird.
Verfahren zur Beschichtung der Außenseite oder der Innenseite eines Werkstücks, insbesondere eines Metallwerkstücks, vorzugsweise eines Rohres, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Auf die Innenseite oder die Außenseite des Werkstücks wird eine Beschichtung aufgebracht, insbesondere durch Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen; – die Beschichtung wird durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 nachbehandelt.