-
Lichtbogenspritzpistole Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenspritzpistole
mit einer Düsenelektrode, durch deren Bohrung ein zu verspritzendes Material, das
durch einen zwischen der Düsenelektrode und einer Gegenelektrode brennenden Lichtbogen
verflüssigt bzw. verdampft worden ist, mittels eines unter Druck stehenden Gases
ausgeblasen wird.
-
Es ist ein Gerät zum Metallspritzen mittels eines elektrischen Lichtbogens
bekannt, bei dem als Elektroden Drähte des zu verspritzenden Materials verwendet
werden. Diese Drähte werden aus Drahtzuführungsschläuchen vorgeschoben, im Betrieb
brennt zwischen den Drahtenden ein Lichtbogen und das im Lichtbogen verflüssigte
bzw. verdampfte Drahtmaterial wird durch einen Preßluftstrahl auf den zu bespritzenden
Gegenstand gerichtet (deutsche Patentschrift 408 793).
-
Ein anderes bekanntes Lichtbogenspritzgerät enthält einen rohrförmigen,
isolierten Lichtbogenkanal, an dessen Enden Elektroden angeordnet sind. Im Betrieb
brennt in diesem Kanal zwischen den Elektroden ein Lichtbogen, wobei durch den Kanal
ein Gas geblasen wird, das die eine Elektrode, die zentrisch im einen Ende des Lichtbogenkanals
angeordnet ist, umströmt und durch eine Durchbrechung der anderen Elektrode, die
sich am anderen Ende des Lichtbogenkanals befindet, ausströmt. In den Lichtbogenkanal
kann zu verspritzendes, pulverförmiges Material eingeblasen werden (USA.-Patentschrift
2 768 279).
-
Es ist weiterhin ein Lichtbogenbrenner bekannt, der eine stabförmige
erste Elektrode enthält, die von einer wassergekühlten rohrförmigen zweiten Elektrode
im Abstand umgeben wird. Durch den Zwischenraum zwischen den Elektroden wird ein
Gas geleitet. Die Bohrung der rohrförmigen Elektrode erweitert sich beginnend an
der Spitze der stabförmigen Elektrode in Strömungsrichtung des Gases etwa kegelstumpfförmig.
Dieser Brenner liefert dementsprechend einen etwa kegelförmigen Plasmastrahl, der
sich besonders gut zum Erhitzen größerer Flächen eignet (französische Patentschrift
1156 530,
F i g. 8).
-
Bei Lichtbogenspritzpistolen bestehen die am schwierigsten zu lösenden
Probleme darin, den Abbrand von nicht zum Verbrauch bestimmten Elektroden, ein zufälliges
Verlöschen des Lichtbogens, ein Abwandern des Lichtbogens von dem zu verspritzenden
Material und ein Verstopfen oder Zusetzen der Düsenöffnung zu verhindern. Diese
Probleme sind insbesondere dann besonders schwierig zu lösen, wenn verschiedenartige
Materialien zu verspritzen sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß
der Krümmungsradius der sich nach außen konvex erweiternden Bohrung des Düseiikörpers
einen wesentlichen Einfluß auf ein einwandfreies Arbeiten einer Lichtbogenspritzpistole
der eingangs genannten Art hat.
-
Eine Lichtbogenspritzpistole mit einer Düsenelektrode, durch deren
Bohrung ein zu verspritzendes Material, das durch einen zwischen der Düsenelektrode
und einer Gegenelektrode brennenden Lichtbogen verflüssigt bzw. verdampft worden
ist, mittels eines unter Druck stehenden Gases ausgeblasen wird, ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Düsenkörpers sich nach außen mit einem
Krümmungsradius konvex erweitert, der mit dem Schmelzpunkt des Spritzmaterials größer
wird.
-
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der
Erfindung; F i g. 2 und 3 sind ebenfalls im Schnitt gehaltene Teildarstellungen
anderer Formen der Düsenblockelektrode und Führungskopfelektrode in ihrer gegenseitigen
Betriebslage.
-
Die Düsenanordnung gemäß der Erfindung besteht aus zwei getrennten
Unterbaueinheiten, die elektrisch voneinander isoliert sind und zu der im ganzen
in F i g. 1 mit 10 bezeichneten Spritzpistole vereinigt sind. Die
erste dieser Unterbaueinheiten ist eine im ganzen mit 12 bezeichnete Düsenblockelektrode,
welche
die Richtung des geschmolzenen, verdampften oder ionisierten Materials und seines
Trägergases bestimmt, die zusammen von dem Apparat versprüht werden. Dieser
Block enthält eine äußere Führungsfläche 12 a, die senkrecht zu der Achse
27
(F i g. 2) der Düsenöffnung liegt. Diese Fläche 12 a bildet die
Fortsetzung einer inneren Führungsfläche 12 b. Die Fläche 12 a verhindert,
daß die umgebende Luft längs der Fläche 12 d in die Düsenöffnung 14 hineingezogen
wird. Wenn die Fläche 12a einen spitzen Winkel mit der Achse 27 bilden, würde,
so würde die umgebende Luft leichter in die öffnung 14 eintreten, den austretenden
Strahl vorzeitig küh-
len und die Öffnung schnell verschließen können.
-
Die Düsenblockelektrode 12 und eine zweite Unterbaueinheit, die Führungskopfelektrode
16, bilden zusammen die beiden Elektroden des Lichtbogens. Zwischen
diesen beiden Elektroden schmilzt und verdampft das zu versprühende Material. Außerdem
wird das zu versprühende Material im Lichtbogen isonisiert. Ferner wird zwischen
diesen beiden Elektroden ein Gas zur Mischung mit dem geschmolzenen, verdampften
und ionisierten Material zugeführt. Die Unterbaueinheit 16 führt das zu versprühende
Material dem Lichtbogen zu.
-
Die als bevorzugte Ausführungsform zu betrachtende und in F i
g. 1 dargestellte Düsenanordnung zeigt, daß die Öffnung :(4 die innere Düsenfläche
12 b
mit einer Gasführungsfläche 12 c verbindet. Die Fläche
12b wird konvex gekrümmt, um sich der natürlichen Ausbreitung des
Gases anzupassen, wie es durch die Pfeile 11 angedeutet ist. Es wurde festgestellt,
daß der optimale Krümmungsradius der Fläche 12 b von dem zu versprühenden
Material abhängt und daß der Radius mit dem Schmelzpunkt dieses Materials anwächst.
So wurde beispielsweise für die Versprühung von Aluminium ein Radius von etwa 4,8
mm, für nicht rostenden Stahl ein Radius von etwa 6,4 inrn und für Wolfram
ein Radius von etwa 16 mm als Optimum festgestellt.
-
Die innere Führungsfläche 12c besitzt einen gewissen Abstand von der
Oberfläche 16a des Führungskopfes 16. Sie folgt jedoch in ihrer Krümmung
der Oberflächengestalt dieses Führungskopfes. In der Nähe der Öffnung 14 wird somit
ein ringförmiger Kanal 17 gebildet, der Luft, Gas oder Dampf der
Öff-
nung 14 zuleitet. Eine Leitfläche 20 c stellt eine gleichmäßige Umströmung
des Führungskopfes 16
sicher.
-
Die radiale Erstreckung der Fläche 12 a hängt von der Größe der Spritzpistole
und von der Geschwindigkeit und der Menge des austretenden zu versprühenden Materials
ab.
-
Die Elektrode 12 besitzt ein Gewinde 18, mittels dessen die
Elektrode 12 mechanisch mit der Unterbaueinheit 16 verbunden werden kann.
Elektrisch bleibt jedoch die Elektrode 12 von der Unterbaueinheit 16 isoliert.
Das Gewinde 18 der Elektrode 12 kann in ein Gegengewinde auf einem einstellbaren
Rohr 19 eingreifen, das aus Isolie=aterial bestehen kann oder durch ein isolierendes
Zwischenrohr 21 mit der Unterbaueinheit 16 verbunden ist. Die Düsenblockelektrode
12 besitzt eine elektrische Zuleitung 24. Vorzugsweise soll die Düsenblockelektrode
12 positiv und die Führungskopfelektrode 16 negativ sein.
-
Die im Lichtbogen erzeugte Wärrne wird von der Elektrode 12 mittels
eines Kühlkanals 26 abgeführt, durch den eine Kühlflüssigkeit, also z. B.
Wasser oder Luft hindurchgeleitet wird. Man kann auch gemäß F i g. 3 Kühlrippen
26 a vorsehen. Der Hauptkörper 20 wird ebenfalls mittels einer über ein Rohr
20 a eingeleiteten Kühlflüssigkeit, welche in die Kühlkammer20b eintritt und wieder
aus Wasser oder Luft bestehen kann, gekühlt.
-
Die Elektrode 12 (F i g. 2) kann aus zwei Teilen aufgebaut
werden, nämlich aus einem Einsatz 12 e, der in einen Halter 12f eingesetzt
wird und aus ihm leicht entfernt werden kann. Man kann also den Einsatz 12 e leicht
auswechseln oder ersetzen. Die Fläche 12 b des Einsatzes geht in die Fläche
12 g des Halters über, die ihrerseits praktisch senkrecht zur Achse
27 der öffnung verläuft.
-
Die Führungskopfelektrode 16 enthält einen axialen Kanal
28 (F i g. 2) für ein Rohr, einen Stab oder einen Draht
30 aus dem zu versprühenden Material. Mittels eines Gewindes 32 ist
die Führungskopfelektrode in den Hauptkörper 20, der einen elektrischen Anschluß
34 besitzt, eingeschraubt.
-
Zum Betrieb wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen der Elektrode
12 und der Elektrode 16 hergestellt. Da diese beiden Elektroden gegenüber
dem Hauptkörper 20 justiert werden können, läßt sich eine optimale Elektrodenentfernung
für den Lichtbogen einstellen. Wenn das zu versprühende Material in Drahtform vorliegt,
kann man es diesem Hauptkörper mit gutem Wärmekontakt und elektrischem Kontakt zuführen.
In F i g. 2 ist eine Kugel 36 und eine Feder 38 für diesen
Zweck dargestellt. Der Zuführungsmechanismus für den Draht 30 ist in an sich
bekannter Weise ausgeführt und in F i g. 1 nur im ganzen mit 40 bezeichnet.
-
Die beschriebene Spritzpistole wird vorzugsweise in einen nicht mitdargestellten
Pistolenhalter eingesetzt. Ein elektrischer Lichtbogen wird zwischen den Flächen
16 a und 12 c erzeugt. Der Strom von Luft oder von einem inerten Gas wird
über ein Rohr 17 a eingeführt, tritt sodann in den Raum 17 b im Hauptkörper
20 ein, wobei er von der Führungsfläche 20 c gelenkt wird. Der Luft- oder Gasstrom
verteilt sich dadurch gleichmäßig auf den Ringkanal 17, in welchem er sowohl
eine Ionisierung in der Nähe des Lichtbogens erfährt als auch als Kühlmittel wirkt.
Die Menge des Luft- oder Gasstromes wird vor oder nach der Zündung des Lichtbogens
so geregelt, daß der Lichtbogen an der Öffnung 14 brennt, jedoch durch den Luft-
oder Gasstrom nicht zum Erlöschen gebracht wird. Der zur Verkleinerung des zu versprühenden
Materials und zur übertragung auf das Werkstück erforderliche Druck hängt von der
Dichte des zu versprühenden Materials ab.
-
Der durch die öffnung 14 hindurchtretende Gas-oder Luftstrom wird
in der Zone 13 ionisiert. Wenn die Drahtzufuhr unterbrochen werden sollte,
wird der Lichtbogen durch die ionisierte Zone aufrechterhalten. Das magnetische
Feld, das den Draht umgibt und durch den elektrischen Strom im Draht aufrechterhalten
wird, bewirkt eine Rotation des Lichtbogens um die Öffnung 14, so daß das Drahtmaterial
gleichmäßig geschmolzen und verdampft wird.
-
Durch den Gas- oder Luftstrom, der den Ringkanal 17 durchsetzt,
wird der Lichtbogen in der Nähe der öffnung 14 festgehalten. Da der Abstand zwischen
den Flächen 12 c und 16 a in der Nähe dieser Öffnung Überall derselbe
ist, ist der Lichtbogen auch nicht bestrebt, sich einen kürzeren Weg zu suchen.
Das zu
versprühende Material tritt also aus der Öffnung 14 in gleichmäßiger
Verteilung um die Achse 27 herum aus.
-
Wenn man als intertes Gas Argon verwendet, vermeidet man auch zuverlässig
eine Oxydation des versprühten Metalles, so daß man festere und besser duktile Überzüge
auf dem Werkstück erhält. Die beschriebene Anordnung kann z. B. zur Herstellung
von Überzügen aus Wolfram unter Benutzung von Düsen aus Graphit verwendet werden.