DE102019126115A1 - Arc torch and process for coating metal surfaces - Google Patents

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Steffen Heidemann
Christian Weinmann
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Abstract

Durch Vorsehung einer Haftoberfläche (28) an Teilen eines Lichtbogenbrenners (10) wird sichergestellt, dass Partikel (31), die an dem Gehäuse (15) anhaften, dort verbleiben und sich nicht wieder ablösen und in die zu erzeugende Metallschicht (13) gelangen. Damit wird einem im Stand der Technik anzutreffenden Problem abgeholfen, bei dem mit Antihaftbeschichtungen gearbeitet wird. Weil diese eine zumindest lose Auflagerung von Metallpartikeln ermöglichen, können, wenn diese losen Auflagerungen sich während eines Beschichtungsvorgangs großflächig ablösen, solche Partikel in die Beschichtung der Metallschicht, beispielsweise einer Zylinderlaufbahn gelangen. Ein solches Werkstück ist dann Ausschuss. Die erfindungsgemäße Haftoberfläche (28) verhindert solche Vorgänge.Providing an adhesive surface (28) on parts of an arc burner (10) ensures that particles (31) that adhere to the housing (15) remain there and do not detach again and get into the metal layer (13) to be produced. This remedies a problem encountered in the prior art, in which non-stick coatings are used. Because these allow metal particles to be deposited at least loosely, if these loose deposits become detached over a large area during a coating process, such particles can get into the coating of the metal layer, for example a cylinder liner. Such a workpiece is then rejected. The adhesive surface (28) according to the invention prevents such processes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Metallschicht sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Metallschicht.The invention relates to an arc torch for coating metal surfaces with a metal layer and a method for coating metal surfaces with a metal layer.

Zur Beschichtung von Metallflächen sind Lichtbogenbrenner im Gebrauch, die mittels der in einem Lichtbogen erzeugten Wärme Material aufschmelzen, welches dann, zum Beispiel mittels eines Gasstrahls, auf einer Werkstückoberfläche geblasen wird. Das Material wird typischerweise in Form von mindestens einem Draht zugeführt. Während die weitaus meisten Metalltröpfchen auf der Werkstückoberfläche abgelagert werden, können einzelne Tropfen abprallen. Auch sonstige Effekte können dazu führen, dass ein gewisser Prozentsatz der Metalltropfen nicht auf die Werkstückoberfläche gelangt sondern fehl geht. Diese vagabundierenden Tropfen ergeben einen Staub, der abgesaugt werden kann. Lagert sich solcher Staub oder noch breiige oder flüssige Tröpfchen, so genannter Overspray jedoch an Flächen des Lichtbogenbrenners an, bilden sich Ablagerungen. Solche Ablagerungen können sich in Stücken lösen und auf die zu beschichtende Metallfläche gelangen. Dies beeinträchtigt die Gleichmäßigkeit und Qualität der zu erzeugenden Metallbeschichtung.Arc torches are used to coat metal surfaces, which melt material by means of the heat generated in an arc, which material is then blown onto a workpiece surface, for example by means of a gas jet. The material is typically supplied in the form of at least one wire. While the vast majority of metal droplets are deposited on the workpiece surface, individual droplets can ricochet off. Other effects can also mean that a certain percentage of the metal droplets do not get onto the workpiece surface but go wrong. These stray drops produce a dust that can be sucked off. If such dust or pulpy or liquid droplets, so-called overspray, accumulate on the surfaces of the arc torch, deposits form. Such deposits can loosen in pieces and get onto the metal surface to be coated. This affects the uniformity and quality of the metal coating to be produced.

Die EP 2 941 493 B1 sieht dazu einen Brenner vor, der mit einem abnehmbaren Kunststoff- oder Gummimantel versehen ist, der zu Wartungszwecken von dem Brenner abgenommen wird. Dies geht aber mit einem Verschleiß des Kunststoff- und/oder Gummimantels einher, weswegen in der EP 2 941 493 B1 im weiteren vorgeschlagen wird, das Gehäuse des Brenners mit einem Antihaft- und Isolierschichtsystem zu versehen, wobei eine von dem Brenner nicht lösbare Antihaftoberfläche auf einer elektrisch und thermisch isolierende Schicht angeordnet ist, welche ihrerseits auf dem Gehäuse angeordnet ist.The EP 2 941 493 B1 provides for this purpose a burner which is provided with a removable plastic or rubber jacket which is removed from the burner for maintenance purposes. However, this is accompanied by wear of the plastic and / or rubber jacket, which is why in the EP 2 941 493 B1 It is further proposed to provide the housing of the burner with a non-stick and insulating layer system, a non-stick surface that cannot be detached from the burner being arranged on an electrically and thermally insulating layer which in turn is arranged on the housing.

Durch die Antihaftbeschichtung soll die Anhaftung von Overspray und/oder Spritzstaub auf der Vorrichtung vermieden werden. Die Schaffung von Antihaftflächen, die keinerlei Staubanlagerung zulässt, hat sich aber als schwierig erwiesen.The non-stick coating is intended to prevent overspray and / or spray dust from adhering to the device. However, the creation of non-stick surfaces that do not allow any accumulation of dust has proven to be difficult.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein sicheres und zuverlässiges Konzept zum Schutz einer zu erzeugenden Metallschicht vor Fremdkörpereinlagerung anzugeben.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a safe and reliable concept for protecting a metal layer to be produced from the accumulation of foreign bodies.

Diese Aufgabe wird mit dem Brenner nach Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren nach Anspruch 15 gelöst:This object is achieved with the burner according to claim 1 and with the method according to claim 15:

Der erfindungsgemäße Brenner dient insbesondere zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Metallschicht, zum Beispiel zur Beschichtung einer Aluminiumoberfläche mit einer Stahlschicht. Der Brenner weist ein Gehäuse auf, dem über eine Anschlusseinrichtung drahtförmiges Beschichtungswerkstoff, als Pulver oder beispielsweise in Form eines oder mehrerer Drähte, zugeführt wird. Außerdem ist dem Brenner über die Anschlusseinrichtung ein Energieträger, wie z.B. Strom oder Brenngas, zur Speisung einer Wärmequelle zuführbar. Ist der Energieträger elektrischer Strom, kann er zur Speisung eines Lichtbogens dienen, der die Wärmequelle zum Aufschmelzen eines Beschichtungswerkstoffs bilden kann. Dem Brenner kann auch Gas zugeführt werden, um in einem Innenraum des Gehäuses z.B. mittels des Lichtbogens und mittels des zugeführten Gas einen Sprühstahl zu erzeugen, der flüssigen Beschichtungswerkstoff, insbesondere flüssige Metalltropfen enthält. Der Sprühstrahl wird durch ein Fenster aus dem Gehäuse entlassen, wobei das Gehäuse eine Haftoberfläche aufweist. Das Gehäuse bezieht dabei begrifflich den Brennerschaft mit ein. Auch an diesem kann die Haftoberfläche ausgebildet sein.The burner according to the invention is used in particular for coating metal surfaces with a metal layer, for example for coating an aluminum surface with a steel layer. The burner has a housing to which wire-shaped coating material, as a powder or, for example, in the form of one or more wires, is fed via a connection device. In addition, an energy carrier, such as electricity or fuel gas, can be fed to the burner via the connection device to feed a heat source. If the energy source is electrical current, it can be used to feed an arc, which can form the heat source for melting a coating material. Gas can also be fed to the burner in order to generate a spray steel in an interior of the housing, e.g. by means of the arc and by means of the fed gas, which contains liquid coating material, in particular liquid metal droplets. The spray jet is released from the housing through a window, the housing having an adhesive surface. The housing conceptually includes the burner shaft. The adhesive surface can also be formed on this.

Die Haftoberfläche ist Teil des Gehäuses und somit vorzugsweise fest mit diesem verbunden. Die Haftoberfläche kann unmittelbar an der Gehäusewand ausgebildet sein.The adhesive surface is part of the housing and is therefore preferably firmly connected to it. The adhesive surface can be formed directly on the housing wall.

Insbesondere kann die Haftoberfläche das Fenster des Gehäuses vollständig umschließen und/oder die Außenfläche des Gehäuses vollständig einnehmend ausgebildet sein. Die Haftoberfläche wirkt als Staub- und Tropfenfang. Metalltröpfchen oder Staubpartikel, die von der Haftoberfläche aufgenommen sind, verbleiben dort und bilden einen Metallniederschlag. Dieser haftet an der Haftoberfläche so fest, dass eine Ablösung während des Betriebs nicht erfolgt. Deswegen kann er die von dem Sprühstrahl auf dem Werkstück erzeugte Metallschicht nicht mehr beeinträchtigen.In particular, the adhesive surface can completely enclose the window of the housing and / or be designed to completely occupy the outer surface of the housing. The adhesive surface acts as a dust and drip catcher. Metal droplets or dust particles that have been picked up by the adhesive surface remain there and form a metal precipitate. This adheres so firmly to the adhesive surface that it does not become detached during operation. It can therefore no longer impair the metal layer produced on the workpiece by the spray jet.

Auch weitere Oberflächen, beispielsweise eine in dem Innenraum des Gehäuses angeordnete Düse oder dergleichen, können eine Haftoberfläche aufweisen.Further surfaces, for example a nozzle or the like arranged in the interior of the housing, can also have an adhesive surface.

Das Gehäuse kann ein Metallgehäuse beispielsweise ein Aluminiumgehäuse sein. Die Düse kann aus Metall oder Keramik bestehen. Die Haftoberfläche ist vorzugsweise eine Oberfläche, die mit einer Verankerungsstruktur versehen ist. Diese weist vorzugsweise eine regellose Form auf. Insbesondere kann die Verankerungsstruktur durch eine Raustruktur gebildet sein. Diese weist vorzugsweise Rauheitskennwerte von Rz = 15 bis 30 (vorzugsweise 20) und/oder Ra = 5,5 bis 7 Mikrometer (vorzugsweise 6,3 Mikrometer) auf. Es hat sich gezeigt, dass vagabundierende Metalltröpfchen auf einer solchen Fläche ausreichend Halt finden, um sich mechanisch mit der Oberfläche zu verzahnen und so während des Betriebs des Lichtbogenbrenners sicher gehalten bleiben. Andererseits lassen sie sich durch mechanische Einwirkung, wie Bürsten, Strahlen, Abkratzen oder dergleichen, relativ leicht von der Haftoberfläche lösen, ohne dies zu beschädigen. Damit kann die Haftoberfläche als verschleißfreie Fläche angesehen werden, die über die Standzeit des Lichtbogenbrenners erhalten bleibt.The housing can be a metal housing, for example an aluminum housing. The nozzle can be made of metal or ceramic. The adhesive surface is preferably a surface that is provided with an anchoring structure. This preferably has a random shape. In particular, the anchoring structure can be formed by a rough structure. This preferably has roughness parameters of R z = 15 to 30 (preferably 20) and / or R a = 5.5 to 7 micrometers (preferably 6.3 micrometers). It has been shown that stray metal droplets on such Find sufficient support on the surface to mechanically interlock with the surface and thus remain securely held during operation of the arc torch. On the other hand, they can be released relatively easily from the adhesive surface by mechanical action, such as brushing, blasting, scraping or the like, without damaging it. This means that the adhesive surface can be viewed as a wear-free surface that remains intact over the life of the arc torch.

Die Haftoberfläche ist vorzugsweise eine nichtmetallische anorganische Schicht, beispielsweise eine Keramikschicht oder eine Aluminiumoxidschicht. Die Aluminiumoxidschicht kann zum Beispiel eine auf einem Aluminiumgehäuse ausgebildete durch anodische Oxidation erzeugte Oxidschicht sein, die auch als Eloxalschicht bezeichnet wird. Vorzugsweise weist die Aluminiumoxidschicht eine so geringe Dicke auf, dass die Rauheit der Aluminiumoberfläche, auf der sie aufgewachsen ist, auch die Rauheit der Aluminiumoxidschicht bestimmt.The adhesive surface is preferably a non-metallic inorganic layer, for example a ceramic layer or an aluminum oxide layer. The aluminum oxide layer can, for example, be an oxide layer formed on an aluminum housing by anodic oxidation, which is also referred to as an anodized layer. The thickness of the aluminum oxide layer is preferably so small that the roughness of the aluminum surface on which it is grown also determines the roughness of the aluminum oxide layer.

Alternativ kann die Haftoberfläche durch eine aufgebrachte Beschichtung gebildet sein, zum Beispiel eine keramische Beschichtung. Zur Aufbringung einer keramischen Beschichtung zur Ausbildung der Haftoberfläche ist jedes Beschichtungsverfahren, insbesondere PVD-Verfahren, CVD-Verfahren oder sonstige Verfahren zur Gasphasenabscheidung geeignet.Alternatively, the adhesive surface can be formed by an applied coating, for example a ceramic coating. Any coating method, in particular PVD method, CVD method or other methods for gas phase deposition, is suitable for applying a ceramic coating to form the adhesive surface.

Vorzugsweise weist die Haftoberfläche eine im Hinblick auf die Temperatur und die Tröpfchengröße sowie die Materialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl enthaltenen Metalltröpfchen eine solche Härte und eine solche Temperaturbeständigkeit auf, dass eine stoffliche Bindung zwischen Metallniederschlag, d.h., auf der Haftoberfläche auftreffenden Metalltröpfchen, und der Haftoberfläche ausgeschlossen ist. Insbesondere wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schmelztemperatur des Materials, aus dem die Haftoberfläche besteht, höher ist als die Schmelztemperatur des Materials, das die Tröpfchen bildet. Außerdem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Material der Haftoberfläche auch nicht auf andere Weise, beispielsweise durch Zersetzung, durch die geschmolzenen Metalltröpfchen angreifbar ist. Die Haftoberfläche weist außerdem im Hinblick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie die Materialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl enthaltenen Metalltröpfchen vorzugsweise eine solche Härte auf, dass die Haftoberfläche durch mechanisches Ablösen des Metallniederschlags nicht veränderbar ist. Anders als bei Überzügen aus Kunststoff oder Gummi verändern auf die Haftoberfläche auftreffende Metalltröpfchen somit weder die chemische Beschaffenheit der Haftoberfläche noch wird diese von dem Metalltröpfchen verformt oder anderweitig angegriffen. Die Haftoberfläche ist somit gegenüber den auftreffenden Metalltröpfchen inert.With regard to the temperature and the droplet size as well as the material properties of the metal droplets contained in the spray jet, the adhesive surface preferably has such a hardness and such a temperature resistance that a material bond between metal deposit, i.e. metal droplets hitting the adhesive surface, and the adhesive surface is excluded is. In particular, it is considered advantageous if the melting temperature of the material from which the adhesive surface is made is higher than the melting temperature of the material which forms the droplets. In addition, it is considered to be advantageous if the material of the adhesive surface cannot be attacked by the molten metal droplets in any other way, for example by decomposition. With regard to the temperature and droplet size as well as the material properties of the metal droplets contained in the spray jet, the adhesive surface preferably has such a hardness that the adhesive surface cannot be changed by mechanical detachment of the metal deposit. In contrast to coatings made of plastic or rubber, metal droplets hitting the adhesive surface neither change the chemical nature of the adhesive surface nor is it deformed or otherwise attacked by the metal droplet. The adhesive surface is therefore inert to the metal droplets that strike it.

Vorzugsweise weist die Haftoberfläche eine Härte auf, die größer ist, als die Härte der Gehäusewand. Weiter vorzugsweise ist die Härte des Materials, aus dem die Haftoberfläche besteht, mindestens so groß, wie die Härte des Beschichtungsmaterials. Dies trägt dazu bei, dass beim mechanischen Ablösen des Metallniederschlags von der Haftoberfläche, die Oberflächenstruktur derselben nicht verändert wird.The adhesive surface preferably has a hardness which is greater than the hardness of the housing wall. More preferably, the hardness of the material from which the adhesive surface is made is at least as great as the hardness of the coating material. This contributes to the fact that when the metal deposit is mechanically detached from the adhesive surface, the surface structure of the same is not changed.

Vorzugsweise ist die Rauheit der Haftoberfläche so eingestellt, dass die bei einem Ablöseversuch zu messende Haftzugfestigkeit zwischen dem Metallniederschlag auf der Haftoberfläche und der unterliegenden Haftoberfläche zwischen 2 MPa und 30 MPa liegt. Damit ist einerseits sichergestellt, dass sich der Metallniederschlag von der Haftoberfläche im Betrieb nicht löst und andererseits im Reinigungsvorgang ablösbar ist. Vorzugsweise beträgt der Haftzugwert wenigstens 5 MPa.The roughness of the adhesive surface is preferably set so that the adhesive tensile strength to be measured during a peeling test between the metal deposit on the adhesive surface and the underlying adhesive surface is between 2 MPa and 30 MPa. This ensures, on the one hand, that the metal deposit does not detach from the adhesive surface during operation and, on the other hand, can be detached during the cleaning process. The tensile adhesive strength is preferably at least 5 MPa.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 15 nutzt das Gehäuse des Lichtbogenbrenners als Staub- und Oversprayfänger, indem die Haftoberfläche auftreffende Metalltröpfchen und darin eingebetteten Metallstaub als Metallniederschlag sicher festhält und nicht auf die zu erzeugenden Oberflächen gelangen lässt.The inventive method according to claim 15 uses the housing of the arc burner as a dust and overspray catcher, in that the adhesive surface securely holds metal droplets and metal dust embedded therein as metal precipitate and does not allow them to reach the surfaces to be generated.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder von Ansprüchen. Es zeigen:

  • 1 einen Lichtbogenbrenner beim Beschichten einer Metalloberfläche, in schematischer Darstellung,
  • 2 den Lichtbogenbrenner nach 1, in ausschnittweiser schematisierter und geschnittener Darstellung,
  • 3 einen Ausschnitt aus der Gehäusewand des Lichtbogenbrenners nach 1 und 2, in vergrößerter Darstellung.
Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the drawing, the description or the claims. Show it:
  • 1 an arc torch when coating a metal surface, in a schematic representation,
  • 2 the arc torch 1 , in excerpts, schematized and sectioned representation,
  • 3 a section of the housing wall of the arc torch 1 and 2 , in an enlarged view.

In 1 ist ein Lichtbogenbrenner 10 veranschaulicht, der dazu dient, die Oberfläche 11 eines Werkstücks 12 mit einer Metallschicht 13 zu versehen. Der Lichtbogenbrenner 10 dient zur Veranschaulichung der Erfindung, die auch an Plasmabrennern, Gasbrennern oder anderen zur Beschichtung einer Oberfläche geeigneten und vorgesehenen Brennern Anwendung finden kann. Der Beschichtungsvorgang hinterlässt eine Schicht aus einem Beschichtungswerkstoff, vorzugsweise eine Metallschicht aus einem dem Brenner z.B. in Form eines oder mehrerer Drähte oder Bänder oder als Pulver zugeführten metallischen Beschichtungsmaterial.In 1 is an arc torch 10 illustrates the purpose of the surface 11 of a workpiece 12th with a metal layer 13th to provide. The arc torch 10 serves to illustrate the invention, which can also be used on plasma burners, gas burners or other burners suitable and intended for coating a surface. The coating process leaves a layer of a coating material, preferably a metal layer of a metallic coating material supplied to the burner, for example in the form of one or more wires or strips or as a powder.

Der hier beispielhaft veranschaulichte Lichtbogenbrenner 10 erzeugt einen Sprühstrahl 14, der ein Gehäuse 15 des Lichtbogenbrenners 10 an einem Fenster 16 verlässt und gegen die Oberfläche 11 gerichtet ist.The arc torch illustrated here as an example 10 creates a spray jet 14th who made a housing 15th of the arc torch 10 on a window 16 leaves and against the surface 11 is directed.

Der Sprühstrahl 14 besteht aus geschmolzenen Metalltröpfchen 22, beispielsweise aus Stahl, die mittels eines Gasstrahls, beispielsweise Stickstoffstrahls, auf die Oberfläche 11 getragen werden. 2 zeigt dazu den prinzipiellen Aufbau des Lichtbogenbrenners 10. Diese weist eine Lichtbogenerzeugungseinrichtung 17 auf, zu der zum Beispiel mindestens ein Draht 18 und eine Gegenelektrode 19 gehören können, zwischen denen ein Lichtbogen 20 brennt. Der Draht 18 wird über eine nicht weiter dargestellte Fördereinrichtung in Richtung auf die Gegenelektrode 19 zugeführt, wie in 2 durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Während die Gegenelektrode 19 aus einem sich nicht verbrauchendem Material, beispielsweise Wolfram oder einer Wolframlegierung, ausgebildet ist, besteht der Draht 18 aus dem auf die Oberfläche 11 aufzubringenden Material, das von dem Lichtbogen 20 aufgeschmolzen wird. Dieses wird in Form von Metalltröpfchen 22 ausgetragen, die den Sprühstrahl 14 bilden. Zur Erzeugung desselben dient eine Gasdüse 23, der über einen Kanal 24 Gas, beispielsweise Stickstoff, zugeführt wird. Die dem Lichtbogen 20 benachbarte Gasdüse 23 bläst einen Gasstrahl durch den Lichtbogen 20. Der entstehende Sprühstrahl 14 kann dabei eine Maske oder Düse 25 passieren, die an der der Gasdüse 23 gegen überliegenden Seite des Lichtbogens 20 angeordnet ist. Die Düse 25 ist optional, sie kann auch entfallen.The spray jet 14th consists of molten metal droplets 22nd , for example made of steel, which is applied to the surface by means of a gas jet, for example a nitrogen jet 11 be worn. 2 shows the basic structure of the arc torch 10 . This has an arc generation device 17th to which for example at least one wire 18th and a counter electrode 19th may include, between which an electric arc 20th burns. The wire 18th is via a conveying device, not shown, in the direction of the counter electrode 19th fed, as in 2 by an arrow 21 is indicated. While the counter electrode 19th is made of a non-consumable material, for example tungsten or a tungsten alloy, the wire is made 18th from the to the surface 11 material to be applied by the arc 20th is melted. This is in the form of metal droplets 22nd discharged that the spray jet 14th form. A gas nozzle is used to generate the same 23 that has a canal 24 Gas, for example nitrogen, is supplied. The arc 20th adjacent gas nozzle 23 blows a jet of gas through the arc 20th . The resulting spray jet 14th can be a mask or nozzle 25th happen to that of the gas nozzle 23 opposite side of the arc 20th is arranged. The nozzle 25th is optional, it can also be omitted.

Die Betriebsmedien, d.h., der elektrische Strom zum Betrieb des Lichtbogens 20 sowie das Gas für die Düse 23 werden dem Lichtbogenbrenner 10 über eine Schnittstelle 26 zugeführt, über die der Lichtbogenbrenner 10 an eine entsprechende Beschichtungsmaschine angeschlossen ist.The operating media, ie the electrical current for operating the arc 20th as well as the gas for the nozzle 23 become the arc torch 10 via an interface 26th fed through which the arc torch 10 is connected to a corresponding coating machine.

Das Gehäuse 15 weist eine aus 3 ersichtliche Gehäusewand 27 auf, die außen eine Haftoberfläche 28 aufweist. Die Haftoberfläche 28 umgibt zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsform das Fenster 16 vollständig und erstreckt sich in einer weiter bevorzugten Ausführungsform über die gesamte Außenfläche des Gehäuses 15.The case 15th shows one 3 visible housing wall 27 on the outside an adhesive surface 28 having. The adhesive surface 28 surrounds the window at least in a preferred embodiment 16 completely and, in a further preferred embodiment, extends over the entire outer surface of the housing 15th .

Das Gehäuse 15 weist außerdem einen Schaft 29 auf, auf den sich die Haftoberfläche 28 erstrecken kann. Die Haftoberfläche 28 kann bis zu der Schnittstelle 26 reichen und somit auch den Schaft 29 mit einnehmen, der Teil des Gehäuses 15 ist.The case 15th also has a shaft 29 on which the adhesive surface is located 28 can extend. The adhesive surface 28 can up to the interface 26th range and thus also the shaft 29 take with you, the part of the housing 15th is.

Die Haftoberfläche 28 ist aus 3 gesondert ersichtlich. Sie ist an der Außenseite der Gehäusewand 27 vorgesehen, kann aber auch dem Innenraum des Gehäuses 15 zugewandte Flächen des Gehäuses 15 oder sonstige Oberflächenbereiche einnehmen.The adhesive surface 28 is off 3 separately visible. It is on the outside of the housing wall 27 provided, but can also be the interior of the housing 15th facing surfaces of the housing 15th or occupy other surface areas.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Haftoberfläche 28 eine Aluminiumoxidschicht, die auf die Außenseite der Gehäusewand 27 aufgewachsen ist. Die Haftoberfläche 28 weist dabei eine Rauheit auf, die ausreichend ist, um Metallpartikel 30 und den sich daraus aufbauenden Metallniederschlag 31 sicher durch mechanische Verzahnung verankert zu halten. Dazu weist die Haftoberfläche 28 vorzugsweise eine Rauheit mit einem Rauheitskennwert Rz von 20 und Ra von 6,3 Mikrometern auf. Vorzugsweise liegt Rz zwischen 10 bis 30 und Ra zwischen 5 und 8 Mikrometern.In the present exemplary embodiment, the adhesive surface is 28 an aluminum oxide layer that is on the outside of the case wall 27 grew up. The adhesive surface 28 has a roughness that is sufficient to keep metal particles 30 and the metal deposit 31 built up from them securely anchored by mechanical interlocking. The adhesive surface shows this 28 preferably a roughness with a roughness parameter R z of 20 and R a of 6.3 micrometers. Preferably, R z is between 10 to 30 and R a is between 5 and 8 micrometers.

Anstelle der Aluminiumoxidschicht können auch chemisch anderweitig beschaffene Oberflächen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind diese jedoch gegenüber dem Metallniederschlag 31 temperaturbeständig und mechanisch beständig. Die Schmelztemperatur des die Haftoberfläche 28 bildenden Materials ist vorzugsweise größer als die Schmelztemperatur des Metalls, aus dem die Tropfen 22 besehen.Instead of the aluminum oxide layer, surfaces that are chemically created in another way can also be provided. However, these are preferably temperature-resistant and mechanically resistant to the metal deposit 31. The melting temperature of the adhesive surface 28 forming material is preferably greater than the melting temperature of the metal from which the droplets are made 22nd look at.

Vorzugsweise ist das die Haftoberfläche 28 bildende Material bis zu Temperaturen oberhalb 1500° C weiter vorzugsweise bis 2000° C temperaturbeständig, d.h., formstabil. Außerdem ist es so gewählt, dass weder ein Verlöten noch ein Verschweißen der auftreffenden Metalltröpfchen 22, d.h., der Partikel 30 mit der Haftoberfläche 28 erfolgt. Die Verbindung zwischen dem Metallniederschlag 31 und der Haftoberfläche 28 ist ein rein mechanischer Halt, der durch mechanische Einwirkung auflösbar ist. Die Haftzugfestigkeit der Verbindung zwischen der Haftoberfläche 28 und dem Metallniederschlag 31 liegt vorzugsweise zwischen 2 MPa und 30 MPa. Die Haftzugfestigkeit kann als negativer Druck begriffen werden. Die Härte HV5 der Haftoberfläche 28 liegt vorzugsweise zwischen 350 N/mm2 und 2400 N/mm2.Preferably this is the adhesive surface 28 The forming material is temperature-resistant up to temperatures above 1500 ° C., more preferably up to 2000 ° C., ie dimensionally stable. In addition, it is chosen so that neither soldering nor welding of the striking metal droplets 22nd , ie, the particle 30 with the adhesive surface 28 he follows. The connection between the metal deposit 31 and the adhesive surface 28 is a purely mechanical hold that can be released by mechanical action. The tensile strength of the bond between the adhesive surface 28 and the metal deposit 31 is preferably between 2 MPa and 30 MPa. The adhesive tensile strength can be understood as negative pressure. The hardness HV5 of the adhesive surface 28 is preferably between 350 N / mm 2 and 2400 N / mm 2 .

3 veranschaulicht die Haftoberfläche 28 als Aluminiumoxidschicht auf einer aus Aluminium bestehenden Gehäusewand. Jedoch kann die Haftoberfläche auch auf und aus anderen Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Material, an dem die Haftoberfläche ausgebildet ist, Stahl, zum Beispiel X39CRMO17-1 sein. Dieser kann zur Ausbildung einer Haftoberfläche aufgeraut und nitriert sein. Die nitrierte Schicht kann 0,05 bis 0,1 mm dick sein. Die Härte HV5 kann zwischen 900 und 1200 N/mm2 liegen. 3 illustrates the adhesive surface 28 as an aluminum oxide layer on a housing wall made of aluminum. However, the adhesive surface can also be formed on and from other materials. For example, the material on which the adhesive surface is formed can be steel, for example X39CRMO17-1. This can be roughened and nitrided to form an adhesive surface. The nitrided layer can be 0.05 to 0.1 mm thick. The hardness HV5 can be between 900 and 1200 N / mm 2 .

Die Haftoberfläche kann auch an keramischen Oberflächen ausgebildet sein. Beispielsweise einer Sinterkeramik, einer Oxidkeramik, einer Reaktionskeramik oder einer anderweitigen Keramik, aus der beispielsweise die Düse 25 ausgebildet sein kann. Auch kann die Haftoberfläche 28 an einer keramischen Oberfläche einer auf ein Metallteil aufgebrachten Schicht ausgebildet sein. Wiederum kann die Keramikoberfläche dabei als Haftoberfläche 28 ausgebildet sein, indem diese mit einer ausreichenden Rauheit beispielsweise mit RZ von 20 und RA von 6,3 Mikrometern versehen ist.The adhesive surface can also be formed on ceramic surfaces. For example, a sintered ceramic, an oxide ceramic, a reaction ceramic or some other ceramic from which, for example, the nozzle 25th can be formed. The adhesive surface can also 28 at a ceramic surface of a layer applied to a metal part. Again, the ceramic surface can be used as an adhesive surface 28 be formed in that it is provided with a sufficient roughness, for example with R Z of 20 and R A of 6.3 micrometers.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Haftoberfläche 28 auf zumindest Teilen der Außenseite des Gehäuses 15 und/oder anderen Teilen beispielsweise einer Düse 25 des Lichtbogenbrenners 10 wird das unkontrollierte Ablösen von Partikeln während des Betriebs des Lichtbogenbrenners 10 verhindert. Durch die gezielte Gestaltung der Oberflächenrauheit wird eine gute Anhaftung des Oversprays und der sich daraus bildenden Metallablagerungen erzielt. Durch Anodisieren, insbesondere Hartanodisieren eines zum Beispiel aus Aluminium bestehenden Gehäuses, zum Beispiel durch Ausbildung einer plasmakeramischen Schicht, wird ein Einbrand von Metalltröpfchen 22 in der Oberfläche verhindert. Die Reinigung der Gehäuseoberfläche ist in Betriebspausen ohne Beschädigung des Brennerschafts 29 und/oder des Gehäuses 15 und/oder sonstiger Teile der Düse 25 möglich.The inventive formation of an adhesive surface 28 on at least parts of the outside of the housing 15th and / or other parts, for example a nozzle 25th of the arc torch 10 becomes the uncontrolled detachment of particles during the operation of the arc torch 10 prevented. The targeted design of the surface roughness ensures good adhesion of the overspray and the resulting metal deposits. By anodizing, in particular hard anodizing, a housing made of aluminum, for example, for example by forming a plasma-ceramic layer, metal droplets are burned in 22nd prevented in the surface. The cleaning of the housing surface is possible during breaks in operation without damaging the torch shaft 29 and / or the housing 15th and / or other parts of the nozzle 25th possible.

Durch Vorsehung einer Haftoberfläche 28 an Teilen eines Lichtbogenbrenners 10 wird sichergestellt, dass Metallniederschlag 31, der an dem Brennerschaft 29 oder dem Gehäuse 15 anhaftet, dort verbleibt und sich nicht wieder ablöst und in die zu erzeugende Metallschicht 13 gelangt. Damit wird einem im Stand der Technik anzutreffenden Problem abgeholfen, bei dem mit Antihaftbeschichtungen gearbeitet wird, weil diese eine zumindest lose Auflagerung von Metallpartikeln ermöglichen können. Wenn diese losen Auflagerungen sich während eines Beschichtungsvorgangs großflächig ablösen, können solche Partikel in die Beschichtung der Metallschicht, beispielsweise einer Zylinderlaufbahn, gelangen. Ein solches Werkstück ist dann Ausschuss. Die erfindungsgemäße Haftoberfläche 28 verhindert solche Vorgänge.By providing an adhesive surface 28 on parts of an arc torch 10 it is ensured that metal deposit 31, which is on the burner shaft 29 or the case 15th adheres, remains there and does not come off again and into the metal layer to be produced 13th got. This remedies a problem encountered in the prior art, in which non-stick coatings are used, because these can allow metal particles to be deposited at least loosely. If these loose deposits become detached over a large area during a coating process, such particles can get into the coating of the metal layer, for example a cylinder liner. Such a workpiece is then rejected. The adhesive surface according to the invention 28 prevents such processes.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
LichtbogenbrennerArc torch
1111
Oberflächesurface
1212th
Werkstückworkpiece
1313th
MetallschichtMetal layer
1414th
SprühstrahlSpray jet
1515th
Gehäusecasing
1616
Fensterwindow
1717th
LichtbogenerzeugungseinrichtungArc generating device
1818th
Drahtwire
1919th
GegenelektrodeCounter electrode
2020th
LichtbogenElectric arc
2121
Pfeilarrow
2222nd
MetalltröpfchenMetal droplets
2323
GasdüseGas nozzle
2424
Kanalchannel
2525th
Düsejet
2626th
Schnittstelleinterface
2727
GehäusewandHousing wall
2828
HaftoberflächeAdhesive surface
2929
Schaftshaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2941493 B1 [0003]EP 2941493 B1 [0003]

Claims (15)

Brenner (10) zum thermischen Beschichten, insbesondere zur Beschichtung von Metalloberflächen (11) mit einer Metallschicht (13), wobei der Brenner (10) aufweist: ein Gehäuse (15), dem über eine Anschlusseinrichtung (26) Beschichtungsmaterial (18), Energie zur Speisung einer Wärmequelle (20) und über mindestens einen Kanal (24) Gas zuführbar ist, um in einem Innenraum des Gehäuses (15) mittels der Wärmequelle (20) und zugeführtem Gas einen Sprühstrahl (14) zu erzeugen, der flüssige Metalltropfen (22) enthält und an einem Fenster (16) aus dem Gehäuse austritt, wobei das Gehäuse (15) eine Haftoberfläche (28) aufweist.Burner (10) for thermal coating, in particular for coating metal surfaces (11) with a metal layer (13), the burner (10) having: a housing (15) to which the coating material (18), energy to feed a heat source (20) and at least one channel (24) gas can be supplied via a connection device (26) in order to be supplied in an interior of the housing (15) by means of the heat source (20) and supplied gas to generate a spray jet (14) which contains liquid metal droplets (22) and emerges from the housing at a window (16), wherein the housing (15) has an adhesive surface (28). Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) das Fenster (16) vollständig umschließend ausgebildet ist.Brenner after Claim 1 , characterized in that the adhesive surface (28) is designed to completely surround the window (16). Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum des Gehäuses (15) eine Düse (25) angeordnet ist, die eine Haftoberfläche (28) aufweist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that a nozzle (25) which has an adhesive surface (28) is arranged in the interior of the housing (15). Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) ein Metallgehäuse, vorzugsweise ein Aluminiumgehäuse ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (15) is a metal housing, preferably an aluminum housing. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) eine die mechanische Anhaftung von Metalltröpfchen (22, 31) fördernde Verankerungsstruktur aufweist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) has an anchoring structure promoting the mechanical adhesion of metal droplets (22, 31). Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstruktur vorzugsweise eine regellose Form aufweist.Brenner after Claim 5 , characterized in that the anchoring structure preferably has a random shape. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstruktur durch eine Rauhstruktur gebildet ist.Brenner after Claim 5 or 6th , characterized in that the anchoring structure is formed by a rough structure. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstruktur Rauheitskennwerte von Rz = 15 bis 25 und/oder Ra = 5,5 bis 7 Mikrometern aufweist.Brenner after Claim 7 , characterized in that the anchoring structure has roughness parameters of R z = 15 to 25 and / or R a = 5.5 to 7 micrometers. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) eine nichtmetallische anorganische Schicht ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is a non-metallic inorganic layer. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch, dass die Haftoberfläche (28) eine nichtmetallische Fläche, vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is a non-metallic surface, preferably an aluminum oxide layer. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) durch eine Beschichtung gebildet ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is formed by a coating. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) im Hinblick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie Materialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl (14) enthaltenen Metalltröpfchen (22) eine solche Härte und Temperaturbeständigkeit aufweist, dass eine stoffliche Bindung zwischen Metallniederschlag (31) und der Haftoberfläche (28) ausgeschlossen ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) has such a hardness and temperature resistance with regard to the temperature and droplet size as well as the material properties of the metal droplets (22) contained in the spray jet (14) that a material bond between metal precipitate (31) and the adhesive surface (28) is excluded. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) im Hinblick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie Materialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl (14) enthaltenen Metalltröpfchen (22) eine solche Härte aufweist, dass die Haftoberfläche (28) durch mechanisches Ablösen des Metallniederschlags (31) nicht verändert wird.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) has such a hardness with regard to the temperature and droplet size as well as the material properties of the metal droplets (22) contained in the spray jet (14) that the adhesive surface (28) is mechanically Detachment of the metal deposit (31) is not changed. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) so auf das in dem Sprühstrahl (14) enthaltene Metall abgestimmt ist, dass die bei einem Ablöseversuch zu messende Haftzugfestig zwischen 2 MPa und 30 MPa liegt.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is matched to the metal contained in the spray jet (14) in such a way that the adhesive tensile strength to be measured during a detachment attempt is between 2 MPa and 30 MPa. Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen (11) mit einer Metallschicht (13) mittels eines Brenners (10), bei dem ein Sprühstrahl (14) mit geschmolzenen Metalltropfen (22) erzeugt und auf eine zu beschichtende Oberfläche (11) gerichtet wird und bei dem dabei auftretende vagabundierende Metalltropfen (22) auf einer dem Brenner (10) zugehörigen Fläche (28) abgelagert und festgehalten werden, wobei die auf der Fläche (28) abgelagerten Metalltropfen (22) in einer Betriebspause des Brenners (10) von der Fläche (28) mechanisch abgelöst werden.Method for coating metal surfaces (11) with a metal layer (13) by means of a burner (10), in which a spray jet (14) with molten metal droplets (22) is generated and directed onto a surface (11) to be coated and in which stray metal droplets (22) that occur in the process are deposited and retained on a surface (28) belonging to the burner (10), the metal droplets (22) deposited on the surface (28) being removed from the surface (28) during a break in operation of the burner (10) ) can be removed mechanically.
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