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Die
Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung zum thermischen
Spritzen, umfassend einen Beschichtungskopf, dem über ein
Getriebe mindestens ein auf einer jeweiligen Drahtrolle bevorrateter Beschichtungsdraht
zuführbar ist, wobei die Drahtrolle in einem auswechselbar
mit der Beschichtungsvorrichtung verbundenen Magazin angeordnet
ist.
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Thermisches
Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, das für eine Vielzahl
von Anwendungen eingesetzt wird. Beispielsweise wird bei der Herstellung
von Verbrennungsmotoren aus Gründen der Energieeffizienz
und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung
und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt.
Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen bzw.
deren Wandungen durch thermisches Spritzen mit einer Laufflächenschicht
versehen oder es werden Laufbuchsen in die Zylinderbohrungen eingesetzt,
welche mit einer Laufflächenschicht versehen werden. Eine
spezielle Art des thermischen Spritzens ist das Lichtbogendrahtspritzen.
Beim Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen
ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen
die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases
auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die
Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern.
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Aus
der
DE 198 41 617
A1 ist eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten der
Innenwände von Hohlkörpern bekannt, umfassend
eine Innenspritzeinrichtung, welche einen um seine Längsachse
drehbaren Brennerschaft aufweist, an dessen einem Ende eine Nachschubeinrichtung
für Beschichtungsmedien und an dessen anderem Ende ein
Innenbrenner vorgesehen ist, mit einem Beschichtungskopf, welcher
zwei von der Nachschubeinrichtung ausgehende Drähte aufweist,
zwischen denen ein Lichtbogen zündbar ist und welcher ferner
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
ausgebildet ist, durch welche die Drähte von der Nachschubeinrichtung
zum Beschichtungskopf geführt sind. Wenn die Drähte
in der Nachschubeinrichtung verbraucht sind, müssen die
Nachschubeinrichtung vom Brennerschaft getrennt, Drahtreste aus
dem Brennerschaft zurückgeholt, Drahtanfänge einer
befüllten Nachschubeinrichtung in den Brennerschaft eingeführt
und die neue Nachschubeinrichtung am Brennerschaft befestigt werden.
Hierfür entsteht ein erheblicher Zeit- und Arbeitsaufwand
mit entsprechenden Stillstandszeiten der Beschichtungsanlage.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Beschichtungsvorrichtung
zum thermischen Spritzen anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Beschichtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung zum
thermischen Spritzen umfasst einen Beschichtungskopf, dem über
ein Getriebe mindestens ein auf einer jeweiligen Drahtrolle bevorrateter Beschichtungsdraht
zuführbar ist, wobei die Drahtrolle in einem auswechselbar
mit der Beschichtungsvorrichtung verbundenen Magazin angeordnet
ist. Zwischen dem Magazin und dem Getriebe sind ein Förderer
und eine Drahtbearbeitungseinheit angeordnet. Für jeden
der Beschichtungsdrähte ist ein Sensor zur Detektion eines
Drahtendes oder einer Unterschreitung einer Drahtrestmenge vorgesehen.
Wenn das Drahtende oder die Unterschreitung der Drahtrestmenge für
mindestens einen der Beschichtungsdrähte detektiert ist,
kann ein Vorschub des Beschichtungsdrahtes durch das Getriebe unterbrochen
werden. Das Drahtende ist dann mit einem Drahtanfang eines weiteren
Magazins mit gefüllter Drahtrolle mittels einer in der
Drahtbearbeitungseinheit angeordneten Stumpfschweißeinheit
verschweißbar.
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Bei
einem Verfahren zur Versorgung der Beschichtungsvorrichtung mit
mindestens einem Beschichtungsdraht wird jeder der Beschichtungsdrähte auf
jeweils einer Drahtrolle bereitgestellt. Die Drahtrolle ist in einem
auswechselbar mit der Beschichtungsvorrichtung verbundenen Magazin
angeordnet, aus dem der Beschichtungsdraht über ein Getriebe einem
Beschichtungskopf zugeführt wird. Der Beschichtungsdraht
wird dem Getriebe über einen Förderer und eine
Drahtbearbeitungseinheit zugeführt. Der Beschichtungsdraht
wird während des Betriebes der Beschichtungsvorrichtung
von der Drahtrolle abgerollt und im Beschichtungskopf verbraucht.
Ein Vorschub des Beschichtungsdrahtes durch das Getriebe wird dann
unterbrochen, wenn mindestens einer von entsprechend der Anzahl
der Beschichtungsdrähte in der Drahtbearbeitungseinheit
angeordneten, einem jeweiligen Beschichtungsdraht zugeordneten Sensoren
ein Drahtende oder eine Unterschreitung einer Drahtrestmenge signalisiert.
Beispielsweise durchläuft das Drahtende den Förderer und
wird vom Getriebe weiter gezogen. Das vorhandene Magazin mit der mindestens
einen verbrauchten Drahtrolle wird entfernt und ein Magazin mit
einer entsprechenden Anzahl gefüllter Drahtrollen mit der Beschichtungsvorrichtung
verbunden. Das Drahtende des in der Drahtbearbeitungseinheit verbliebenen Beschichtungsdrahts
wird mit einem Drahtanfang der jeweiligen gefüllten Drahtrolle
stumpf verschweißt, nachdem der Drahtanfang und das Drahtende
mittels des Getriebes und des Förderers gegeneinander zugestellt
wurden.
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Da
der Drahtrest nicht durch Bedienungspersonal aus der Beschichtungsanlage
zurückgeholt werden muss, ist ein geringerer Zeitaufwand
zum Drahtwechsel erforderlich. Durch das Verschweißen werden
auch die Drahtreste vollumfänglich genutzt. Durch den Wegfall
des Hantierens mit den Beschichtungsdrähten verringert
sich die Verletzungsgefahr für das Bedienungspersonal,
das gegebenenfalls nur die Magazine austauschen muss. Auch der Austausch
der Magazine kann jedoch automatisiert erfolgen.
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Insbesondere
bei einer Beschichtungsanlage zum Lichtbogendrahtspritzen (LDS)
sind zwei Beschichtungsdrähte vorgesehen, die dem Beschichtungskopf
zugeführt werden. Der Vorschub wird durch das Getriebe
bei Signalisierung eines oder beider Drahtenden oder der Unterschreitung
der Drahtrestmenge für einen oder beide Beschichtungsdrähte
unterbrochen.
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Vorzugsweise
ist in der Drahtbearbeitungseinheit für jeden der Beschichtungsdrähte
eine Drahtschneideeinrichtung vorgesehen. Damit kann bei Signalisierung
nur eines Drahtendes der jeweils andere Beschichtungsdraht abgeschnitten
wird, da die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass nicht beide Beschichtungsdrähte
auf ihren Drahtrollen exakt die gleiche Länge haben und
daher nicht gleichzeitig verbraucht sind. Weiter können
die Drahtanfänge und/oder Drahtenden mittels der Drahtschneideeinrichtung
beschnitten werden, wenn sie sonst nicht für eine direkte
Verbindung geeignet wären. Dies ist zum Beispiel dann der
Fall, wenn eine Schnittfläche korrodiert, verschmutzt und/oder
nicht orthogonal ist.
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Beim
Verschweißen des Drahtendes mit dem Drahtanfang ergibt
sich eine Schweißstelle mit einem harten, spröden
Gefüge. Wird der Beschichtungsdraht im Beschichtungskopf über
Rollen mit sehr engen Biegeradien geführt, besteht die
Gefahr von Brüchen an der Schweißstelle. Die Schweißstelle
kann daher vorzugsweise mittels der Stumpfschweißeinheit
spannungsarm geglüht werden, wobei sich ein duktiles, das
heißt zähes, weiches Gefüge ergibt.
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Es
kann eine Schleifeinrichtung oder eine Matrize zum mechanischen
Bearbeiten der Schweißstelle vor oder nach dem Glühen
vorgesehen sein. Beim Schweißen ergibt sich an der Schweißstelle eine
Verdickung des Beschichtungsdrahtes, die gegebenenfalls zu Problemen
beim Vorschub führen kann. Durch das mechanische Bearbeiten
wird die Schweißstelle so bearbeitet, dass ihr Durchmesser im
Wesentlichen einem Durchmesser des Beschichtungsdrahtes entspricht.
Mit der Schleifeinrichtung wird die mechanische Bearbeitung vorzugsweise
vor dem Glühen durchgeführt, da hierfür
ein hartes Gefüge vorteilhaft ist. Die Matrize wird zum
Matrizenziehen benutzt, wobei überstehende Teile der Schweißstelle
abgeschert werden. Dies erfolgt bevorzugt nach dem Glühen.
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Der
Drahtanfang und das Drahtende werden vor dem Verschweißen
bevorzugt zueinander ausgerichtet, beispielsweise mittels einer
Richteinheit oder einer Führungshülse.
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Die
Stumpfschweißeinrichtung kann über Spannbacken
verfügen, zwischen denen der Drahtanfang und/oder das Drahtende
gehalten und gegeneinander gedrückt werden. Über
die Spannbacken kann auch eine Spannung angelegt werden, die einen
Stromfluss verursacht, der zum Aufschmelzen und Verschweißen
von Drahtanfang und Drahtende führt. Alternativ kann die
Stumpfschweißeinheit induktiv wirken.
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Der
Sensor kann als ein optischer oder taktiler Sensor ausgebildet sein,
der das Drahtende detektiert. Der Sensor kann auch so ausgebildet
sein, dass er die Drahtrestmenge auf der Drahtrolle durch Messung
einer Stärke der Drahtrolle ermittelt. Ebenso kann der
Sensor eine Drehzahl der Drahtrolle oder des Förderers überwachen.
Wird der Beschichtungsdraht vom Getriebe weiter gefördert
während die Drahtrolle sich nicht mehr dreht, kann auf
das Drahtende geschlossen werden.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Beschichtungsvorrichtung zum thermischen
Spritzen mit einem Beschichtungskopf, einem Getriebe, einer Drahtbearbeitungseinheit,
einem Förderer und einem Magazin mit zwei Drahtrollen,
und
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2 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform der Drahtbearbeitungseinheit
mit dem Förderer und dem Getriebe.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
eine schematische Ansicht einer Beschichtungsvorrichtung 1 zum
thermischen Spritzen gezeigt. Die Beschichtungsvorrichtung 1 umfasst einen
Beschichtungskopf 2, dem zwei Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 zuführbar
sind. Mit der gezeigten Beschichtungsvorrichtung 1 kann
insbesondere Lichtbogendrahtspritzen ausgeführt werden.
Dabei wird zwischen zwei aus dem Beschichtungskopf ragenden Drahtspitzen 4.1, 4.2 der
Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 ein Lichtbogen
durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen 4.1, 4.2 ab
und werden mittels eines Zerstäubergases auf eine zu beschichtende
Oberfläche, beispielsweise eine Zylinderwand in einem Motorblock befördert,
wo sie sich anlagern.
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Die
Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 sind auf
jeweils einer Drahtrolle 5.1, 5.2 bevorratet.
Die Drahtrollen 5.1, 5.2 sind in einem vom Rest
der Beschichtungsvorrichtung 1 lösbar verbundenen
Magazin 6 angeordnet. Aus dem Magazin 6 werden
die Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 über
einen Förderer 7 entnommen, der die Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 zumindest
in Richtung einer Drahtbearbeitungseinheit 8 fördern
kann. Aufbau und Funktion der Drahtbearbeitungseinheit 8 werden
detailliert in 2 beschrieben. Aus der Drahtbearbeitungseinheit 8 gelangen die
Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 in ein Getriebe 9, das
den Vortrieb der Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 bis
zum Beschichtungskopf 2 vornimmt.
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An
einer geeigneten Stelle ist für jeden der Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 ein
Sensor (nicht gezeigt) angeordnet, mit dem ein Drahtende oder eine Unterschreitung
einer Drahtrestmenge des jeweiligen Beschichtungsdrahts 3.1, 3.2 detektiert
werden kann. In diesem Fall wird der Vorschub des Beschichtungsdrahtes 3.1, 3.2 durch
das Getriebe 9 unterbrochen. Das vorhandene Magazin 6 mit
den verbrauchten Drahtrollen 5.1, 5.2 wird entfernt
und ein Magazin 6 mit zwei gefüllten Drahtrollen 5.1, 5.2 angekoppelt, beispielsweise über
einen Schnellverschluss (nicht gezeigt). Ein Drahtanfang des Beschichtungsdrahtes 3.1, 3.2 aus
dem neuen Magazin 6 wird durch den Förderer 7 in
die Drahtbearbeitungseinheit gefördert. Das Drahtende des
in Getriebe 9 und Beschichtungskopf 2 verbliebenen
Beschichtungsdrahtes 3.1, 3.2 des vorherigen Magazins 6 wird
durch das Getriebe 9 ebenfalls in die Drahtbearbeitungseinheit 8 gefördert,
so dass jeweils ein Drahtende und ein Drahtanfang aufeinandertreffen
und in einer in 2 gezeigten Stumpfschweißeinheit
miteinander verschweißt werden.
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In 2 ist
eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsform
der Drahtbearbeitungseinheit 8 mit dem Förderer 7 und
dem Getriebe 9 gezeigt. Die gezeigte Drahtbearbeitungseinheit 8 umfasst
eine Stumpfschweißeinheit 10 und eine Drahtschneideeinrichtung 11.
Die Drahtenden 12.1, 12.2 des im Getriebe 9 und
im Beschichtungskopf 2 verbliebenen Beschichtungsdrahtes 3.1, 3.2 des
vorherigen Magazins 6 werden durch das Getriebe 9 in
die Drahtbearbeitungseinheit 8 gefördert. Die
Drahtanfänge 13.1, 13.2 des Beschichtungsdrahtes 3.1, 3.2 aus
dem neuen Magazin 6 werden durch den Förderer 7 in
die Drahtbearbeitungseinheit 8 gefördert, so dass
jeweils eines der Drahtenden 12.1, 12.2 in der Stumpfschweißeinheit 10 auf
einen der Drahtanfänge 13.1, 13.2 trifft.
Drahtenden 12.1, 12.2 und Drahtanfänge 13.1, 13.2 werden
von Spannbacken 14 erfasst und gegeneinander gedrückt.
Gleichzeitig wird an die Spannbacken 14 eine Spannung derart
angelegt, dass ein Strom vom Drahtende 12.1, 12.2 zum jeweiligen
Drahtanfang 13.1, 13.2 fließt, der zum
Aufschmelzen und Verschweißen von Drahtende 12.1, 12.2 und
Drahtanfang 13.1, 13.2 führt, so dass
der Beschichtungsvorgang fortgesetzt werden kann. Die Drahtschneideeinrichtung 11 dient
dem Begradigen der Drahtanfänge 13.1, 13.2 und/oder
der Drahtenden 12.1, 12.2, falls erforderlich.
Ebenso kann bei Detektion nur eines der Drahtenden 12.1, 12.2 zum Auswechseln
des Magazins 6 der andere der Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 mittels
der Drahtschneideeinrichtung 11 auf etwa gleiche Länge
abgeschnitten werden.
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Die
Drahtschneideeinrichtung 11 kann zwischen der Stumpfschweißeinheit 10 und
dem Getriebe 9 angeordnet sein. Ebenso kann eine weitere Drahtschneideeinrichtung 11 zwischen
der Stumpfschweißeinheit 10 und dem Getriebe 9 vorgesehen sein.
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Der
Förderer 7 kann Teil des Magazins 6 und mit
diesem gemeinsam vom Rest der Beschichtungsvorrichtung 1 trennbar
sein. Alternativ kann der Förderer 7 fest mit
dem Rest der Beschichtungsvorrichtung 1 verbunden sein,
während das Magazin 6 lösbar mit dem
Förderer 7 verbindbar ist.
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Es
kann eine andere Anzahl von Beschichtungsdrähten 3.1, 3.2 mit
jeweiligen Drahtrollen 5.1, 5.2 vorgesehen sein.
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Ein
Beschneiden der Beschichtungsdrähte 3.1, 3.2 kann
auch dann durchgeführt werden, wenn eine Schnittfläche
des Drahtendes 12.1, 12.2 oder des Drahtanfangs 13.1, 13.2 korrodiert,
verschmutzt und/oder nicht orthogonal ist.
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Eine
beim Verschweißen des Drahtanfangs 13.1, 13.2 mit
dem Drahtende 12.1, 12.2 entstehende Schweißstelle
kann mittels der Stumpfschweißeinheit 10 spannungsarm
geglüht werden, wobei sich ein duktiles, das heißt
zähes, weiches Gefüge ergibt.
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Es
kann eine Schleifeinrichtung oder eine Matrize zum mechanischen
Bearbeiten der Schweißstelle vor oder nach dem Glühen
vorgesehen sein. Durch das mechanische Bearbeiten wird die Schweißstelle
so bearbeitet, dass ihr Durchmesser im Wesentlichen einem Durchmesser
des Beschichtungsdrahtes entspricht. Mit der Schleifeinrichtung wird
die mechanische Bearbeitung vorzugsweise vor dem Glühen
durchgeführt. Die Matrize wird zum Matrizenziehen benutzt,
wobei überstehende Teile der Schweißstelle abgeschert
werden. Dies erfolgt bevorzugt nach dem Glühen.
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Der
Drahtanfang 13.1, 13.2 und das Drahtende 12.1, 12.2 werden
vor dem Verschweißen bevorzugt zueinander ausgerichtet,
beispielsweise mittels einer Richteinheit oder einer Führungshülse.
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Alternativ
kann die Stumpfschweißeinheit 10 induktiv wirken.
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Der
Sensor kann als ein optischer oder taktiler Sensor ausgebildet sein,
der das Drahtende 12.1, 12.2 detektiert. Der Sensor
kann auch so ausgebildet sein, dass er die Drahtrestmenge auf der
Drahtrolle 5.1, 5.2 durch Messung einer Stärke
der Drahtrolle 5.1, 5.2 ermittelt. Ebenso kann
der Sensor eine Drehzahl der Drahtrolle 5.1, 5.2 oder
des Förderers 7 überwachen. Wird der
Beschichtungsdraht 3.1, 3.2 vom Getriebe 9 weiter
gefördert während die Drahtrolle 5.1, 5.2 sich
nicht mehr dreht, kann auf das Drahtende 12.1, 12.2 geschlossen
werden.
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Wenn
die Schweißstelle ohne Aufweitung erstellt wurde, kann
auf die mechanische Bearbeitung verzichtet werden.
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- 1
- Beschichtungsvorrichtung
- 2
- Beschichtungskopf
- 3.1,
3.2
- Beschichtungsdraht
- 4.1,
4.2
- Drahtspitze
- 5.1,
5.2
- Drahtrolle
- 6
- Magazin
- 7
- Förderer
- 8
- Drahtbearbeitungseinheit
- 9
- Getriebe
- 10
- Stumpfschweißeinheit
- 11
- Drahtschneideeinrichtung
- 12.1,
12.2
- Drahtende
- 13.1,
13.2
- Drahtanfang
- 14
- Spannbacke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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