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Die Erfindung betrifft eine Pulvertransporteinrichtung für eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Pulverquelle;
- - eine erste Pulverzuleitung;
- - eine Gabelungsschleuse;
- - eine zweite Pulverzuleitung, welche an einen ersten Gabelungsausgang angeschlossen ist;
- - eine Pulverableitung, welche an einen zweiten Gabelungsausgang angeschlossen ist; und
- - einen Pulverauffangbehälter, zum welchem die Pulverableitung hinleitet. Die Pulvertransporteinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Auffangschleuse, eine erste Auffangleitung, eine zweite Auffangleitung und ein Ersatzauffangbehälter vorgesehen sind,
wobei die erste Auffangleitung in den Pulverauffangbehälter leitend und die zweite Auffangleitung in den Ersatzauffangbehälter leitend angeordnet sind,
wobei mittels der Auffangschleuse ein Pulverstrom aus der Pulverableitung hin zu dem Pulverauffangbehälter unterbindbar und dann ausschließlich in den Ersatzauffangbehälter leitbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Pulvertransportverfahren mittels eines Pulvertransporteinrichtung, sowie eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung mit einer solchen Pulvertransporteinrichtung für ein Werkstück.
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Bei einem Pulverauftragsschweißen ist es eine Herausforderung, das Pulver mit einer gewünschten, meist erforderlich gleichbleibenden, Fördergeschwindigkeit dem Schweißprozess zuzuführen. Hierfür ist es notwendig, nach einer Aktivierungsphase eine Stabilisierung des Pulverstroms abzuwarten und den Prozess des Auftragsschweißens erst anschließend zu beginnen. Hierbei fallen ungenutzte Pulvermengen an, sodass es wünschenswert ist, dieses Pulver wieder aufzufangen. Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Pulverförderung nicht zu unterbrechen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Pulvertransporteinrichtung für eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Pulverquelle;
- - eine erste Pulverzuleitung;
- - eine Gabelungsschleuse mit einem Gabelungseingang, einen ersten Gabelungsausgang und einen zweiten Gabelungsausgang, wobei der Gabelungseingang an die erste Pulverzuleitung angeschlossen ist;
- - eine zweite Pulverzuleitung, welche an den ersten Gabelungsausgang angeschlossen ist;
- - eine Pulverableitung, welche an den zweiten Gabelungsausgang angeschlossen ist; und
- - einen Pulverauffangbehälter, zum welchem die Pulverableitung hinleitet,
wobei mittels der Gabelungsschleuse ein Pulverstrom aus der ersten Pulverzuleitung zwischen der zweiten Pulverzuleitung und der Pulverableitung hin und her schaltbar ist.
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Die Pulvertransporteinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Auffangschleuse, eine erste Auffangleitung, eine zweite Auffangleitung und ein Ersatzauffangbehälter vorgesehen sind,
wobei die erste Auffangleitung in den Pulverauffangbehälter leitend und die zweite Auffangleitung in den Ersatzauffangbehälter leitend angeordnet sind,
wobei mittels der Auffangschleuse ein Pulverstrom aus der Pulverableitung hin zu dem Pulverauffangbehälter unterbindbar und dann ausschließlich in den Ersatzauffangbehälter leitbar ist.
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In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Die hier vorgeschlagene Pulvertransporteinrichtung ist dazu eingerichtet, kontinuierlich Pulver zu transportieren, wobei die Stelle, wo das Pulver hin transportiert wird, veränderlich ist. Hierfür ist eine Gabelungsschleuse vorgesehen, welche Pulver von der Pulverquelle über die erste Pulverzuleitung entweder über die zweite Pulverzuleitung hin zu dem Auftragschweißprozess führt oder alternativ über die Pulverableitung in einen Pulverauffangbehälter führt. Es sei darauf hingewiesen, dass oftmals eine Mehrzahl von Pulverquellen und/oder eine Mehrzahl von Pulverzuleitungen vorgesehen sind, welche oftmals separat dem Auftragschweißen zugeführt werden. In einer vorteilhaft Ausführungsform ist eine in der Anzahl der Pulverableitungen und/oder der Pulverzuleitungen entsprechende Anzahl von Pulverauffangbehälter vorgesehen, sodass das Pulver in entsprechend den Pulverquellen zusammengesetzt bleibt oder alternativ eine gewünschte Mischung in dem Pulverauffangbehälter erzeugt wird.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass neben dem Pulverauffangbehälter weiterhin ein Ersatzauffangbehälter vorgesehen ist, und dem eine jeweilige Auffangleitung vorgeschaltet ist, welche wiederum über eine Auffangschleuse verschließbar und öffenbar sind. Somit ist es ermöglicht, dass der Pulverauffangbehälter entleert wird und zugleich weiterhin in dem Ersatzauffangbehälter unter (bevorzugt kontinuierlich weitergeführt) Pulverstrom aufgefangen wird.
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In einer Ausführungsform ist der Ersatzauffangbehälter deutlich kleiner als der Pulverauffangbehälter, sodass eine Zeit sicher ausreichend ist, welche benötigt wird, um den Pulverauffangbehälter zu entleeren, bis der Ersatzauffangbehälter gefüllt ist. In einer Ausführungsform ist der Ersatzauffangbehälter als eine Art Bypass ausgeführt, mit einer Rückhaltefunktion, wobei nach einem Entleeren des Pulverauffangbehälter die Rückhaltefunktion des Ersatzauffangbehälter aufgehoben wird und somit der Ersatzauffangbehälter wieder entleert wird. In einer Ausführungsform ist der Ersatzauffangbehälter dauerhaft zwischen den Pulverauffangbehälter und die Pulverableitung geschaltet, also der Ersatzauffangbehälter zwischen der ersten Auffangleitung und der zweiten Auffangleitung angeordnet und die Auffangschleuse die Rückhaltefunktion bei dem Ersatzauffangbehälter wahrnimmt. Sobald der Pulverauffangbehälter entleert werden soll, wird die Auffangschleuse geschlossen, sodass ein Weiterleiten in den Pulverauffangbehälter durch die erst Auffangleitung unterbunden wird und sobald der Pulverauffangbehälter wieder (ausreichend) geleert ist, wird die Auffangschleuse wieder geöffnet und der Pulverstrom wird von dem Ersatzauffangbehälter über die erste Auffangleitung in den Pulverauffangbehälter geleitet.
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In einer Ausführungsform ist lediglich ein einziger Ersatzauffangbehälter für eine Mehrzahl von Pulverquellen, Pulverzuleitungen, Pulverableitungen und/oder Auffangleitungen vorgesehen oder eine geringere Anzahl an Ersatzauffangbehältern, sodass dann in diesem Ersatzauffangbehälter eine Mischung der Pulver aus den unterschiedlichen Pulverquellen aufgefangen wird. Unabhängig davon ist weiterhin eine Mehrzahl von Ersatzauffangbehältern pro Pulverauffangbehälter vorgesehen, sodass eine Sicherheitsredundanz geschaffen ist, wobei bevorzugt diese Mehrzahl von Ersatzauffangbehältern von unterschiedlichen Pulverquellen aus versorgbar sind, und zwar zustandsabhängig, wobei bei einer vorteilhaft Ausführungsform vorher sichergestellt ist, dass der Ersatzauffangbehälter vor einer veränderten Quelle (zumindest technisch) vollständig entleert ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der
Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, dass ein Füllsensor vorgesehen ist, mittels welchem zumindest ein vorbestimmter Füllgrad des Pulverauffangbehälters oder des Ersatzauffangbehälters, erfassbar ist,
wobei bevorzugt die Auffangschleuse mittels eines Signals des Füllsensors zum Leiten hin zu dem Ersatzauffangbehälter schaltbar ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass ein Füllgrad des Pulverauffangbehälters automatisiert erfassbar ist, indem ein Füllsensor vorgesehen ist. Beispielsweise ist ein solcher Füllsensor ein Hebel, welcher in das Volumen des Pulverauffangbehälters beziehungsweise Ersatzauffangbehälters hineinragt und ab einem vorbestimmten Füllgrad aus seiner normalen Lage herausgedrückt wird. Beispielsweise indem der Hebel aufschwimmt. Alternativ ist der Füllsensor beispielsweise ein Lichtsensor, welcher eine Verschattung erfasst.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Auffangschleuse unmittelbar mittels eines Signals des Füllsensors geschaltet, wobei bevorzugt kein interpretierender Prozessor zwischengeschaltet ist, sondern beispielsweise über einen Relaisschalter beziehungsweise eine Mikroelektronik, in einen anderen Zustand versetzt wird, wenn das Signal anliegt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Signal dann ein Ausbleiben einer Bestromung, also beispielsweise ein Öffnen des Schalters, sodass auch die Entnahme des Pulverauffangbehälters nicht zu einer Veränderung des Zustands der Auffangschleuse führt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, dass der Füllsensor eine Waage umfasst, bevorzugt mittels eines Dehnmessstreifens an einem Tragbalken des Pulverauffangbehälters beziehungsweise des Ersatzauffangbehälters.
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Hier ist vorgeschlagen, dass der Füllsensor als Waage ausgeführt ist, sodass von der Masse des Pulverauffangbehälters beziehungsweise des in dem Pulverauffangbehälters beziehungsweise Ersatzauffangbehälter aufgefangenen Pulvers auf einen Füllgrad mit ausreichend hoher Genauigkeit geschlossen werden kann. Ein Vorteil einer solchen Waage ist, dass sie besonders kostengünstig und einfach ausführbar ist und/oder für weitere Informationen, die erwünscht oder benötigt sind, nutzbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Waage als ein Dehnmessstreifen an einem Tragbalken ausgeführt, sodass die Gesamtmasse des Pulverauffangbehälters beziehungsweise Ersatzauffangbehälters erfasst wird. Dies ist eine besonders kostengünstige Ausführungsform einer Waage und ermöglicht zudem die Bereitstellung von zusätzlichen Informationen, nämlich der Masse des aufgefangenen Pulvers in dem Pulverauffangbehälter beziehungsweise in dem Ersatzauffangbehälter, sowie ob der jeweiligen Behälter gerade entnommen ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, dass der Pulverauffangbehälter und der Ersatzauffangbehälter einen identischen maximalen Füllgrad aufweisen.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass der Pulverauffangbehälter und der Ersatzauffangbehälter in ihrer Funktion identisch sind, bevorzugt baugleich ausgeführt sind. Damit ist erzielt, dass ein zeitlicher Aufwand beziehungsweise eine zeitliche Abfolge von Entleerungsvorgängen etwa gleich ist, unabhängig davon, ob gerade der Pulverauffangbehälter befüllt wird oder der Ersatzauffangbehälter gefüllt wird.
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In einer Ausführungsform ist (wie oben bereits angedeutet) ein solcher Ersatzauffangbehälter mit einem identischen maximalen Füllgrad nur einmal für eine Mehrzahl von Pulverauffangbehältern vorhanden oder in einer geringeren Anzahl als die Pulverauffangbehälter vorhanden. Damit ist mit einer entsprechenden Beschaltung, und bevorzugt mit Sicherstellung, dass ein Ersatzauffangbehälter stets leer ist, bevor ein anderes Pulver eingefüllt wird, die Anzahl an Behältern gering und zugleich die Funktion bei einem dauerhaften kontinuierlichen Pulverstrom einhaltbar. Beispielsweise wird hierzu darauf geachtet, dass die Mehrzahl der Pulverauffangbehälter jeweils einen unterschiedlichen Füllgrad aufweisen, sodass zu einer Zeit jeweils höchstens eine solche Anzahl an Pulverauffangbehältern zu entleeren sind, welche der Anzahl der eingesetzten Ersatzauffangbehälter entspricht. Dann ist beispielsweise ein einziger bei einem einzigen Ersatzauffangbehälter oder zwei bei zwei Ersatzauffangbehältern zu einer Zeit entleerbar, wobei bei geeigneter Prozessführung eben die anderen Pulverauffangbehälter in einem Befüllungszustand sind, welcher kein Entleeren erzwingt. Ein unterschiedlicher Befüllungszustand ist beispielsweise mittels eines unterschiedlichen (maximalen) befüllbaren Volumens der Pulverauffangbehälter erzielt, dass also das Volumen eines der Pulverauffangbehälter ein um einen Faktor (beispielsweise 1,1-faches bis 1,9-faches) größer ist als das eines anderen Pulverauffangbehälters, und um ein betragsmäßig anderes Mehrfaches größer als noch ein weiterer Pulverauffangbehälter. Beispielsweise sind alle Faktor-Beträge sind unterschiedlich, wenn es einen einzigen Ersatzauffangbehälter gibt und maximal zwei Faktor-Beträge gleich, wenn es zwei Ersatzauffangbehälter gibt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, dass die Pulverzuleitung als Rohr unverformbar ausgeführt ist.
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Ein unverformbares Rohr ist in diesem Sinne eine solche Leitung, welche relativ zu dem Impuls eines Pulverstroms, und bevorzugt relativ zu einer Handkraft eines Werkers, ideal steif ist.
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Es wurde festgestellt, dass aufgrund von Elastizität einer Pulverzuleitung ein Pulverstrom trotz gleichbleibender Transportgasgeschwindigkeit und/oder Rieselgeschwindigkeit ein einem Gasstrom zugeführtes Pulver zu einem geschwindigkeitsvarianten Pulverstrom führt. Indem ein unverformbares Rohr eingesetzt wird, beispielsweise aus einem harten Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylen, Polyamid, Polymethylmethacrylat und ähnlichem oder aus einem Metall, nahezu konstante Bedingungen für den Pulverstrom geschaffen sind.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, dass weiterhin eine Nebenleitung vorgesehen ist, welche in die Auffangschleuse mündet,
wobei die Nebenleitung mit Pulver-Überschuss einer Werkstück-Bearbeitung beschickbar ist.
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Hier ist vorgeschlagen, dass weiterhin eine Nebenleitung vorgesehen ist, welche zusammen mit der Pulverableitung in die Auffangschleuse mündet, wobei über diese Nebenleitung Pulver zugeführt wird, welches bereits für den Prozess des Auftragschweißens ausgedüst worden ist und von einer entsprechenden Auffangeinrichtung in die Nebenleitung überführt worden ist.
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In einer Ausführungsform ist das aufgefangene Pulver für die Nebenleitung zumindest zu einem Teil einem thermischen Eintrag unterlegen und somit die Pulverqualität verändert beziehungsweise beeinträchtigt. Bei einer solchen Ausführungsform wird bevorzugt das Pulver der Nebenleitungen beispielsweise dauerhaft in den Ersatzauffangbehälter geführt, wobei das Pulver, welches in den Ersatzauffangbehälter geführt worden ist, nicht ohne weitere Prüfung und/oder Verarbeitung einer abermaligen Nutzung zugeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Pulvertransportverfahren mittels eines Pulvertransporteinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgeschlagen, wobei
in einer Nebenbetriebseinstellung, in welcher zumindest ein Teil des in der ersten Pulverzuleitung zugeführten Pulverstroms mittels der Gabelungsschleuse in die Pulverableitung geleitet wird, der Pulverauffangbehälter bis zum Erreichen eines vorbestimmten maximalen Füllgrads beschickt wird, und
mit Erreichen des maximalen Füllgrads die Auffangschleuse umgeschaltet wird, sodass von nun an ausschließlich der Ersatzauffangbehälter beschickt wird.
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Hier ist eine vorteilhafte Betriebsweise der Pulvertransporteinrichtung vorgeschlagen, wie sie zum Versorgen einer Pulver-Auftragschweißeinrichtung, und in diesem Aspekt in einem Nebenbetrieb, in welchem also die Pulver-Auftragschweißeinrichtung gerade (zumindest mit dem entsprechenden Pulver) nicht versorgt wird. Hierbei ist also ein konstanter Pulverstrom einstellbar, auch wenn gerade nicht auftraggeschweißt wird oder nicht mit dem entsprechenden Pulver, beispielsweise für eine unterschiedliche Pulverzusammensetzung. Für eine Ausführungsform des Pulvertransportverfahrens in einer Nebenbetriebseinstellung wird auf die vorangehende Beschreibung zur Pulvertransporteinrichtung verwiesen, sofern dort Verfahrensschritte beschrieben sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das hier vorgeschlagene Pulvertransportverfahren nicht die Einsatzmöglichkeiten der Pulvertransporteinrichtung und auch nicht eine Nebenbetriebseinstellung beschränkt, sondern lediglich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Pulvertransportverfahrens in der Nebenbetriebseinstellung darstellt. Beispielsweise ist ein maximaler Füllgrad nicht zwangsläufig durch die tatsächliche Größe des Pulverauffangbehälters bestimmt, sondern unter Berücksichtigung von Prozessläufen beispielsweise bei dreiviertel einer möglichen Befüllhöhe angelegt, sodass hier eine gewünschte Prozessrobustheit in einer Fertigungslinie erzielt ist, indem in extremen Fällen dieser maximale Füllgrad überschritten oder unterschritten wird, um beispielsweise Zeitverlust aufgrund von Wartung oder Stillstand (bevor ein Entleeren stattfinden kann) durch eine Überbefüllung oder Unterbefüllung ausgleichen zu können.
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Es sei diesem Zusammenhang auch noch einmal darauf hingewiesen, dass der Ersatzauffangbehälter in einer Leitung für den Pulverstrom der Auffangschleuse dauerhaft vorgeschaltet ist und die Auffangschleuse dem Ersatzauffangbehälter nachgeschaltet ist, wie dies oben bereits beschrieben ist, sodass der Ersatzauffangbehälter lediglich dann ausschließlich beschickt wird, wenn die Auffangschleuse umgeschaltet ist, sodass der Pulverauffangbehälter nicht mehr befüllt wird, damit dieser entnommen und entleert werden kann. In dieser Ausführungsform ist dann die zweite Auffangleitung vor dem Ersatzauffangbehälter angeordnet, die Auffangschleuse dem Ersatzauffangbehälter nachgeschaltet und die erste Auffangleitung führt dann weiter zu dem Pulverauffangbehälter. Die zweite Auffangleitung und die Pulverableitung sind gegebenenfalls ein identisches Bauteil bei dieser Ausführungsform.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulvertransportverfahrens vorgeschlagen, dass das in dem aufgefüllten Pulverauffangbehälter aufgefangene Pulver während des ausschließlichen Beschickens des Ersatzauffangbehälters der Pulverquelle zugeführt wird.
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Wie bereits oben beschrieben, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform das aufgefangene Pulver wieder benutzbar, wobei unter Umständen ein voriges Prüfen, Sieben, Mahlen oder ähnliche Schritte für das Sicherstellen einer ausreichenden Qualität des wiederverwendbaren Pulvers zwischengeschaltet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist je einem Pulverauffangbehälter (und gegebenenfalls je einem Ersatzauffangbehälter) ein Pulverbestandteil zugeordnet, wie er auch in der Pulverquelle beziehungsweise der Mehrzahl der Pulverquellen aufgeteilt vorgehalten ist, sodass (beispielsweise durch eine farbliche Kennzeichnung) eindeutig gemacht, dass Pulver jeweils sicher wieder in die richtige Pulverquelle zurückgeführt wird.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Pulvertransportverfahrens vorgeschlagen, dass der Ersatzauffangbehälter so lange mit dem Pulverstrom beschickt wird, bis ein vorbestimmter maximaler Füllgrad des Ersatzauffangbehälters erreicht ist,
wobei bevorzugt mit Erreichen des maximalen Füllgrads die Auffangschleuse umgeschaltet wird, sodass von nun an ausschließlich der Pulverauffangbehälter beschickt wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass der Ersatzauffangbehälter genauso wie der Pulverauffangbehälter betrieben wird, wobei besonders bevorzugt der Ersatzauffangbehälter und der Pulverauffangbehälter sich in ihrer Funktionsweise nicht voneinander unterscheiden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung für ein Werkstück vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Pulvertransporteinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
- - eine von der Pulverzuleitung der Pulvertransporteinrichtung versorgte Beschichtungsdüse zum Zuführen von Pulver in einen Fokus;
- - eine Zustellvorrichtung zum definierten Bewegen des Fokus der Beschichtungsdüse; und
- - eine Hochtemperaturquelle zum Schmelzen von dem mittels der Beschichtungsdüse in den Fokus zugeführten Pulver und/oder von einer Region in der Nähe des Fokus einer Behandlungsoberfläche eines zu beschichtenden Werkstücks,
wobei bevorzugt die Pulver-Auftragschweißeinrichtung zum
Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen eingerichtet ist.
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Hier ist nun eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung für ein Werkstück vorgeschlagen, welche die zuvor beschriebene Pulvertransporteinrichtung umfasst. In einer Ausführungsform ist die Pulver-Auftragschweißeinrichtung mit einer solchen Pulvertransporteinrichtung separat gebildet. Zumindest ist die Pulver-Auftragschweißeinrichtung mit der Pulvertransporteinrichtung im (Haupt-) Betrieb derart verbunden, dass ihre Beschichtungsdüse mit dem gewünschten Pulver versorgbar ist. Die Beschichtungsdüse ist beispielsweise eine entsprechend ausgeführte endseitige Öffnung einer Pulverzuleitung, welche derart ausgerichtet ist, dass das Pulver in einen Fokus zuführbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtungsdüse eine Ringdüse, bei welcher das Pulver kegelförmig dem Fokus zugeführt wird.
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Die Pulver-Auftragschweißeinrichtung umfasst weiterhin eine Hochtemperaturquelle, beispielsweise einen Brenner (beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen [HVOF; engl.: High Velocity Oxygen Fuel]) oder einen Laser (beim Laserauftragschweißen, bevorzugt beim Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA]).
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Die Hochtemperaturquelle ist derart eingerichtet, dass das Pulver in dem Fokus und/oder in einem Bereich um den Fokus herum anschmelzbar oder aufschmelzbar ist, sodass das Pulver angeschmolzen (also mit einer aufgeschmolzenen Oberfläche) oder vollständig aufgeschmolzen auf der gewünschten Behandlungsoberfläche des Werkstücks auftrifft. In einer Ausführungsform ist die Hochtemperaturquelle derart eingerichtet, dass in einer Region in der Nähe des Fokus, das heißt in der Regel entlang der Achse der Hochtemperaturquelle hinter dem Fokus des zugeführten Pulvers, die Behandlungsoberfläche des Werkstücks aufgeschmolzen (also ein Schmelzbad gebildet) wird, sodass das Pulver in der Behandlungsoberfläche aufgenommen wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird sowohl das Pulver angeschmolzen beziehungsweise aufgeschmolzen und ein Schmelzbad in der Region in der Nähe des Fokus in der Behandlungsoberfläche des zu beschichteten Werkstücks erzeugt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Pulver-Zusammensetzungen bestimmte Partikel (beispielsweise Hartstoffe) einen derart hohen Schmelzpunkt aufweisen, dass diese nicht aufschmelzen oder sogar nicht anschmelzen und lediglich in der Schmelze der übrigen Pulverpartikel (beispielsweise aus einem Edelstahl) oder allein in der Schmelze der Behandlungsoberfläche eingebettet werden und so dauerhaft mit dem Werkstück verbunden werden.
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Bei EHLA ist die Region beispielsweise rund ausgeführt, mit einem Durchmesser von 2 mm [zwei Millimeter] bis 3 mm. Der Fokus ist bei dieser Ausführungsform beispielsweise ebenfalls rund ausgeführt, mit einem Durchmesser von 1,5 mm [anderthalb Millimeter] bis 2 mm.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine Pulvertransporteinrichtung in einer schematischen Ansicht;
- 2: eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung mit einer Pulvertransporteinrichtung; und
- 3: ein Kraftfahrzeug mit Bremsscheiben in einer schematischen Draufsicht.
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In 1 ist eine Pulvertransporteinrichtung 1 in einer schematischen Ansicht in einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Die hier vorgeschlagene Pulvertransporteinrichtung 1 ist dazu eingerichtet, kontinuierlich Pulver 40 zu transportieren, wobei die Stelle, wo das Pulver 40 hin transportiert wird, veränderlich ist. Die Pulvertransporteinrichtung 1 umfasst dazu eine erste Pulverquelle 3, eine zweite Pulverquelle 4 und eine dritte Pulverquelle 5. Die erste Pulverquelle 3 ist mittels einer ersten Pulverzuleitung 6 mit einer ersten Gabelungsschleuse 9 verbunden, die zweite Pulverquelle 4 ist mittels einer zweiten Pulverzuleitung 7 mit einer zweiten Gabelungsschleuse 10 verbunden und die dritte Pulverquelle 5 ist mittels einer dritten Pulverzuleitung 8 mit einer dritten Gabelungsschleuse 11 verbunden. Die Pulverzuleitungen 6,7,8 münden jeweils in einem Gabelungseingang 12 in die Gabelungsschleusen 9,10,11. Die Gabelungsschleusen 9,10,11 umfassen weiterhin einen ersten Gabelungsausgang 13 und einen zweiten Gabelungsausgang 14, wobei an dem ersten Gabelungsausgang 13 entsprechend jeweils eine weitere (vierte, fünfte und sechste) Pulverzuleitung 15,16,17 angeordnet ist. Der zweite Gabelungsausgang 14 ist mit einem Pulverauffangbehälter 21,22,23 mittels einer Pulverableitung 18,19,20 verbunden.
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Der zweite Gabelungsausgang 14 verbindet die entsprechende Pulverquelle 3,4,5 mit einem Pulverauffangbehälter 21,22,23. Hier ist nun vorgeschlagen, dass neben dem Pulverauffangbehälter 21,22,23 weiterhin ein Ersatzauffangbehälter 30,31,32 vorgesehen ist, und dem eine jeweilige zweite Auffangleitung 29 vorgeschaltet ist, welche wiederum über eine Auffangschleuse 25,26,27 verschließbar und öffenbar sind. Somit ist es ermöglicht, dass der Pulverauffangbehälter 21,22,23 entleert wird und zugleich weiterhin in dem Ersatzauffangbehälter 30,31,32 unter (bevorzugt kontinuierlich weitergeführtem) Pulverstrom 24 aufgefangen wird. Die erste Auffangleitung 28 verbindet jeweils die Auffangschleuse 25,26,27 mit dem jeweils zugehörigen Pulverauffangbehältern 21,22,23, wobei die Auffangschleusen 25,26,27 schaltbar ausgeführt sind, sodass Pulver 40 zwischen der ersten Auffangleitung 28, der zweiten Auffangleitung 29 und hier zudem einer (rein optionalen) Nebenleitung 39 schaltbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst jede Auffangschleuse 25,26,27 eine Nebenleitung 39, wobei über diese Nebenleitungen 39 Pulver 40 zugeführt wird, welches bereits für den Prozess des Auftragschweißens ausgedüst worden ist und von einer entsprechenden Auffangeinrichtung in die Nebenleitung 39 überführt worden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Pulverzuleitungen 6,7,8,15,16,17 und die Nebenleitungen 39 bevorzugt als unverformbare Rohre 38 ausgeführt sind.
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Alle Pulverauffangbehälter 21,22,23 und Ersatzauffangbehälter 30,31,32 sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Tragbalkens 37 innerhalb der Pulvertransporteinrichtung 1 positioniert, wobei der Tragbalken 37 mittels eines Dehnmessstreifens 36 als Füllsensor 33 beziehungsweise als Waage 35 für die Pulverauffangbehälter 21,22,23 und die Ersatzauffangbehälter 30,31,32 ausgeführt sind, sodass von der Masse des Pulverauffangbehälters 21,22,23 beziehungsweise des in dem Pulverauffangbehälters 21,22,23 beziehungsweise Ersatzauffangbehälter 30,31,32 aufgefangenen Pulvers 40 auf einen Füllgrad 34 mit ausreichend hoher Genauigkeit geschlossen werden kann. Ein Vorteil einer solchen Waage 35 ist, dass sie besonders kostengünstig und einfach ausführbar ist und/oder für weitere Informationen, die erwünscht oder benötigt sind, nutzbar ist.
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In den beiden darstellungsgemäßen oberen Leitungsabschnitten sind die Pulverauffangbehälter 22,23 und die Ersatzauffangbehälter 31,32 jeweils parallel zueinander angeordnet. In dem darstellungsgemäß untersten Leitungsabschnitt ist der erste Pulverauffangbehälter 21 und der erste Ersatzauffangbehälter 30 in Reihe angeordnet. Somit ergibt sich, dass dann die zweite Auffangleitung 29 vor dem Ersatzauffangbehälter 30 angeordnet ist, die Auffangschleuse 25 dem Ersatzauffangbehälter 30 nachgeschaltet ist und die erste Auffangleitung 28 führt dann weiter zu dem ersten Pulverauffangbehälter 21.
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Jeder der Füllsensoren 33 an den Pulverauffangbehältern 21,22,23 und den Ersatzauffangbehältern 30,31,32 ist mit der entsprechenden Auffangschleuse 25,26,27 verbunden, sodass ein Signal an die Auffangschleuse 25,26,27 übermittelbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Auffangschleusen 25,26,27 unmittelbar mittels eines Signals des Füllsensors 33 geschaltet, wobei bevorzugt kein interpretierender Prozessor zwischengeschaltet ist, sondern beispielsweise über einen Relaisschalter beziehungsweise eine Mikroelektronik, in einen anderen Zustand versetzt wird, wenn das Signal anliegt.
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In 2 ist eine Pulver-Auftragschweißeinrichtung 2 mit einer Pulvertransporteinrichtung 1 in einer schematischen Ansicht gezeigt. Die Pulver-Auftragschweißeinrichtung 2 ist ein Beschichten einer Behandlungsoberfläche 47 eines Werkstücks 41 eingerichtet, dabei ist die zuvor in 1 beschriebene Pulvertransporteinrichtung 1 umfasst und hier lediglich stark vereinfacht dargestellt. Es sind für die Pulvertransporteinrichtung 1 eine erste Pulverquelle 3, eine zweite Pulverquelle 4 und eine dritte Pulverquelle 5 dargestellt, wobei die Pulverquellen 3,4,5 mittels einer ersten Pulverzuleitung 6, einer zweiten Pulverzuleitung 7 und einer dritten Pulverzuleitung 8 mit einer Beschichtungsdüse 42 verbunden sind. In der Beschichtungsdüse 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels der Pulvertransporteinrichtung 1 ein vorbestimmtes Mischen des Pulvers 40 aus den Pulverquellen 3,4,5 darstellbar. Die Beschichtungsdüse 42 ist beispielsweise eine entsprechend ausgeführte endseitige Öffnung einer Pulverzuleitung 6, welche derart ausgerichtet ist, dass das Pulver 40 in einen Fokus 43 zuführbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtungsdüse 42 eine Ringdüse, bei welcher das Pulver 40 kegelförmig einem Fokus 43 zugeführt wird.
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Die Pulver-Auftragschweißeinrichtung 2 umfasst weiterhin eine Hochtemperaturquelle 45, beispielsweise einen Laser (beim Laserauftragschweißen, bevorzugt beim Extremhochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen [EHLA]).
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Die Hochtemperaturquelle 45 ist derart eingerichtet, dass das Pulver 40 in dem Fokus 43 und/oder in einem Bereich um den Fokus 43 herum anschmelzbar oder aufschmelzbar ist, sodass das Pulver 40 angeschmolzen (also mit einer aufgeschmolzenen Oberfläche) oder vollständig aufgeschmolzen auf der gewünschten Behandlungsoberfläche 47 des Werkstücks 41 auftrifft. Hier ist die Hochtemperaturquelle 45 derart eingerichtet, dass in einer Region 46 in der Nähe des Fokus 43, das heißt in der Regel entlang der Achse der Hochtemperaturquelle 45 hinter dem Fokus 43 des zugeführten Pulvers 40, die Behandlungsoberfläche 47 des Werkstücks 41 aufgeschmolzen (also ein Schmelzbad gebildet) wird, sodass das Pulver 40 in der Behandlungsoberfläche 47 aufgenommen wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird sowohl das Pulver 40 angeschmolzen beziehungsweise aufgeschmolzen und ein Schmelzbad in der Region 46 in der Nähe des Fokus 43 in der Behandlungsoberfläche 47 des zu beschichteten Werkstücks 41 erzeugt.
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Die Beschichtungsdüse 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer (hier rein optionalen) Zustellvorrichtung 44 über einen optionalen Verstellarm 48 radial entlang der Behandlungsoberfläche 47 verstellbar. Aufgrund der Werkstückaufnahme 49, welche zum Rotieren um eine Rotationsachse 50 eingerichtet ist, ist eine rein radiale Bewegung der Beschichtungsdüse 42 ausreichend, um die gesamte Behandlungsoberfläche 47 zu beschichten.
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In 3 ist ein Kraftfahrzeug 51 mit Bremsscheiben 52 in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 51 weist vier Räder 53 auf, wobei jeweils zwei Räder 53 auf einer gemeinsamen Radachse gegenüberliegend angeordnet sind. In diesem Beispiel weist jedes der Räder 53 eine Bremsscheibe 52 auf, wobei Rad 53 und Bremsscheibe 52 drehmomentfest verbunden sind.
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Beispielsweise ist auf jeder der beiden axial-gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe 52 mittels der in 2 gezeigten Pulver-Auftragschweißeinrichtung 2 eine Veredelungsschicht auf die zu beschichtende Behandlungsoberfläche 47 eines Werkstücks 41 aufgetragen. An jeder der Bremsscheiben 52 ist ein Paar von Bremsklötzen 54 angeordnet, wobei die Bremsklötze 54 fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden sind. Zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs 51 wird (jeder oder einzeln geregelt) ein jeweiliger Bremsklotz 54 gegen die jeweilige Bremsscheibe 52 gepresst. Die Bremsenergie wird zu einem großen Teil als Abwärme in die jeweilige Bremsscheibe 52 eingetragen, weshalb die Veredelungsschicht unter hohen Temperaturen und hoher Scherlast und hohem Druck belastet wird. Die Veredelungsschicht muss diesem Belastungsfall standhalten.
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Mit der hier vorgeschlagenen Pulvertransporteinrichtung ist ein kontinuierlicher Pulverstrom mit einem diskontinuierlichen Pulverauffangbehälter kombinierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pulvertransporteinrichtung
- 2
- Pulver-Auftragschweißeinrichtung
- 3
- erste Pulverquelle
- 4
- zweite Pulverquelle
- 5
- dritte Pulverquelle
- 6
- erste Pulverzuleitung
- 7
- zweite Pulverzuleitung
- 8
- dritte Pulverzuleitung
- 9
- erste Gabelungsschleuse
- 10
- zweite Gabelungsschleuse
- 11
- dritte Gabelungsschleuse
- 12
- Gabelungseingang
- 13
- erster Gabelungsausgang
- 14
- zweiter Gabelungsausgang
- 15
- vierte Pulverzuleitung
- 16
- fünfte Pulverzuleitung
- 17
- sechste Pulverzuleitung
- 18
- erste Pulverableitung
- 19
- zweite Pulverableitung
- 20
- dritte Pulverableitung
- 21
- erster Pulverauffangbehälter
- 22
- zweiter Pulverauffangbehälter
- 23
- dritter Pulverauffangbehälter
- 24
- Pulverstrom
- 25
- erste Auffangschleuse
- 26
- zweite Auffangschleuse
- 27
- dritte Auffangschleuse
- 28
- erste Auffangleitung
- 29
- zweite Auffangleitung
- 30
- erster Ersatzauffangbehälter
- 31
- zweiter Ersatzauffangbehälter
- 32
- dritter Ersatzauffangbehälter
- 33
- Füllsensor
- 34
- Füllgrad
- 35
- Waage
- 36
- Dehnmessstreifens
- 37
- Tragbalken
- 38
- Rohr
- 39
- Nebenleitung
- 40
- Pulver
- 41
- Werkstück
- 42
- Beschichtungsdüse
- 43
- Fokus
- 44
- Zustellvorrichtung
- 45
- Hochtemperaturquelle
- 46
- Region
- 47
- Behandlungsoberfläche
- 48
- Verstellarm
- 49
- Werkstückaufnahme
- 50
- Rotationsachse
- 51
- Kraftfahrzeug
- 52
- Bremsscheibe
- 53
- Rad
- 54
- Bremsklotz
