DE102012014665A1

DE102012014665A1 - Electric arc spraying burner for coating surfaces of cylinder of engine, has deflecting element to deflect process gas from gas supply direction into main gas direction for atomization and transport of molten material

Info

Publication number: DE102012014665A1
Application number: DE102012014665A
Authority: DE
Inventors: Eyuep Akin Özdeniz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-31

Abstract

The burner (1) has a gas supply line (4) that supplies process gas (C,D) for atomizing and transporting of the arc unit (3). The molten material is provided in the direction of a surface to be coated from arc unit. A deflecting element (5) is provided to deflect the process gas from a gas supply direction into a main gas direction for the atomization and transport of the molten material. The deflection element is formed so that the volume flow of the process gas is deflected in flow direction and redirected into the main gas direction.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Lichtbogendrahtspritzen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a burner for arc wire spraying according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Lichtbogendrahtspritzen zum Aufbringen von Oberflächenbeschichtungen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Beispielhaft wird hinsichtlich eines Brenners für das Lichtbogendrahtspritzen auf die deutsche Patentschrift DE 101 11 565 C5 verwiesen.Arc wire spraying for applying surface coatings is known from the general state of the art. As an example, with respect to a torch for the arc wire spraying on the German patent DE 101 11 565 C5 directed.

Bei Brennern zum Lichtbogendrahtspritzen ist es nun so, dass typischerweise ein Volumenstrom eines Prozessgases, welches zumindest teilweise zum Zerstäuben und Transportieren des vom Lichtbogen aufgeschmolzenen Materials in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche vorgesehen ist. Die Gaszuführung wird dabei typischerweise über ein Umlenkelement innerhalb des Brenners so umgelenkt, dass das Gas aus einer Gaszufuhrrichtung in eine Hauptgasrichtung zum Zerstäuben und Transportieren des aufgeschmolzenen Materials umgelenkt wird. In der Praxis hat sich nun gezeigt, dass insbesondere bei einem Brenner, welcher wie in der genannten Patentschrift aufgebaut ist, die Umlenkung des Prozessgases aufgrund von Turbulenzen in dem Prozessgas nicht vollkommen gleichmäßig ist. Hierdurch kommt es im Allgemeinen dazu, dass die Hauptgasrichtung und die gewünschte Richtung der Beschichtung auseinanderfallen. Dies bedeutet letztlich, dass die Hauptgasrichtung und damit der von der Hauptgasrichtung mittransportierte Stoffstrom des aufgeschmolzenen Materials nicht senkrecht auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats auftrifft, sondern in einem von der Senkrechten abweichenden Winkel.In the case of burners for arc wire spraying, it is now the case that a volumetric flow of a process gas, which is at least partially provided for atomizing and transporting the material melted by the arc in the direction of the surface to be coated, is typically provided. The gas supply is typically deflected via a deflecting element within the burner so that the gas is deflected from a gas supply direction in a main gas direction for atomizing and transporting the molten material. In practice, it has now been found that, in particular in the case of a burner which is constructed as described in the cited patent, the deflection of the process gas due to turbulence in the process gas is not completely uniform. This generally results in the main gas direction and the desired direction of the coating falling apart. This ultimately means that the main gas direction and thus the material flow of the molten material entrained by the main gas direction does not impinge perpendicularly on the surface of the substrate to be coated, but at an angle deviating from the vertical.

Um die Anhaftung der über Lichtbogendrahtspritzen aufgebrachten Schicht zu verbessern, findet üblicherweise eine entsprechende Bearbeitung des Substrats statt, beispielsweise indem dieses aufgeraut wird. Ein Auftreffen des Prozessgasstroms und insbesondere des vom Prozessgasstrom transportierten Materials in einem maßgeblich von der Senkrechten abweichenden Winkel zu der Oberfläche des Substrats führt bei einem derart aufgerauten Substrat nun dazu, dass Hinterfüllungsfehler zwischen dem aufgerauten Material des Substrats und der Beschichtung auftreten. Letztlich führt dies zu einer verminderten Anhaftung der über das Lichtbogendrahtspritzen aufgebrachten Beschichtung auf dem Substrat. Hierdurch ergibt sich die Problematik eines eventuellen vorzeitigen Ausfalls des so beschichteten Bauteils und unerwünschter Qualitätsprobleme.In order to improve the adhesion of the applied via wire arc spraying layer, usually takes place a corresponding processing of the substrate, for example by this is roughened. Impact of the process gas flow and in particular of the material transported by the process gas flow in a substantially deviating from the vertical angle to the surface of the substrate leads to such a roughened substrate now that backfill between the roughened material of the substrate and the coating occur. Ultimately, this leads to a reduced adhesion of the applied over the electric arc wire spraying coating on the substrate. This results in the problem of a possible premature failure of the thus coated component and undesirable quality problems.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dieser Problematik entgegenzuwirken und einen Brenner anzugeben, welcher eine sichere und zuverlässige Beschichtung durch eine Optimierung des Winkels, unter welcher die Hauptgasrichtung auf das Substrat auftrifft bzw. aus dem Brenner austritt, gewährleistet.The object of the present invention now is to counteract this problem and to provide a burner which ensures a safe and reliable coating by optimizing the angle at which the main gas direction impinges on the substrate or exits the burner.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Brenner mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brenners ergeben sich dabei aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a burner having the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the burner according to the invention will become apparent from the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Brenner zum Lichtbogendrahtspritzen, welcher bevorzugt als Innenbrenner für das Lichtbogendrahtspritzen von Hohlräumen, insbesondere von Zylinderbohrungen bzw. Zylinderlaufflächen ausgebildet sein soll, ist erfindungsgemäß so aufgebaut, dass das Umlenkelement in der Gaszuführung so ausgebildet ist, dass es den Volumenstrom des Prozessgases zuerst in seiner Strömungsrichtung umlenkt, den Volumenstrom des Prozessgases in Strömungsrichtung danach mit zumindest einer Strömungsrichtungskomponente entgegen einer Strömungsrichtungskomponente der Strömungsrichtung des Gases in der Gaszuführung vor dem Umlenkelement führt, und abschließend den Volumenstrom des Prozessgases in die Hauptgasrichtung umlenkt. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner ist es also vorgesehen, dass ein Umlenkelement in der Gasführung den Gasstrom des Prozessgases mehrfach umlenkt, bevor er diesen letztlich in die Hauptgasrichtung lenkt. Hierdurch wird die Umlenkung insgesamt verbessert, da diese mehrfache Umlenkung zu einer Homogenisierung des jeweils umgelenkten Gasstroms mit gleichzeitiger Verminderung der Turbulenzen führt. Der so mehrfach umgelenkte Prozessgasstrom strömt dann mit einer deutlich besseren Einhaltung der gewünschten Hauptgasrichtung aus dem Brenner aus, wodurch ein Auftreffen des Gasstroms und der von ihm transportierten Teilchen des aufgeschmolzenen Materials in exakt der Art erzielt wird, welche gewünscht ist. Die eingangs geschilderten Probleme hinsichtlich der Anhaftung der über das Lichtbogendrahtspritzen aufgebrachten Beschichtung werden dadurch deutlich minimiert und eine senkrecht zur Oberfläche des beschichteten Substrats ausgerichtete Hauptgasrichtung wird erzielt.The burner according to the invention for arc wire spraying, which should preferably be designed as an internal burner for the arc wire spraying of cavities, in particular cylinder bores or cylinder surfaces, according to the invention is constructed so that the deflecting element is formed in the gas supply so that it is the volume flow of the process gas first in his Direction of flow of the process gas in the flow direction then leads with at least one flow direction component against a flow direction component of the flow direction of the gas in the gas supply in front of the deflecting, and finally deflects the flow of the process gas in the main gas direction. In the case of the burner according to the invention, it is thus provided that a deflection element in the gas guide diverts the gas flow of the process gas several times before it ultimately directs it into the main gas direction. As a result, the deflection is improved overall, since this multiple deflection leads to a homogenization of the respective deflected gas flow with simultaneous reduction of turbulence. The process gas stream, which is thus redirected several times, then flows out of the burner with significantly better maintenance of the desired main gas direction, whereby an impact of the gas stream and the particles of molten material transported by it is achieved in exactly the manner which is desired. The initially described problems with regard to the adhesion of the coating applied by the arc wire spraying are thereby significantly minimized and a main gas direction oriented perpendicular to the surface of the coated substrate is achieved.

In einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brenners ist es ferner vorgesehen, dass das Umlenkelement so ausgebildet ist, dass die Strömung des Prozessgases zuerst um mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 135° in seiner Strömungsrichtung umgelenkt wird. Eine derartig starke Umlenkung des Volumenstroms des Prozessgases trägt deutlich zur Verbesserung des möglichst exakten Austritts des Prozessgases in der Hauptgasrichtung aus dem Brenner bei.In a particularly favorable development of the burner according to the invention, it is further provided that the deflection element is designed so that the flow of the process gas is first deflected by more than 90 °, preferably more than 135 ° in its flow direction. Such a strong deflection of the volume flow of the process gas contributes significantly to the improvement of the most accurate possible exit of the process gas in the main gas direction from the burner.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung ist es deshalb vorgesehen, dass die Gaszufuhrrichtung und die Hauptgasrichtung senkrecht aufeinander angeordnet sind, wobei das Umlenkelement den Volumenstrom des Prozessgases zuerst um 180° und anschließend um 90° in seiner Strömungsrichtung umlenkt. Eine solche Umlenkungsstrategie bei der anstelle einer einfachen 90° Umlenkung eine Art Siphon zur Umlenkung des Prozessgases verwendet wird hat sich als besonders geeignet erwiesen, um einen möglichst exakten Austritt des Prozessgases in der senkrecht zur Gaszufuhrrichtung stehenden Hauptgasrichtung des Brenners zu ermöglichen. In a further very favorable embodiment, it is therefore provided that the gas supply direction and the main gas direction are arranged perpendicular to each other, wherein the deflecting element first diverts the volume flow of the process gas by 180 ° and then by 90 ° in its flow direction. Such a deflection strategy in which instead of a simple 90 ° deflection a kind of siphon is used for deflecting the process gas has proved to be particularly suitable to allow the most accurate exit of the process gas in the direction perpendicular to the gas supply direction main gas direction of the burner.

In einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brenners ist es ferner vorgesehen, dass im Bereich des Umlenkelements Wandungen von Strömungskanälen stetig von der einen in die andere Richtung übergehen. Ein solcher stetiger, gerundeter Übergang der Wandungen der Strömungskanäle für das Prozessgas beispielsweise in der Art eines Viertelkreises oder Halbkreises, welchem die Wandungen der Strömungskanäle folgen, hat sich als besonders geeignet erwiesen, um Strömungsabrisse und Turbulenzen im Bereich des Umlenkelements zu minimieren und damit die Umlenkung des Prozessgases aus der Gaszufuhrrichtung in die Hauptgasrichtung nochmals zu verbessern.In a very favorable development of the burner according to the invention, it is further provided that, in the region of the deflection element, walls of flow channels continuously merge from one to the other direction. Such a continuous, rounded transition of the walls of the flow channels for the process gas, for example in the manner of a quarter circle or semicircle, which follow the walls of the flow channels, has proven to be particularly suitable to minimize stalls and turbulence in the region of the deflection and thus the deflection the process gas from the gas supply direction in the main gas direction again to improve.

In einer besonders günstigen Weiterbildung des Brenners ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der durchströmbare Querschnitt im Bereich des Umlenkelements zumindest bis vor die Umlenkung des Volumenstroms des Prozessgases in die Hauptgasrichtung in etwa konstant bleibt. Ein solcher konstanter durchströmbarer Querschnitt über den größten Teil der innerhalb des Umlenkelements auftretenden Richtungsänderungen ermöglicht eine weitere Vergleichmäßigung und Harmonisierung der Umlenkung. Dies verbessert die exakte Ausrichtung der Hauptgasrichtung nochmals.In a particularly favorable further development of the burner, it is additionally provided that the flow-through cross section in the region of the deflection element remains approximately constant at least until the deflection of the volume flow of the process gas into the main gas direction. Such a constant flow-through cross-section over most of the changes in direction occurring within the deflecting allows a further homogenization and harmonization of the deflection. This further improves the exact alignment of the main gas direction.

In einer günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners kann es ferner vorgesehen sein, dass Einrichtungen zur Aufteilung des Prozessgasstroms vor oder nach dem Umlenkelement in einen Primärgasstrom und einen Sekundärgasstrom vorgesehen sind, wobei zumindest der Primärgasstrom über das Umlenkelement strömt. Eine solche Verwendung des Primärgasstroms oder eines Sekundärgasstroms, welche gemäß dem allgemeinen Stand der Technik auch unabhängig voneinander dem Brenner zugeführt werden könnten, ist soweit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Der Primärgasstrom übernimmt dabei die Aufgabe des Zerstäubens und Transportierens des aufgeschmolzenen Materials von dem Brenner auf die zu beschichtende Oberfläche, während der sekundäre Gasstrom idealerweise ringförmig um den Primärgasstrom aus dem Brenner bzw. einer Düse des Brenners ausströmt und so einen Schutzgasmantel um den Primärgasstrom mit dem darin verteilten aufgeschmolzenen Material ausbildet. Der Sekundärgasstrom kann beispielsweise aus einem inerten Gas bestehen, um so die Oxidation des aufgeschmolzenen Materials vor und während dem Auftreffen auf das Substrat zu verhindern. Nun ist es so, dass prinzipiell auch die Ausrichtung des Sekundärgasstroms von Bedeutung für die Qualität der zu erzielenden Beschichtungsergebnisse ist. Vor allem ist in diesem Fall jedoch die Ausrichtung des Primärgasstroms entscheidend, sodass es gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ausreicht, wenn der Primärgasstrom ein derartiges Umlenkelement im Sinne der Erfindung durchströmt, während der Sekundärgasstrom beispielsweise in herkömmlicher Art und Weise zugeführt werden kann.In a favorable embodiment of the burner according to the invention, it may further be provided that means for dividing the process gas stream before or after the deflecting element are provided in a primary gas stream and a secondary gas stream, wherein at least the primary gas stream flows over the deflecting element. Such use of the primary gas stream or of a secondary gas stream, which according to the general state of the art could also be supplied to the burner independently of one another, is known from the general state of the art. The primary gas stream takes on the task of atomizing and transporting the molten material from the burner to the surface to be coated, while the secondary gas stream ideally flows annularly around the primary gas stream from the burner or a nozzle of the burner and so a protective gas jacket to the primary gas stream with the formed molten material in it. For example, the secondary gas stream may be an inert gas so as to prevent oxidation of the molten material prior to and during impact with the substrate. Now it is the case that in principle the orientation of the secondary gas flow is also of importance for the quality of the coating results to be achieved. Above all, in this case, however, the orientation of the primary gas flow is crucial, so that it is sufficient according to a particularly advantageous embodiment of the invention, when the primary gas flow through such a deflecting element according to the invention, while the secondary gas flow can be supplied, for example, in a conventional manner.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beide Gasströme entsprechende Umlenkelemente durchströmen, die Qualität bei der Ausrichtung der Hauptgasrichtung lässt sich dann nochmals steigern.Of course, it is also possible that both gas streams flow through corresponding deflection elements, the quality in the orientation of the main gas direction can then be increased again.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Brenners kann es ferner vorgesehen sein, dass vor und/oder nach dem Umlenkelement Einbauten zur Beruhigung der Strömung vorgesehen sind. Derartige Einbauten zur Beruhigung der Strömung, zur gleichmäßigen und homogenen Ausrichtung der Strömung und zum Verhindern von Turbulenzen lassen sich vorzugsweise vor oder gegebenenfalls auch alternativ oder ergänzend nach dem Umlenkelement einbauen und verbessern die Homogenität der Strömung des Prozessgases und damit dessen Ausrichtung in der Hauptgasrichtung weiter.In a further variant of the burner according to the invention, it may further be provided that internals are provided for calming the flow before and / or after the deflecting element. Such internals for calming the flow, for uniform and homogeneous alignment of the flow and for preventing turbulence can preferably before or optionally also alternatively or additionally install after the deflection and improve the homogeneity of the flow of the process gas and thus its orientation in the main gas direction on.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brenners ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.Further advantageous embodiments of the burner according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which is shown in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen prinzipmäßigen Aufbau eines Brenners zum Lichtbogendrahtspritzen gemäß dem Stand der Technik; und 1 a basic structure of a burner for arc wire spraying according to the prior art; and

2 den Aufbau eines Brenners zum Lichtbogendrahtspritzen in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung. 2 the structure of a burner for arc wire spraying in a possible embodiment according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist ein Brenner 1 zum Lichtbogendrahtspritzen in einer prinzipmäßigen Darstellung zu erkennen. Ein derartiger Brenner 1 wird häufig auch als LDS-Brenner oder in der hier dargestellten Ausführungsform als LDS-Innenbrenner bezeichnet. Er kann insbesondere zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats dienen. In der hier dargestellten Ausführungsform des Brenners 1 als LDS-Innenbrenner kann er vorzugsweise zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen eines Motorblocks dienen. Der Brenner 1 wird dabei typischerweise gemäß der durch den Pfeil A bezeichneten Richtung auf und ab bewegt und kann durch die gemäß dem Pfeil B gezeigte Richtung rotiert werden, sodass das hier nur in einem Ausschnitt prinzipmäßig dargestellte Substrat 2 – beispielsweise eine Zylinderlauffläche – beschichtet werden kann. Dem Brenner 1 wird in an sich bekannter Art und Weise, so wie es beispielsweise in der eingangs genannten deutschen Patentschrift DE 101 11 565 C5 beschrieben ist, einem Material zum Aufschmelzen in einem Lichtbogen zugeführt. Dieses wird typischerweise in Form von Drahtelektroden erfolgen. Für die hier vorliegende Erfindung ist dieser Aspekt nicht weiter relevant, sodass in der Darstellung der 1 lediglich der Lichtbogen als Kreis 3 angedeutet ist. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden dem Brenner 1 das Prozessgas in Form von zwei getrennten Gasströmen zugeführt. Die mit C bezeichneten Pfeile zeigen dabei die Strömung des Primärgases an, welches über eine Gaszuführung 4 zugeführt und im Bereich eines Umlenkelements 5 in Form eines rechtwinkligen Abknickens der Gaszuführung 4 in Richtung des Lichtbogens 3 umgelenkt wird. Durch eine Düse 6 trifft der Volumenstrom des Primärgases C auf den Bereich des Lichtbogens 3 und transportiert das dort aufgeschmolzene Material zu der Oberfläche des Substrats 2. Der Volumenstrom des Sekundärgases D strömt durch ein Leitungselement 7, welches parallel zur Gaszufuhr 4 des Primärgases C verläuft. Der Sekundärgasstrom D kommt im Bereich vor der Düse mit dem Primärgasstrom C in Kontakt. Er dient jedoch primär dazu, durch Öffnungen 8 um die Düse 6 herum auszutreten und so einen mantelförmigen Schutzgaskegel um den kegligen Gasstrom des Primärgases C, welcher die aufgeschmolzenen Teilchen in einem sogenannten Beschichtungsstrahl 9 zu der Oberfläche des Substrats 2 fördert, zu bilden. Das Sekundärgas kann dabei insbesondere als Schutzgas ausgebildet sein, um eine vorzeitige Oxidation der über Lichtbogendraht aufgespritzten Beschichtung des Substrats 2 während des Aufspritzens zu verhindern. Aufgrund der sehr einfach ausgestalteten Art, wie das Primärgas C im Bereich des Umlenkelements 5 umgelenkt wird, kommt es bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik zu einem Auftreffen des Beschichtungsstrahls in einem von 90° abweichenden Winkel auf die Oberfläche des Substrats 2, was damit zusammenhängt, dass die sogenannte Hauptgasrichtung, also die Richtung mit der der Primärgasstrom C als wesentlicher Volumenstrom des Prozessgases aus der Düse 6 austritt, eben nicht senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung A des Brenners 1 verläuft. Bei entsprechend aufgerauten Oberflächen des Substrats 2 kann dieses schräge Auftreffen des Beschichtungsstrahls 9 zu deutlichen Problemen beim Auffüllen von eventuellen Hinterschnitten in dem Substrat 2 mit dem Material der Beschichtung führen, was letztlich zu einer schlechten Anhaftung der Beschichtung und damit einhergehenden Funktions- und Qualitätsproblemen führt.In the presentation of the 1 is a burner 1 to recognize the arc wire spraying in a schematic representation. Such a burner 1 is often referred to as LDS burner or in the embodiment shown here as LDS internal burner. He can in particular for Coating the surface of a substrate serve. In the embodiment of the burner shown here 1 As LDS internal burner, it can preferably serve for coating cylinder running surfaces in cylinder bores of an engine block. The burner 1 is typically moved up and down in accordance with the direction indicated by the arrow A and can be rotated by the direction shown by the arrow B, so that the substrate shown here in principle only in a section 2 - For example, a cylinder surface - can be coated. The burner 1 is in a conventional manner, as for example in the aforementioned German Patent DE 101 11 565 C5 is fed to a material for melting in an arc. This will typically be in the form of wire electrodes. For the present invention, this aspect is not relevant, so that in the representation of 1 only the arc as a circle 3 is indicated. In the embodiment shown here are the burner 1 supplied the process gas in the form of two separate gas streams. The arrows denoted by C indicate the flow of the primary gas, which via a gas supply 4 supplied and in the region of a deflecting element 5 in the form of a right-angled bend of the gas supply 4 in the direction of the arc 3 is diverted. Through a nozzle 6 the volume flow of the primary gas C hits the area of the arc 3 and transports the material melted there to the surface of the substrate 2 , The volume flow of the secondary gas D flows through a conduit element 7 which is parallel to the gas supply 4 of the primary gas C runs. The secondary gas flow D comes into contact with the primary gas flow C in the area in front of the nozzle. However, it serves primarily through openings 8th around the nozzle 6 to escape around and so a jacket-shaped protective gas cone around the conical gas flow of the primary gas C, which the molten particles in a so-called coating jet 9 to the surface of the substrate 2 promotes to form. The secondary gas may in particular be designed as a protective gas to prevent premature oxidation of the over arc wire sprayed coating of the substrate 2 during spraying. Due to the very simple design, such as the primary gas C in the region of the deflecting element 5 is deflected, it comes in the structures according to the prior art to an impact of the coating jet at an angle other than 90 ° to the surface of the substrate 2 , which is related to the fact that the so-called main gas direction, ie the direction with which the primary gas flow C as the essential volume flow of the process gas from the nozzle 6 exits, just not perpendicular to the axial direction of movement A of the burner 1 runs. With appropriately roughened surfaces of the substrate 2 This oblique impingement of the coating jet 9 to significant problems when filling any undercuts in the substrate 2 lead with the material of the coating, which ultimately leads to a poor adhesion of the coating and associated functional and quality problems.

In der Darstellung der 2 ist derselbe Aufbau mit der im Wesentlichen selben Funktionalität, wie soeben beschrieben, nochmals zu erkennen. Dieselben Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen und werden im Rahmen der 2 nicht nochmals eigenständig erläutert. Der wesentliche Unterschied des Brenners 1 in 2 gegenüber dem in 1 gezeigten Brenners 1 liegt im Bereich des Umlenkelements 5. Dieses ist bei dem in 2 dargestellten Brenner nun so ausgebildet, dass der Volumenstrom des Primärgases C, welcher den wesentlichen Teil des Prozessgasstroms bildet, nun in der Art eines Siphon ausgebildet ist. Der über die Gaszufuhr 4 parallel zur axialen Bewegungsrichtung A anströmende Primärgasstrom C wird im Bereich des Umlenkelements 5 nun zuerst um in etwa 180° umgelenkt und strömt so für ein gewisses Stück zumindest mit einem Teil seiner vektoriellen Richtungskomponenten der Strömung entgegen der in der Gaszufuhr 4 vorliegenden Strömungsrichtung. In einer zweiten Umlenkung wird der Primärgasstrom C dann in Richtung der Düse 6 umgelenkt und trifft bereits annähernd senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung A des Brenners 1 auf den Lichtbogen 3. Das Resultat ist ein Beschichtungsstrahl 9, welcher senkrecht auf das Substrat 2 auftrifft und so eine ideale und homogene Anhaftung der durch Lichtbogendrahtspritzen aufgebrachten Beschichtung an dem Substrat gewährleistet. Um die Strömung ergänzend zu der zweifachen Umlenkung ihrer Strömungsrichtung, noch weiter zu vergleichmäßigen und die Hauptgasrichtung weiter zu optimieren, sind die Übergänge nicht mehr stufenartig bzw. eckig ausgeführt, sondern Seitenwände 10 des Umlenkelements 5 verändern sich beim Richtungswechsel der Mittelachse des Gaskanals im Umlenkelement 5 stetig. Damit wird eine möglichst homogene Umlenkung der Strömung gewährleistet und die Gefahr der Ausbildung von Turbulenzen minimiert. Gleichzeitig bleibt im annähernd größten durchströmten Teil des Umlenkelements 5, nämlich bis die Strömung letztlich in die Hauptgasrichtung umgelenkt wird, der durchströmbare Querschnitt der Gaszufuhr 4 annähernd gleich, was ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Vergleichmäßigung der Strömung hat und eventuelle Turbulenzen minimiert.In the presentation of the 2 the same structure with essentially the same functionality as just described can be seen again. The same elements are provided with the same reference numerals and are used in the context of 2 not explained again independently. The essential difference of the burner 1 in 2 opposite to the 1 shown burner 1 lies in the region of the deflection element 5 , This is at the in 2 Burner now shown formed so that the volume flow of the primary gas C, which forms the essential part of the process gas stream is now formed in the manner of a siphon. The over the gas supply 4 parallel to the axial direction of movement A inflowing primary gas stream C is in the region of the deflecting element 5 now first deflected by about 180 ° and flows for a certain amount, at least with a part of its vectorial directional components of the flow against that in the gas supply 4 present flow direction. In a second deflection, the primary gas flow C is then in the direction of the nozzle 6 deflected and already hits almost perpendicular to the axial direction of movement A of the burner 1 on the arc 3 , The result is a coating jet 9 , which is perpendicular to the substrate 2 impinges and thus ensures an ideal and homogeneous adhesion of the applied by electric arc wire spraying coating on the substrate. In order to further even the flow in addition to the double deflection of its flow direction, and to further optimize the main gas direction, the transitions are no longer stepped or square, but side walls 10 of the deflecting element 5 change during the change of direction of the central axis of the gas channel in the deflecting element 5 steadily. This ensures the most homogeneous possible deflection of the flow and minimizes the risk of the formation of turbulence. At the same time remains in approximately the largest flowed through part of the deflection 5 , Namely, until the flow is ultimately deflected in the main gas direction, the durchströmbare cross-section of the gas supply 4 approximately the same, which also has a positive influence on the homogenization of the flow and minimizes any turbulence.

Durch den sauber ausgerichteten Beschichtungsstrahl 9 und sein kalkulierbar vorhersagbares Auftreffen auf dem Substrat 2 lässt sich, wie bereits erwähnt, die Anhaftung der über das Lichtbogendrahtspritzen und den Brenner 1 aufgetragenen Beschichtung verbessern. Außerdem erlaubt eine Verbesserung bei der Ausrichtung des Beschichtungsstrahls 9 eine größere Variabilität bei der Wahl des Verfahrens zum Aufrauen der Oberfläche des Substrats, sodass auch hier weitere Einsparungen durch eine Vereinfachung bei Vorbereitungsprozessen für die Oberfläche des Substrats 2 erzielt werden können.Through the cleanly aligned coating jet 9 and its calculable predictable impingement on the substrate 2 can be, as already mentioned, the adhesion of the wire arc spraying and the burner 1 improve applied coating. It also allows an improvement in the orientation of the coating beam 9 a greater variability in the choice of the method for roughening the surface of the substrate, so here also further savings by simplifying preparation processes for the surface of the substrate 2 can be achieved.

Neben den beschriebenen Maßnahmen zur Verbesserung des Umlenkelements 5 durch seine Ausgestaltung mit mehreren aufeinanderfolgenden Umlenkungen zur Verbesserung der Homogenität der umgelenkten Strömung ist es selbstverständlich möglich, weitere Einbauten wie Strömungsgleichrichter oder dergleichen in der Gaszufuhr 4 vor und/oder nach dem Umlenkelement 5 vorzusehen, um die Strömung noch weiter zu vergleichmäßigen und die Ausrichtung der Hauptgasrichtung und damit die Ausrichtung des Beschichtungsstrahls 9 noch weiter zu optimieren.In addition to the measures described to improve the deflection 5 by its design with several successive deflections to improve the homogeneity of the deflected flow, it is of course possible, other installations such as flow straightener or the like in the gas supply 4 before and / or after the deflecting element 5 provided to even out the flow and the alignment of the main gas direction and thus the orientation of the coating jet 9 even further to optimize.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10111565 C5 [0002, 0019]

Claims

Burner ( 1 ) for arc wire spraying (LDS) with a material supply for from an arc ( 3 ) material to be melted, with a gas feed ( 4 ) for a volume flow of process gas (C, D), which at least partially for sputtering and transporting the from the arc ( 3 ) molten material is provided in the direction of a surface to be coated, wherein the gas supply ( 4 ) a deflecting element ( 5 ) for deflecting the process gas (C, D) from a gas supply direction into a main gas direction for atomizing and transporting the molten material, characterized in that the deflecting element ( 5 ) is designed so that it first deflects the volume flow of the process gas (C, D) in its flow direction, the volume flow of the process gas (C, D) in the flow direction thereafter with at least one flow direction component opposite to the flow direction in the gas supply ( 4 ) in front of the deflecting element ( 5 ), and finally the volume flow of the process gas (C, D) deflects in the main gas direction.

Burner ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the deflecting element ( 5 ) is designed so that it first deflects the flow of the process gas (C, D) in its flow direction by more than 90 °, preferably more than 135 °.

Burner ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the gas supply direction and the main gas direction are arranged perpendicular to each other.

Burner ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the deflecting element ( 5 ) deflects the volume flow of the process gas (C, D) first by 180 ° and then by 90 ° in its flow direction.

Burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the region of the deflecting element ( 5 ), Walls ( 10 ) of flow channels steadily pass from one to the other direction.

Burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow-through cross section in the region of the deflecting element ( 5 ) remains at approximately constant until at least until the reversal of the volume flow of the process gas (C, D) in the main gas direction.

Burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that means for dividing the process gas stream (C, D) before or after the deflecting element ( 5 ) are provided in a primary gas stream (C) and a secondary gas stream (D), wherein at least the primary gas stream (C) via the deflecting element ( 5 ) flows.

Burner ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the secondary gas flow (D) in front of the deflecting element ( 5 ) branches off from the primary gas stream (C) or flows through its own independent auxiliary gas supply, wherein the secondary gas flow (D) only after the deflecting element on the primary gas stream (C).

Burner ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that before and / or after the deflecting element ( 5 ) Internals are provided to calm the flow.

Burner ( 1 ), characterized by its design as an internal burner for arc wire spraying of cavities, in particular cylinder surfaces.