DE102012003306A1

DE102012003306A1 - Device for performing plasma coating on surface of substrate, for use in manufacturing of e.g. cylinder bore, has wire-shaped or powder material that is selectively processed in region of electrode which generates auxiliary voltage arc

Info

Publication number: DE102012003306A1
Application number: DE201210003306
Authority: DE
Inventors: Klaus Stefan Klimek; Reinhard Vogelsang; Jan Amsberg; Silvano Keller
Original assignee: AMT AG; Volkswagen AG
Current assignee: AMT AG; Volkswagen AG
Priority date: 2012-02-18
Filing date: 2012-02-18
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-19
Also published as: CN203554776U; DE102012003306B4

Abstract

The device (1) has anode (8) and cathode (9) that are applied with voltage arc. A gas supply unit and material supply unit (10) are separated from one another on coating surface (2) of substrate (3). The material fed by material supply unit is melted by heated gas received through atomizing gas release aperture at plasma temperature, so that melted particles of material are applied to coating surface through atomizing gas jet (12). The wire-shaped or powder material is selectively processed in the region of electrode (11) that generates auxiliary voltage arc to melt material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Plasmabeschichten einer Oberfläche eines Substrats im Plasmaspritzverfahren, wobei zwischen zumindest zwei eine Anode und eine Kathode bildenden Elektroden der Vorrichtung durch Anlegen einer Spannung ein Lichtbogen erzeugbar ist und wobei die Vorrichtung eine Gaszuführung und eine Zuführung für ein auf der Oberfläche abzuscheidendes Material aufweist, welches durch ein auf Plasmatemperatur erhitztes Gas aufschmelzbar ist, sodass geschmolzene Partikel des Materials mittels eines Zerstäubergasstrahls durch eine Zerstäubergasaustrittsöffnung der Vorrichtung in Richtung der Oberfläche des Substrats transportierbar und dort abscheidbar sind.The invention relates to a device for plasma coating a surface of a substrate in the plasma spraying process, wherein between at least two anode and cathode forming electrodes of the device by applying a voltage an arc is generated and wherein the device is a gas supply and a supply to be deposited on the surface Material which can be melted by a gas heated to plasma temperature, so that molten particles of the material can be transported by means of a Zerstäubergasstrahls by a Zerstäubergasaustrittsöffnung of the device in the direction of the surface of the substrate and deposited there.

Das Plasmaspritzen ist ein in der Praxis bereits vielfach eingesetztes und an sich bekanntes thermisches Beschichtungsverfahren zur Oberflächenbehandlung. Üblicherweise sind in einem Plasmabrenner der Vorrichtung eine Anode und eine Kathode durch einen schmalen Spalt getrennt angeordnet, sodass durch Anlegen einer Gleichspannung ein Lichtbogen erzeugt werden kann. Das mittels der Gaszuführung zugeführte und durch den Brennerkopf strömende Gas oder Gasgemisch wird durch den Lichtbogen geleitet und hierbei ionisiert.Plasma spraying is a thermal coating process for surface treatment which is already widely used in practice and is known per se. Usually, an anode and a cathode are arranged separated by a narrow gap in a plasma torch of the device, so that an electric arc can be generated by applying a DC voltage. The supplied by the gas supply and flowing through the burner head gas or gas mixture is passed through the arc and thereby ionized.

Die dabei auftretende Ionisation erzeugt ein hochaufgeheiztes, elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen. In diesem erzeugten Plasmastrahl wird mittels einer Zuführung beispielsweise ein Pulver als Spritzmaterial zugeführt, welches durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen wird. Der Plasmastrom reißt die Pulverteilchen mit, die dann auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats abgeschieden werden.The resulting ionization generates a highly heated, electrically conductive gas of positive ions and electrons. In this generated plasma jet, for example, a powder is supplied as a spray material by means of a feed, which is melted by the high plasma temperature. The plasma stream entrains the powder particles, which are then deposited on the surface of the substrate to be coated.

Solche thermischen Beschichtungsverfahren werden auch bei der Herstellung von Brennkraftmaschinen zur Erzielung einer möglichst geringen Reibung und der dadurch erreichbaren verbesserten Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung sowie zur Erzielung einer hohen Abrieb- und Verschleißfestigkeit eingesetzt. Hierzu werden Bauteile der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen, Ventilsitze oder Lagersitze, mit Beschichtungen versehen, die mittels solcher thermischen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden.Such thermal coating methods are also used in the production of internal combustion engines to achieve the lowest possible friction and the resulting achievable improved energy efficiency and emission reduction and to achieve a high abrasion and wear resistance. For this purpose, components of the internal combustion engine, such as cylinder bores, valve seats or bearing seats, provided with coatings that are applied by such thermal coating process.

Die EP 0 585 203 B1 bezieht sich auf ein Plasmaspritzgerät zur Beschichtung von Hohlraumwandungen mit einem Plasmapulver, welches außerhalb des eigentlichen Brennerkopfs durch eine Pulverzufuhrleitung zugeführt wird. Sowohl die Anodendüse als auch die Kathodenanordnung des Brennerkopfs sind von außen zugänglich, sodass diese schnell und einfach ausgewechselt werden können. Der Pulverinjektor ist austauschbar angeordnet, sodass verschiedene Pulverinjektoren mit verschiedenen Querschnitten einsetzbar sind und so die Injektionsgeschwindigkeit des Plasmapulvers variiert werden kann.The EP 0 585 203 B1 refers to a plasma sprayer for coating cavity walls with a plasma powder, which is supplied outside the actual burner head through a powder feed line. Both the anode nozzle and the cathode assembly of the burner head are accessible from the outside, so that they can be replaced quickly and easily. The powder injector is interchangeably arranged so that different powder injectors with different cross sections can be used and thus the injection speed of the plasma powder can be varied.

Die EP 1 692 922 B1 betrifft eine Plasmaspritzvorrichtung, bei der die rohrförmigen Leitungen zwischen dem Brennerschaft und dem Brennerkopf sowohl die notwendigen Medien, wie Plasmagas oder Beschichtungspulver, als auch die zum Erzeugen des Lichtbogens notwendige elektrische Energie übertragen.The EP 1 692 922 B1 relates to a plasma spraying device in which the tubular ducts between the burner shaft and the burner head transmit both the necessary media, such as plasma gas or coating powder, and the electrical energy necessary to generate the arc.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Auslegung der verfügbaren Draht-Plasmaspritzbrenner für den Großserieneinsatz oftmals nicht optimal ist. Insbesondere ist die Auftragsleistung aufgrund des hohen Verlustanteils des zugeführten Spritzmaterials unbefriedigend. Um die erforderliche Beschichtungsqualität zu erreichen, ist daher im Allgemeinen eine Erhöhung der Schichtdicke notwendig. Hierzu sind sehr hohe Plasma- bzw. Zerstäubergasdrücke erforderlich, um den geforderten Zerstäubungsgrad des Materials und die benötigte Partikelgeschwindigkeit zu erzielen.In practice, it has been shown that the design of the available wire plasma spray guns for large-scale production is often not optimal. In particular, the order performance is unsatisfactory due to the high loss content of the supplied spray material. In order to achieve the required coating quality, it is therefore generally necessary to increase the layer thickness. For this very high plasma or Zerstäubergasdrücke required to achieve the required degree of atomization of the material and the required particle velocity.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Oberflächenqualität einer durch Plasmaspritzen hergestellten Beschichtung auf einer Oberfläche eines Substrats mit geringem Aufwand zu verbessern. Insbesondere soll dabei eine Druckerhöhung bei der Gaszuführung verzichtbar sein. Weiterhin soll ein für den Einsatz der Vorrichtung bestimmtes Plasmaspritzverfahren geschaffen werden, welches eine Verbesserung der Beschichtungsqualität mit geringem Aufwand gestattet.Against this background, the object of the invention is to improve the surface quality of a coating produced by plasma spraying on a surface of a substrate with little effort. In particular, an increase in pressure in the gas supply should be dispensable. Furthermore, intended for the use of the device plasma spraying is to be created, which allows an improvement in the coating quality with little effort.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a device according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zum Aufschmelzen eines pulverförmigen Materials mit einer ersten Elektrode und mit zumindest einer weiteren, im Bereich der Zerstäubergasaustrittsöffnung angeordneten Elektrode, insbesondere einer zusätzlichen Kathode, zur Erzeugung eines Hilfslichtbogens zum Aufschmelzen eines drahtförmigen Materials ausgestattet, durch den das alternativ zugeführte drahtförmige Material aufgeschmolzen wird. Hierdurch kann der Wechsel zwischen Draht- und Pulverspritzverfahren mit einem geringen Aufwand, insbesondere bei sehr kurzen Rüstzeiten, durchgeführt werden. Insbesondere kann hierzu eine einheitliche Anlagen-, Brenner- und Versorgungstechnik eingesetzt werden, sodass die damit verbundenen Kosten vergleichsweise gering sind. Erfindungsgemäß entsteht basierend auf einem beispielsweise auch bereits vorhandenen Pulver-Plasmaspritzbrenner durch die Anordnung der zusätzlichen Elektrode und des dadurch realisierbaren Hilfslichtbogens ein Hybridbrenner, mit dem sowohl Pulver- als auch Drahtmaterialien verarbeitet werden können. Dadurch wird eine erhebliche Leistungssteigerung bei zugeschaltetem Hilfslichtbogen erreicht, welche die Verarbeitung einer wesentlich größeren Menge des Spritzmaterials gestatt und dabei vergleichsweise geringe Prozess- und Zerstäubergasdrücke erfordert, um die gewünschte Beschichtung auf das Substrat aufzubringen. Es konnte bereits eine Leistungssteigerung der Vorrichtung auf bis zu 150 g pro Minute eines pulverförmigen Materials bzw. von 15 m Spritzdraht pro Minute nachgewiesen werden. Unter einem drahtförmigen Spritzmaterial werden dabei insbesondere auch ein Volldraht und ein Fülldraht verstanden. Obwohl eine zeitgleiche Zuführung von draht- und pulverförmigen Materialien derzeit nicht angestrebt ist, sind derartige Einsatzmöglichkeiten denkbar und nicht grundsätzlich ausgeschlossen.According to the invention, therefore, a device for melting a powdery material with a first electrode and with at least one further, arranged in the region of the Zerstäubergasaustrittsöffnung electrode, in particular an additional cathode, for generating an auxiliary arc for melting a wire-shaped material equipped by the alternatively supplied wire-shaped material is melted. As a result, the change between wire and powder injection process can be carried out with little effort, in particular with very short set-up times. In particular, a uniform plant, burner and supply technology can be used for this, so that the associated costs are comparatively low. According to the invention, based on, for example, already existing powder Plasmaspritzbrenner by the arrangement of the additional electrode and the thereby achievable auxiliary arc a hybrid burner with which both powder and wire materials can be processed. As a result, a considerable increase in performance is achieved when the auxiliary arc is switched on, which allows the processing of a significantly larger amount of the spray material and thereby requires comparatively low process and atomizing gas pressures in order to apply the desired coating to the substrate. It has already been possible to detect an increase in the performance of the device to up to 150 g per minute of a powdery material or of 15 m spray wire per minute. A wire-shaped spray material is understood to mean, in particular, a solid wire and a filler wire. Although a simultaneous supply of wire and powder materials is not currently desired, such applications are conceivable and not excluded in principle.

Dabei kann jedem Material eine separate Zuführung zugeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Zuführung sowohl für das pulverförmige Material als auch für das drahtförmige Material einsetzbar ist. Hierdurch kann eine besonders platzsparende konstruktive Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert werden. Denkbar ist es dabei auch, die Zuführung gleichzeitig für pulverförmige und drahtförmige Materialien zu nutzen, die dadurch zusammen in den Zerstäubergasstrahl gelangen.In this case, each material can be assigned a separate feed. By contrast, an embodiment of the device according to the invention in which the supply can be used both for the powdery material and for the wire-shaped material is particularly advantageous. In this way, a particularly space-saving structural design of the device according to the invention can be realized. It is also conceivable to use the supply at the same time for powdered and wire-shaped materials, which thereby pass together into the atomizer jet.

Weiterhin erweist es sich als besonders sinnvoll, wenn die Vorrichtung einen austauschbaren Brennerkopf mit einer einzigen zusätzlichen Kathode zur Erzeugung des Hilfslichtbogens aufweist, um so eine platzsparende Konstruktion zu erreichen, die bei an sich bekannten Pulverplasmaspritzbrennern mit einem geringen konstruktiven Aufwand eingesetzt werden kann.Furthermore, it proves to be particularly useful if the device has a replaceable burner head with a single additional cathode for generating the auxiliary arc, so as to achieve a space-saving design that can be used in known per se Pulverplasmaspritzbrennern with little design effort.

Weiterhin ist es besonders praxisgerecht, wenn die Elektrode bei der ausschließlichen Verwendung von pulverförmigem Material abschaltbar ist, um so den Betrieb des Hilfslichtbogens auf die Zufuhr eines drahtförmigen Spritzmaterials beschränken zu können und so die Funktionalität eines an sich bekannten Pulverplasmaspritzbrenners in an sich bekannter Weise zu erhalten.Furthermore, it is particularly practical if the electrode is switched off in the exclusive use of powdery material so as to limit the operation of the auxiliary arc to the supply of a wire-shaped spray material and to obtain the functionality of a known powder plasma spray gun in a conventional manner ,

Um eine flexible Verwendung unterschiedlicher Materialien zu ermöglichen, könnte die Zuführung austauschbar ausgeführt sein oder es könnten mehrere vorhandene Zuführungen bedarfsweise auswählbar sein.To allow for flexible use of different materials, the feeder could be interchangeable or multiple existing feeds could be selected as needed.

Besonders praxisgerecht ist zudem auch eine austauschbare Anordnung des Brennerkopfs an der Vorrichtung, um so auch bei verschleißbedingten Ausfällen eine schnelle Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft zu erreichen.In addition, a replaceable arrangement of the burner head on the device is particularly practical in order to achieve a rapid restoration of operational readiness even in the event of wear-related failures.

Besonders bevorzugt hat die Vorrichtung zumindest eine benachbart, insbesondere flankierend zu der Zerstäubergasaustrittsöffnung angeordnete, als Lenk- oder Kühldüse ausgeführte Düse, durch die ein den Zerstäubergasstrahl außenseitig tangierender oder einschließender Hilfsgasstrahl bedarfsweise zuführbar ist. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine wirksame Bündelung des Zerstäubergasstrahls erreicht, welcher dadurch einerseits eine höhere Strömungsgeschwindigkeit, andererseits eine konzentrierte Strahlform mit einer geringeren Querschnittsfläche auf der Oberfläche des Substrats erhält. Dabei kann auf eine Erhöhung des Gasdrucks verzichtet werden. Indem die aus den weiteren Düsen austretende Gasströmung die seitliche Ausdehnung des Zerstäubergasstrahls quer zu der Strahlachse verhindert, wird zugleich ein Nachlaufen des Zerstäubergasstrahls wesentlich vermindert. In der Praxis können so höhere Auftragsleistungen erzielt und die Verlustmengen des Drahtmaterials erheblich vermindert werden. Aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit des Zerstäubergasstrahls wird außerdem eine feinere Zerstäubung der Partikel erreicht und so die Qualität, insbesondere die Oberflächenqualität des Substrats verbessert. Außerdem gelingt es in der Praxis, durch den zusätzlich aus den Düsen austretenden Hilfsgasstrahl die Temperatur der Vorrichtung im Bereich der Austrittsöffnung zu verringern, indem zugleich der Kühlungseffekt des Hilfsgases genutzt wird.Particularly preferably, the device has at least one adjacent, in particular flanking arranged to the Zerstäubergasaustrittsöffnung, designed as a steering or cooling nozzle, through which a the atomizing gas jet on the outside tangent or enclosing auxiliary gas jet is supplied as needed. As a result, an effective bundling of the atomizer jet is achieved in a surprisingly simple manner, which thereby obtains on the one hand a higher flow velocity, on the other hand a concentrated jet shape with a smaller cross-sectional area on the surface of the substrate. It can be dispensed with an increase in the gas pressure. By preventing the gas flow emerging from the further nozzles, the lateral extent of the atomizing jet beam transversely to the beam axis, at the same time a follow-up of the atomizer jet is substantially reduced. In practice, so higher order performance can be achieved and the loss amounts of the wire material can be significantly reduced. Due to the increased speed of the nebulizer jet, a finer atomization of the particles is also achieved, thus improving the quality, in particular the surface quality of the substrate. In addition, it is possible in practice to reduce the temperature of the device in the region of the outlet opening by the additionally emerging from the nozzle auxiliary gas jet, by at the same time the cooling effect of the auxiliary gas is used.

Die weitere Düse könnte als eine Ringdüse ausgeführt sein und die Zerstäubergasaustrittsöffnung konzentrisch einschließen, um so eine optimale Wirkung zu erreichen. In der Praxis hat es sich bereits als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorrichtung mehrere am Umfang der Zerstäubergasaustrittsöffnung verteilte Düsen aufweist. Hierdurch kann in optimaler Weise eine an die gewünschte Strahlformung des Zerstäubergasstrahls angepasste Zuführung des durch die jeweilige Düse austretenden Gasstroms durchgeführt werden. So kann beispielsweise bei einer unerwünschten Ablenkung des Zerstäubergasstrahls in eine von der Strahlachse abweichende Richtung durch entsprechende Erhöhung des Volumenstroms des den Zerstäubergasstrahl auf dieser Seite einschließenden Zusatzgasstrahls eine Korrektur der Strömungsrichtung vorgenommen werden. In der Praxis kann so ein die Beschichtungsqualität wesentlich erhöhender Regelkreis aufgebaut werden.The additional nozzle could be designed as an annular nozzle and enclose the Zerstäubergasaustrittsöffnung concentric so as to achieve an optimum effect. In practice, it has already proved to be particularly advantageous if the device has a plurality of nozzles distributed on the circumference of the atomizing gas outlet opening. In this way, optimally adapted to the desired beam shaping of the Zerstäubergasstrahls supplying the exiting through the respective nozzle gas flow can be performed. For example, in the case of an undesired deflection of the atomizer jet in a direction deviating from the jet axis, a correction of the flow direction can be carried out by a corresponding increase in the volume flow of the additional gas jet enclosing the atomizer jet on this side. In practice, such a coating quality significantly increasing control loop can be built.

Bevorzugt sind mehrere Düsen über den Umfang der Zerstäubergasaustrittsöffnung gleichverteilt angeordnet, sodass bei einer einheitlichen Gaszuführung zu allen Düsen eine gleichmäßige Unterstützung des Zerstäubergasstrahls erreicht wird, insbesondere also eine einfache Änderung der Strömungsgeschwindigkeit ohne Auswirkung auf die eingestellte Strahlachse möglich wird.Preferably, a plurality of nozzles are arranged uniformly distributed over the circumference of the atomizing gas outlet opening, so that uniform uniform gas supply to all nozzles achieves uniform support of the atomizing nozzle jet, In particular, therefore, a simple change in the flow rate without effect on the set beam axis is possible.

Besonders praxisnah ist zudem auch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher der Hilfsgasstrahl den Zerstäubergasstrahl umfangsseitig vollständig umschließt, um so unerwünschte äußere Einflüsse auf den Zerstäubergasstrahl wirkungsvoll zu verhindern. Beispielsweise kann auf diese Weise auch eine Schutzgasatmosphäre realisiert werden, um so die Beschichtungsqualität weiter zu verbessern.In addition, a design of the device according to the invention in which the auxiliary gas jet completely encloses the atomizing jet on the circumferential side in order to effectively prevent undesired external influences on the atomizer jet is also particularly practical. For example, a protective gas atmosphere can also be realized in this way so as to further improve the coating quality.

Weiterhin erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn der Hilfsgasstrahl zu dem Zerstäubergasstrahl achsparallel oder konvergierend zu einer Strahlachse des Zerstäubergasstrahls aus zumindest einer Düse austritt. Indem die Düsen so ausgerichtet sind, dass der austretende Gasstrahl im Wesentlichen parallel zu der Zerstäubergasströmung oder zu dieser geringfügig geneigt verläuft, wird einer Ausbreitung des Zerstäubergasstrahls quer zu seiner Strahlachse entgegengewirkt. Zugleich kann eine weitgehend laminare Strömung des Zerstäubergasstrahls sichergestellt werden, sodass die Partikelbeaufschlagung der Oberfläche des Substrats weitgehend homogen ist.Furthermore, it proves to be particularly practical if the auxiliary gas jet emerges from the atomizing jet at least in parallel to the axis or converges to a jet axis of the atomizing jet from at least one nozzle. By aligning the nozzles so that the exiting gas jet is substantially parallel to or slightly inclined to the atomizer gas flow, propagation of the atomizer jet transverse to its jet axis is counteracted. At the same time, a largely laminar flow of the atomizer jet can be ensured, so that the particle loading of the surface of the substrate is substantially homogeneous.

Hierzu ist gemäß einer weiteren besonders Erfolg versprechenden Abwandlung der Erfindung mittels der Düsen ein inertes Gas zuführbar.For this purpose, according to another particularly promising modification of the invention by means of the nozzles, an inert gas can be supplied.

Weiterhin ist vorzugsweise zumindest eine Düse beweglich, insbesondere schwenkbeweglich an der Vorrichtung angeordnet. Indem die Orientierung oder auch die Position der Düsen einstellbar, beispielsweise lenkbar ausgeführt ist, kann der Zerstäubergasstrahl in unterschiedliche Richtungen auf das Substrat abgelenkt werden. Hierdurch wird eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich zielgenauere Partikelzuführung auf die Oberfläche des Substrats erreicht, sodass auch komplexe Geometrien des Substrats mit einer Beschichtung konstanter Beschichtungsstärke versehen werden können.Furthermore, preferably at least one nozzle is movable, in particular pivotally mounted on the device. By making the orientation or the position of the nozzle adjustable, for example, steerable, the Zerstäubergasstrahl can be deflected in different directions on the substrate. As a result, a much more precise particle delivery to the surface of the substrate is achieved in comparison with the prior art, so that even complex geometries of the substrate can be provided with a coating of constant coating thickness.

Zudem erweist es sich als besonders vielversprechend, wenn der Gasstrom zumindest für einzelne Düsen unabhängig einstellbar ist, um so eine ortsaufgelöste und den jeweiligen Umständen problemlos anpassbare Strahlformung des Zerstäubergasstrahls zu ermöglichen. insbesondere können hierzu der Volumenstrom und besonders bevorzugt die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden.In addition, it proves to be particularly promising if the gas flow is independently adjustable, at least for individual nozzles, so as to enable spatially resolved and easily adaptable beam shaping of the atomizer jet to the particular circumstances. In particular, for this purpose, the volume flow and particularly preferably the flow rate can be adjusted accordingly.

Der zusätzliche Gasstrom ist jedoch nicht auf die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubergasstrahls beschränkt. Vielmehr kann dieser in vorteilhafter Weise auch zur Kühlung der Vorrichtung durch eine entsprechend erhöhte Wärmeabfuhr genutzt werden.However, the additional gas flow is not limited to increasing the flow velocity of the atomizer jet. Rather, this can be used in an advantageous manner for cooling the device by a correspondingly increased heat dissipation.

Eine andere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung zur Beschichtung einer Innenwandfläche eines Hohlkörpers um eine Achse schwenkbeweglich angeordnet ist, die im Wesentlichen quer zu der Strahlachse des Zerstäubergasstrahls verläuft, um so auch im Inneren von Hohlkörpern zuverlässig eine Beschichtung mit der gewünschten Beschichtungsstärke anbringen zu können.Another, particularly preferred embodiment of the invention is achieved in that the device for coating an inner wall surface of a hollow body is arranged to pivot about an axis which is substantially transverse to the beam axis of the atomizing gas jet, so as to reliably also in the interior of hollow bodies with a coating to attach the desired coating thickness can.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Brennerkopf; 1 a perspective view of a device according to the invention with a burner head;

2 den in 1 gezeigten Brennerkopf in einer Vorderansicht. 2 the in 1 shown burner head in a front view.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Plasmaspritzen wird nachstehend anhand der 1 und 2 näher dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist zum Plasmabeschichten einer Oberfläche 2 eines Substrats 3 mit einem Brennerkopf 4 ausgestattet, welcher in der dargestellten Anwendung am unteren Ende eines eine nicht dargestellte Gaszuführung aufnehmenden Brennerschafts 5 angeordnet ist. Der Brennerschaft 5 der Vorrichtung 1 ragt in einen inneren Bereich des als ein zylindrischer Hohlkörper ausgeführten Substrats 3 hinein und ist um eine vertikale Achse 6 schwenkbeweglich angeordnet. Auf diese Weise kann eine die Innenwandfläche bildende Oberfläche 2 mit einer Beschichtung 7 versehen werden, indem der Brennerschaft 5 mit einer Drehzahl von bis zu 200 U/min rotierend angetrieben wird. Zwischen einer Anode 8 und einer Kathode 9 wird im Betrieb ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung gezündet, durch den mittels der Gaszuführung ein Zerstäubergas, welches selbstverständlich auch ein Gasgemisch sein kann, geführt und dabei ionisiert wird. An dem Brennerschaft 5 ist weiterhin eine Zuführung 10 vorgesehen, durch die alternativ ein nicht gezeigtes Pulver oder ein Draht zugeführt und in dem Gasstrom bzw. in einem Lichtbogen aufgeschmolzen wird. Die geschmolzenen Partikel des Draht- oder Pulvermaterials gelangen so mit dem Zerstäubergasstrahl 12 entlang einer im Wesentlichen horizontalen Strohlachse 13 durch einen mittels einer in 2 näher dargestellten Elektrode 11 bedarfweise aktivierbaren weiteren Lichtbogen und eine Zerstäubergasaustrittsöffnung 14 auf die Oberfläche 2 des Substrats 3.The device according to the invention 1 for plasma spraying will be described below with reference to 1 and 2 shown in more detail. The device 1 is for plasma coating a surface 2 a substrate 3 with a burner head 4 equipped, which in the illustrated application at the lower end of a gas supply, not shown, burner shaft receiving 5 is arranged. The burner shaft 5 the device 1 protrudes into an inner region of the substrate designed as a cylindrical hollow body 3 in and is around a vertical axis 6 arranged pivotally. In this way, a surface forming the inner wall surface can be formed 2 with a coating 7 be provided by the burner shaft 5 is driven in rotation at a speed of up to 200 rpm. Between an anode 8th and a cathode 9 In operation, an arc is ignited by applying a voltage through which by means of the gas supply a nebulizer gas, which may of course also be a gas mixture, guided and thereby ionized. At the burner shaft 5 is still a feeder 10 provided by the alternatively supplied to a not shown powder or a wire and is melted in the gas stream or in an arc. The molten particles of the wire or powder material thus pass with the atomizer jet 12 along a substantially horizontal axis of the straw 13 by a means of a in 2 closer electrode shown 11 as needed activatable further arc and a Zerstäubergasaustrittsöffnung 14 on the surface 2 of the substrate 3 ,

Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist die Vorrichtung 1 zur wahlweisen Verarbeitung eines pulverförmigen Materials oder eines drahtförmigen Materials mit zumindest einer weiteren, im Bereich der Zerstäubergasaustrittsöffnung 14 angeordneten, als Kathode ausgeführten Elektrode 11 zur Erzeugung eines Hilfslichtbogens zum Aufschmelzen des drahtförmigen Materials ausgestattet. Flankierend zu der Zerstäubergasaustrittsöffnung 14 sind vier Düsen 15 vorgesehen, durch die jeweils ein den Zerstäubergasstrahl 12 außenseitig einschließender Hilfsgasstrahl zugeführt wird. Hierdurch werden eine Strahlformung, insbesondere Bündelung, sowie eine Beschleunigung des Zerstäubergasstrahls 12 erreicht, um so die zielgenaue Zuführung der aufgeschmolzenen Partikel auf den vorbestimmten Bereich der Oberfläche 2 zu erreichen. As in particular in 2 to recognize the device 1 for selectively processing a powdery material or a wire-like material with at least one further, in the region of the atomizing gas outlet opening 14 arranged, designed as a cathode electrode 11 equipped for generating an auxiliary arc for melting the wire-shaped material. Flanking the nebulizer gas outlet opening 14 are four nozzles 15 provided by each one the Zerstäubergasstrahl 12 The outside enclosing auxiliary gas jet is supplied. As a result, a beam shaping, in particular bundling, as well as an acceleration of the Zerstäubergasstrahls 12 achieved so as to accurately target the molten particles to the predetermined area of the surface 2 to reach.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Oberflächesurface
33: Substratsubstratum
44: Brennerkopfburner head
55: Brennerschafttorch sleeve
66: Achseaxis
77: Beschichtungcoating
88th: Anodeanode
99: Kathodecathode
1010: Zuführungfeed
1111: Elektrodeelectrode
1212: ZerstäubergasstrahlZerstäubergasstrahl
1313: Strahlachsebeam axis
1414: ZerstäubergasaustrittsöffnungZerstäubergasaustrittsöffnung
1515: Düsejet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0585203 B1 [0005]
EP 1692922 B1 [0006]

Claims

Contraption ( 1 ) for plasma coating a surface ( 2 ) of a substrate ( 3 in the plasma spraying method, wherein between at least two electrodes forming an anode and a cathode of the device ( 1 ) is generated by applying a voltage, an arc and wherein the device ( 1 ) a gas supply and a supply ( 10 ) for one on the surface ( 2 ) material to be deposited, which is melted by a gas heated to plasma temperature, so that molten particles of the material by means of a Zerstäubergasstrahls ( 12 ) through a Zerstäubergasaustrittsöffnung ( 14 ) of the device ( 1 ) in the direction of the surface ( 2 ) of the substrate are transportable and can be deposited there, characterized in that the device ( 1 ) for melting a powdery material and / or a wire-like material with at least one further, in the region of the atomizing gas outlet opening ( 14 ) arranged electrode ( 11 ) is equipped to generate an auxiliary arc.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the feeder ( 10 ) Can be used for both the powdery material and the wire-shaped material.

Contraption ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the device ( 1 ) a replaceable burner head ( 4 ) with a single additional cathode ( 9 ) for generating the auxiliary arc.

Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrode ( 11 ) is executed in the exclusive use of powdered material switched off.

Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the burner head ( 4 ) exchangeable on the device ( 1 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) at least one adjacent, in particular flanking to the Zerstäubergasaustrittsöffnung ( 14 ) arranged nozzle ( 15 ) through which a nebulizer jet ( 12 ) outside tangent or enclosing auxiliary gas jet is supplied as needed.

Contraption ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the device ( 1 ) several at the periphery of the Zerstäubergasaustrittsöffnung ( 14 ) distributed nozzles ( 15 ) having.

Contraption ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the auxiliary gas jet to the atomizer jet ( 12 ) parallel to the axis or convergent to a beam axis ( 13 ) of the nebulizer jet ( 12 ) from at least one nozzle ( 15 ) exit.

Contraption ( 1 ) according to at least one of claims 6 to 8, characterized in that at least one nozzle ( 15 ) movable, in particular pivotable on the device ( 1 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to at least one of claims 6 to 9, characterized in that the gas stream at least for individual nozzles ( 15 ) is independently adjustable.

Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) for coating an inner wall surface of a hollow body about an axis ( 6 ) is arranged pivotably.