DE19841617A1

DE19841617A1 - Rotierende Drahtlichtbogenspritzanlage zur Beschichtung von Innenflächen

Info

Publication number: DE19841617A1
Application number: DE19841617A
Authority: DE
Inventors: Patrick Izquiero; Wolfgang Reichle; Tilmann Haug; Harald Pfeffinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum thermischen Beschichten der Innenwände von Hohlkörpern, mit einer Innenspritzeinrichtung (2), welche einen um seine Längsachse (L) drehbaren Brennerschaft (10) aufweist, an dessen einem Ende (10B) eine Nachschubeinrichtung (20) für Beschichtungsmedien und an dessen anderem Ende (10A) ein Innenbrenner (11) vorgesehen ist, welcher derart ausgebildet ist, daß die Beschichtungsmedien radial austreten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Innenbrenner als hohler Drahtlichtbogen-Innenbrenner (11) ausgebildet ist, mit einem Brennerkopf (13), welcher zwei von der Nachschubeinrichtung ausgehende Drähte (14, 15) aufweist, zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist und welcher ferner eine Verteilergasdüse (16) aufweist, die so angeordnet ist, daß das Verteilergas radial austritt, das der Brennerschaft (10) drehbar in einer Halterung (3) befestigt und in Form eines Hohlkörpers ausgebildet ist, durch welche die Drähte (14, 15) von der Nachschubeinrichtung (20) zum Brennerkopf (13) geführt sind und daß die Halterung (3) eine in den hohlen Brennerschaft (10) mündende Zufuhreinrichtung für Verteilergas aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermi schen Beschichten der Innenwände von Hohlkörpern, mit einer In nenspritzeinrichtung, welche einen um seine Längsachse drehbaren Brennerschaft aufweist, an dessen einem Ende eine Nachschubein richtung für Beschichtungsmedien und an dessen anderem Ende ein Innenbrenner vorgesehen ist, welcher derart ausgebildet ist, daß die Beschichtungsmedien radial austreten.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. Man unterscheidet verschie dene thermische Beschichtungsverfahren, wie das Plasmabeschich ten, das Drahtlichtbogenspritzen und das Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen (HVOF). Aus der EP 0 601 968 B1 ist ein gattungsge mäßes Plasmaspritzgerät zum Plasmabeschichten von Bohrungs- und Rohrrundungen bekannt, bei dem sämtliche Versorgungsleitungen für den Betrieb des Brenners durch den Brennerschaft verlaufen. Aus der US 50 80 056 A ist ferner ein gattungsgemäßes Gerät zum Hoch geschwindigkeits-Flammspritzen zur Beschichtung von Zylinderboh rungen mit einer Aluminiumbronze bekannt.

Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie sich relativ auf wendiger thermischer Beschichtungsverfahren bedienen und daher selbst apparativ aufwendig und kostspielig sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der oben genannten Art zu schaffen, mit der die Beschichtung der Innenwände von Hohlkörpern auf einfache und kostengünstige Weise möglich ist.

Die Lösung besteht darin, daß der Innenbrenner als hohler Draht lichtbogen-Innenbrenner ausgebildet ist, mit einem Brennerkopf, welcher zwei von der Nachschubeinrichtung ausgehende Drähte auf weist, zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist und welcher fer ner eine Verteilergasdüse aufweist, die so angeordnet ist, daß das Verteilergas radial austritt, daß der Brennerschaft drehbar in einer Halterung befestigt und in Form eines Hohlkörpers ausge bildet ist, durch welche die Drähte von der Nachschubeinrichtung zum Brennerkopf geführt sind und daß die Halterung eine in den hohlen Brennerschaft mündende Zufuhreinrichtung für Verteilergas aufweist.

Erfindungsgemäß wird also eine Vorrichtung zum Drahtlichtbogen spritzen bereitgestellt, bei welcher ein hohler Brennerschaft drehbar gelagert ist. Ferner ist die Nachschubeinrichtung für die Drähte so am Brennerschaft befestigt, daß sie sich mit dem Bren nerschaft mitdreht. Auf diese Weise braucht lediglich der Bren nerschaft mit dem Brennerkopfin die Öffnung des zu beschichten den Hohlkörpers eingefahren werden, was den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr erweitert. Mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung können die inneren Oberflächen von stationä ren Hohlkörpern wie Zylinderbohrungen, Pleuelaugen, Synchronrin gen und vielen anderen Werkstücken innerhalb und außerhalb des Automobilbaus beschichtet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü chen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Brenner schaft in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist. Er ist vorzugs weise in einer in der Halterung vorgesehenen Lagerung drehbar ge lagert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Halterung mindestens einen Drehantrieb für den Brennerschaft, insbesondere in Form eines Riemenantriebs, auf. Die Halterung weist ferner vorzugsweise mindestens einen den Brennerschaft kon taktierenden Schleifring zur Übertragung der Energie für den Auf bau des Lichtbogens auf.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die Lage rung mindestens eine integrierte Gasverteilerbohrung aufweist, mit der das Verteilergas zugeführt werden kann. Diese Gasvertei lerbohrung/en sind vorzugsweise innerhalb der Lagerung des Bren nerschafts angeordnet.

Die Nachschubeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist vorzugsweise zwei Drahthaspeln, eine Drahtschubeinheit mit einer Antriebseinrichtung für den Drahtvorschub sowie eine Drahtricht einheit auf. Diese Nachschubeinrichtung ist auf der dem Brenner kopf abgewandten Seite der Halterung am Brennerschaft befestigt und dreht sich mit diesem mit. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Drahtnachschub reibungslos abläuft.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Brennerkopf austauschbar ausgebildet, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung an Werkstücke mit unterschiedlichem Bohrungsdurchmesser angepaßt werden kann. Beispiele dafür sind Bohrungen mit einem Durchmesser von 75-100 mm, wie zum Beispiel Nutzfahrzeug-Pleuel, Zylinder bohrungen von PKWs. Ein weiteres Beispiel sind Werkstücke mit Bohrungsdurchmessern von 45-75 mm, wie zum Beispiel Nutzfahr zeug-Synchronringe und PKW-Pleuel. In einer besonders bevorzugten Ausbildung ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, mittels de rer der Brennerkopf reversibel befestigbar ist und ggf. Versor gungsleitungen für die Drähte und das Verteilergas miteinander verbindbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im fol genden anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine Drahtlichtbogen- Spritzeinrichtung 2 auf, die an einer Halterung 3 befestigt ist. Die Halterung 3 besteht aus einem Halteblock 4 und einem am Hal teblock 4 vorgesehenen Befestigungsflansch 5. Der Befestigungs flansch 5 dient dazu, die erfindungsgemäße Vorrichtung beispiels weise mit einem Roboterarm oder einer sonstigen Halteeinrichtung zu koppeln.

Die Drahtlichtbogen-Spritzeinrichtung 2 weist einen Brennerschaft 10 auf, welcher in Form eines Hohlkörpers, hier einer Hohlwelle ausgebildet ist. An seinem einen Ende 10A weist der Brennerschaft 10 einen Innenbrenner 11 mit einem hohlen Brennerstab 12 und dem eigentlichen Brennerkopf 13 auf. Am Brennerkopf 13 befinden sich zwei Versorgungsdrähte 14, 15, zwischen denen ein Lichtbogen ge zündet werden soll, sowie eine Druckluftdüse 16, die radial zur Längsachse A der Innenspritzeinrichtung 2 angeordnet ist.

Die Funktionsweise der Drahtlichtbogen-Spritzeinrichtung ist an sich bekannt. Zwischen den Enden der beiden Drähte 14, 15 wird ein Lichtbogen gezündet, der das Material der Drähte (Metall oder Metallegierung) schmilzt. Die aus der Düse austretende Druckluft bzw. das Verteilergas zerstäubt das geschmolzene Material in fei ne Tröpfchen, die sich auf der zu beschichtenden Oberfläche ab scheiden.

Der Innenbrenner 11 ist an seinem dem Brennerkopf 13 gegenüber liegenden Ende 11 A mittels einer hier nicht dargestellten Kupp lungseinrichtung in den Brennerschaft 10 austauschbar einge steckt. Das bedeutet, daß der Innenbrenner 11 durch andere Innen brenner ausgetauscht werden kann, z. Bsp. mit größerem oder klei nerem Durchmesser, um Hohlkörper mit verschiedenen Innendurchmes sern beschichten zu können. Mit der Kupplung können ggf. vorgese hene Versorgungseinrichtungen für die Drähte oder das Verteiler gas aneinander angekoppelt werden.

Der Brennerschaft 10 ist in einer im Halteblock 4 vorgesehenen Lagerung 17 um seine Längsachse L drehbar gelagert. Der Antrieb des Brennerschafts 10 erfolgt durch eine Antriebseinrichtung 30, welche in den Halteblock 4 integriert ist. Diese Einrichtung 30 besteht im wesentlichen aus einem Motor 31, der eine Welle 32 an treibt. Die Welle 32 ragt mit ihrem oberen freien Ende aus dem Halteblock 4 heraus und trägt an ihrem oberen freien Ende 33 ein Rad 34, um welches ein Antriebsriemen 35 gelegt ist. Der Riemen 35 ist ferner oberhalb des Halteblocks 4 um den Brennerschaft 10 geschlungen und sorgt so für dessen Drehbewegung, z. Bsp. in Richtung der Pfeile P.

Die Lagerung 17 ist mit hier nicht dargestellten Schleifringen zur Energieerzeugung und Übertragung ausgestattet. Damit wird durch die Drehung des Brennerschaftes 10 die nötige Energie er zeugt, die zur Zündung des Lichtbogens zwischen den Drähten 14, 15 nötig ist. Die Lagerung 17 weist ferner ebenfalls nicht darge stellte Gasverteilerbohrungen auf. In diese Gasverteilerbohrungen münden Versorgungsleitungen für das Verteilergas, die innerhalb des Halteblocks 4 angeordnet sind. Das Verteilergas tritt, ebenso wie die Drähte 14, 15 durch den hohlen Brennerschaft 10 und den hohlen Brennerstab 12 des Innenbrenners 11 und gelangt so zum Brennerkopf 13, wo es durch die Verteilerdüse 16 austritt.

An dem vom Innenbrenner 11 entfernten Ende 10B des Brenner schafts 10 ist eine Nachschubeinrichtung 20 befestigt. Die Nach schubeinrichtung 20 dreht sich mit dem Brennerschaft 10 in Rich tung des Pfeiles P um die Längsachse L der Innenspritzeinrichtung 2. Die Nachschubeinrichtung 20 weist zwei Drahthaspeln 21, 22 auf, auf welche die Drähte 14, 15 aufgewickelt sind. Die sich von den Haspeln 21, 22 abwickelnden Drähte 14, 15 werden durch eine Drahtschubeinheit 23 in Richtung des Brennerkopfes 13 entspre chend ihrem Verbrauch nachgeführt. Im Anschluß an die Drahtschub einheit 23 ist eine hier nicht dargestellte Drahtrichteinheit vorgesehen, die dafür sorgt, daß sich die Drähte 14, 15 während des Drahtvorschubs nicht überkreuzen. Die Nachschubeinrichtung 20 weist ferner einen Antrieb 24 für die Drahtschubeinheit 23 auf. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Motor 25 und ein Übertragungsglied 26 aus miteinander kämmenden Zahnrädern 27, 29. Das Zahnrad 27 ist dem Motor 25 zugeordnet und auf einer Welle 28 befestigt, die, durch den Motor 25 angetrieben, um ihre Achse W₁ rotiert. Das Zahnrad 29 ist der Drahtschubeinheit 23 zugeordnet und im rechten Winkel zum Zahnrad 27 angeordnet und und dreht sich um seine Achse W₂. Die Drehrichtungen der Zahnräder 27, 29 sind durch Pfeile angedeutet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drahtlichtbogenspritzen zeichnet sich also durch eine einfache, kompakte Bauweise aus. Die komplette Innenspritzeinrichtung 2 kann um ihre Achse L ro tieren, ohne durch die Draht- oder Verteilergaszuführung behin dert zu werden. Sie weist ein rotierendes Aggregat mit einem hoh len, drehbar gelagerten Brennerschaft, einem Innenbrenner und ei ner Nachschubeinrichtung für die Drähte. Lediglich der Innenbren ner und u. U. der Brennerschaft müssen in die Bohrung des zu be schichtenden Werkstückes eingebracht werden. Auf diese Weise sind Werkstücke verschiedensten Durchmessers bearbeitbar. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Innenbeschichten von hoh len Werkstücken aller Art.

Claims

1. Vorrichtung (1) zum thermischen Beschichten der Innenwände von Hohlkörpern, mit einer Innenspritzeinrichtung (2), welche einen um seine Längsachse (L) drehbaren Brennerschaft (10) aufweist, an dessen einem Ende (10B) eine Nachschubeinrich tung (20) für Beschichtungsmedien und an dessen anderem Ende (10A) ein Innenbrenner (11) vorgesehen ist, welcher derart ausgebildet ist, daß die Beschichtungsmedien radial austre ten, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbrenner als hohler Drahtlichtbogen-Innenbrenner (11) ausgebildet ist, mit einem Brennerkopf (13), welcher zwei von der Nachschubeinrichtung ausgehende Drähte (14, 15) aufweist, zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist und wel cher ferner eine Verteilergasdüse (16) aufweist, die so ange ordnet ist, daß das Verteilergas radial austritt, daß der Brennerschaft (10) drehbar in einer Halterung (3) befestigt und in Form eines Hohlkörpers ausgebildet ist, durch welche die Drähte (14, 15) von der Nachschubeinrichtung (20) zum Brennerkopf (13) geführt sind und daß die Halterung (3) eine in den hohlen Brennerschaft (10) mündende Zufuhreinrichtung für Verteilergas aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerschaft (10) in einer in der Halterung (3) vor gesehenen Lagerung (17) drehbar gelagert ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerschaft (10) in Form einer Hohlwelle ausgebil det ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3) mindestens einen Drehantrieb (30) für den Brennerschaft (10) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (3) ein Riemenantrieb (30) mit einer ei ne Antriebsachse (32) aufweisenden Antriebseinheit (31) und einem Antriebsriemen (35) vorgesehen ist, wobei der Antriebs riemen (35) um die Antriebsachse (32) und den Brennerschaft (10) geführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3) mindestens einen den Brennerschaft (10) kontaktierenden Schleifring zur Erzeugung und Übertragung der Energie für den Aufbau des Lichtbogens aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3) mindestens eine integrierte Gasvertei lerbohrung für das Verteilergas aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Gasverteilerbohrung in der Lagerung (17) des Brennerschafts (10) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschubeinrichtung (20) zwei Drahtbevorratungsein heiten (21, 22), eine Drahtschubeinheit (23) mit einer An triebseinrichtung (24) für den Drahtvorschub sowie eine Drahtrichteinheit aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbrenner (11) auswechselbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerschaft (10) eine Kupplungseinrichtung auf weist, mittels derer der Innenbrenner (11) reversibel befe stigbar und ggf. vorhandene Versorgungsleitungen für die Drähte (14, 15) und das Verteilergas miteinander verbindbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (3) mit einer Befestigungsvorrichtung (5), insbesondere für einen Roboterarm, versehen ist.