DE19841617A1 - Apparatus for thermally coating the inner walls of e.g. car cylinder bores has a hollow wire electric arc inner burner having a burner head with two wires extending from the feeding mechanism - Google Patents
Apparatus for thermally coating the inner walls of e.g. car cylinder bores has a hollow wire electric arc inner burner having a burner head with two wires extending from the feeding mechanismInfo
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Abstract
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.The present invention relates to a device for thermi coating the inner walls of hollow bodies, with an In nenspritzeinrichtung, which rotates about its longitudinal axis Has burner stock, at one end of a replenishment direction for coating media and at its other end Internal burner is provided, which is designed such that the coating media emerge radially.
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. Such devices are known. One differentiates dene thermal coating process, such as plasma coating wire arc spraying and high speed Flame spraying (HVOF). From EP 0 601 968 B1 is a generic Moderate plasma spraying device for the plasma coating of drilling and Pipe rounding known, in which all supply lines for the burner runs through the burner shaft. Out US 50 80 056 A is also a generic device for high speed flame spraying for coating cylinder bores with an aluminum bronze.
Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie sich relativ auf wendiger thermischer Beschichtungsverfahren bedienen und daher selbst apparativ aufwendig und kostspielig sind.These devices have the disadvantage that they are relatively Manage more flexible thermal coating processes and therefore themselves are complex and expensive in terms of equipment.
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.The object of the present invention is therefore a device to create the type with which the coating of the Inner walls of hollow bodies in a simple and inexpensive way is possible.
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.The solution is that the inner burner is a hollow wire arc internal burner is formed with a burner head, which has two wires starting from the supply device points between which an arc is ignitable and which fer ner has a distributor gas nozzle which is arranged such that the distributor gas exits radially, that the burner shaft is rotatable attached in a holder and out in the form of a hollow body is through which the wires from the replenishment device are led to the burner head and that the bracket one in the hollow burner feeder for distributor gas having.
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.According to the invention, a device for wire arc is therefore syringes provided with a hollow barrel is rotatably mounted. Furthermore, the replenishment device for the Wires attached to the burner shaft so that they align with the burner partnership. In this way only the Bren needs with the burner head in the opening of the the hollow body are retracted, which is the scope of the device according to the invention very expanded. With the fiction According to the device, the inner surfaces of stationary ren hollow bodies such as cylinder bores, connecting rod eyes, synchronizer and many other workpieces inside and outside the Automotive construction to be coated.
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.Advantageous further developments result from the dependent claims chen. A preferred embodiment provides that the burner shaft is designed in the form of a hollow shaft. It is preferred as rotatable in a bearing provided in the bracket stores. In a further preferred embodiment, the Bracket at least one rotary drive for the burner shaft, especially in the form of a belt drive. The bracket preferably also has at least one the burner shaft tactical slip ring to transfer the energy for the opening building the arc.
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.Another advantageous development provides that the location tion has at least one integrated gas distribution bore, with which the distributor gas can be supplied. This gas distributor Oil drilling / s are preferably within the storage of the bur arranged.
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. The replenishment device of the device according to the invention has preferably two wire reels, one wire feed unit with one Drive device for the wire feed and a wire straightener unity on. This replenishment device is on the burner Head facing away from the bracket attached to the burner shaft and turns with it. This ensures that the wire replenishment runs smoothly.
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.In a further advantageous development, the burner head is designed to be interchangeable, so that the device according to the invention adapted to workpieces with different bore diameters can be. Examples of this are holes with a diameter of 75-100 mm, such as commercial vehicle connecting rods, cylinders bores of cars. Another example are workpieces with Bore diameters of 45-75 mm, such as commercial vehicles stuff synchronizer rings and car connecting rods. In a particularly preferred Training a coupling device is provided by means of de rer the burner head is reversibly attachable and, if necessary, supplier supply lines for the wires and the distribution gas with each other are connectable.
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.An embodiment of the present invention is in fol described in more detail with reference to the accompanying drawing. The only figure shows a schematic, partially sectioned Side view of a device according to the invention.
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.The device 1 according to the invention has a wire arc spray device 2 which is fastened to a holder 3 . The bracket 3 consists of a holding block 4 and a provided on the Hal teblock 4 mounting flange 5th The mounting flange 5 is used to couple the device according to the invention, for example, with a robot arm or other holding device.
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.The wire arc injection device 2 has a burner shaft 10 which is designed in the form of a hollow body, here a hollow shaft. At one end 10 A, the burner shaft 10 has an internal burner 11 with a hollow burner rod 12 and the actual burner head 13 . At the burner head 13 there are two supply wires 14 , 15 , between which an arc is to be ignited, and a compressed air nozzle 16 , which is arranged radially to the longitudinal axis A of the internal spray device 2 .
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.The mode of operation of the wire arc spraying device is known per se. An arc is ignited between the ends of the two wires 14 , 15 and melts the material of the wires (metal or metal alloy). The compressed air emerging from the nozzle or the distribution gas atomizes the molten material into fine droplets, which separate from the surface to be coated.
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.The internal burner 11 is averaging means interchangeably inserted into the burner shaft 10 at its end facing the burner head 13 opposite end 11 A by means of a not shown Kupp inserted. This means that the inner burner 11 can be replaced by other inner burners, e.g. For example, with a larger or smaller diameter in order to be able to coat hollow bodies with different internal diameters. With the coupling, if necessary, provided supply facilities for the wires or the gas distributor can be coupled to one another.
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.The burner shaft 10 is mounted rotatably about its longitudinal axis L in a bearing 17 provided in the holding block 4 . The burner shaft 10 is driven by a drive device 30 which is integrated in the holding block 4 . This device 30 consists essentially of a motor 31 which drives a shaft 32 to. The shaft 32 protrudes with its upper free end out of the holding block 4 and carries at its upper free end 33 a wheel 34 around which a drive belt 35 is placed. The belt 35 is also looped above the holding block 4 around the burner shaft 10 and thus ensures its rotational movement, for. Example in the direction of arrows 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.The bearing 17 is equipped with slip rings (not shown here) for energy generation and transmission. Thus, the rotation of the torch shaft 10 generates the necessary energy, which is necessary to ignite the arc between the wires 14 , 15 . The storage 17 also has not shown Darge gas distribution holes. Supply lines for the distributor gas, which are arranged within the holding block 4 , open into these gas distributor holes. The distributor gas, like the wires 14 , 15, passes through the hollow burner shaft 10 and the hollow burner rod 12 of the internal burner 11 and thus reaches the burner head 13 , where it exits through the distributor nozzle 16 .
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.At the remote from the inner burner 11 end 10 B of the burner shaft 10, a replenishment device 20 is fixed. After the feed device 20 rotates with the burner shaft 10 in the direction of the arrow P around the longitudinal axis L of the internal spray device 2nd The replenishment device 20 has two wire reels 21 , 22 , on which the wires 14 , 15 are wound. The unwinding from the reels 21 , 22 wires 14 , 15 are tracked by a wire thrust unit 23 in the direction of the burner head 13 accordingly their consumption. Following the wire feed unit 23 , a wire straightening unit, not shown here, is provided, which ensures that the wires 14 , 15 do not cross during the wire feed. The replenishment device 20 also has a drive 24 for the wire feed unit 23 . In the exemplary embodiment, it is a motor 25 and a transmission member 26 made of meshing gears 27 , 29 . The gear 27 is assigned to the motor 25 and fastened on a shaft 28 which, driven by the motor 25 , rotates about its axis W 1 . The gear wheel 29 is assigned to the wire thrust unit 23 and is arranged at right angles to the gear wheel 27 and rotates about its axis W 2 . The directions of rotation of the gears 27 , 29 are indicated by arrows.
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.The device for wire arc spraying according to the invention is therefore characterized by a simple, compact design. The entire internal spraying device 2 can rotate about its axis L without being obstructed by the wire or distributor gas supply. It has a rotating assembly with a hollow, rotatably mounted burner shaft, an internal burner and a supply device for the wires. Only the inner burner ner and u. U. The torch shaft must be introduced into the bore of the workpiece to be coated. Workpieces of various diameters can be machined in this way. The device according to the invention is suitable for the internal coating of hollow workpieces of all kinds.
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