DE2143761A1 - Düse für eine Elektrometallisierungspistole - Google Patents

Description

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PATENTANWALT

31. August 1971 Anw.-Akte: 75.398

PATENTANMELDUNG

Anmelderin; Kovofinis⁷, nörodni podnik, Leded n/Saz.

Titel; Düse für eine Elektrometallisierungspistole

Die Erfindung betrifft eine Metallisierungspistole, bei der das Metall, das in die Düse in Form von zwei Drähten zugeführt wird, durch einen elektrischen Lichtbogen, der zwischen den Enden dieser Drähte brennt, geschmolzen wird und das geschmolzene Metall durch Luft oder anderes Gas zerstäubt wird.

Eine Düse einer Elektrometallisierungspistole soll folgenden Erfordernissen entsprechen:

1. Sie soll die Drähte in den Strom der Zerstäubungsluft fuhren und zwar auf die Weise, daß sich die Achsen der beiden Drähte kreuzen und dieser Schnittpunkt, genannt Brennpunkt der Düse, in der Achse des Stromes der Zerstäubungsluft liegt.

Wenn sich die Drähte so berühren, daß sich ihre Achsen nicht schneiden und vor allem, wenn sich die Stelle der Berührung bei« Betrieb der Pistole ändert, ist das Spritzen nicht gut,

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ist grob, unregelmäßig und es entstehen häufige Betriebsstörungen. Ähnlich ist es, wenn sich der Brennpunkt außerhalb der Achse des Luftstromes befindet, denn dann ist das Spritzen grob und die zerschmolzenen Metallteile bestauben die Bestandteile der DUse und die Deckung, die die Strahlung des Bogens auffängt.

2. Sie soll ermöglichen, daß der Brennpunkt der DUse der Mündung der öffnung genügend nahe ist, die die Zerstäubungsluft zuführt (Stirn der DUse)· Wenn diese Entfernung groß ist, wird die Energie der Zerstäubungsluft wenig ausgenutzt und das Spritzen ist grob.

3. Sie soll ermöglichen, daß die Länge des Drahtes zwischen der Speisung, d.h. der Stelle, wo der Strom in den Draht geleitet wird und dem Ende des Drahtes, auf dem der Bogen brennt, möglichst kurz ist. Wenn diese Entfernung lang ist, erwärmt sich der Draht durch den Leitungsstrom soviel, daß er seine mechanischen Eigenschaften verliert und Schwierigkeiten beim Zubringen verursacht. Das zeigt sich besonders stark bei Drähten mit einer schlechten elektrischen Leitfähigkeit.

4. Die DUse soll dem Durchgang des Drahtes einen möglichst kleinen Widerstand leisten. Die großen Widerstände belasten nicht nur den Motor, sondern bewirken Unregelmäßigkeiten im Vorschub des Drahtes und dadurch auch Störungen im Brennen des Bogens.

5. Schließlich sollen diese Eigenschaften der DUse nicht durch die Unreinigkeiten beeinflußt werden, die mit dem Draht in die Düse gebracht wurden.

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Von den bisher bekannten Düsen entspricht keine allen diesen Anforderungen.

Bei der gebräuchlichsten DUse werden die Drähte durch eine gebogene Röhre vor die Mündung des Rohres gefuhrt, durch welche die Zerstäubungsluft zugeführt wird. Es wird dadurch zwar eine gute Fuhrung des Drahtes fast bis zum Brennpunkt erreicht, jedoch ist die Entfernung des Brennpunktes.von der Mündung der Luftöffnung verhältnismäßig lang und das Spritzen deshalb grob.

Bei anderen Düsen wird die Zerstäubungsluft durch selbständige kleine Öffnungen entlang der Drähte zugeführt und durch weitere Zusatzöffnungen derart geformt, daß eine kreisförmige Form des Spritzens erreicht wird. In diesem Falle müssen die Drähte nur unter einem kleinen Winkel geneigt werden und darum liegt der Brennpunkt weit von der Speisungsstelle. Zudem liegen die Enden der Drähte in einer verhältnismäßig großen Länge frei und ungeführt, so daß sich bei der ungenügenden Geradheit der Drähte der Brennpunkt verschiebt und große Störungen beim Brennen des Bogens entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angeführten bisherigen Nachteile durch eine verbesserte Konstruktion zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Metallisierungsdrähte in einer geeigneten Neigung direkt in das Rohr, das die Zerstäubungsluft fuhrt, und zwar kurz vor seiner MUndung so zugeführt werden, daß sie durch die Mündung gefuhrt sind und sich in kleiner Entfernung von der Mündung treffen.

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Bei der maximalen Einfachheit wird erfindungsgemäß erreicht, daß die Drähte beinahe bis zum Brennpunkt gefuhrt werden. Dabei ist es möglich, den Brennpunkt in beliebiger Nähe der Stirn der Düse unterzubringen.

Die Drähte können entweder in geradem oder gebogenem Zustande zum Brennpunkt zugeführt werden. In letzterem Fall kann das Biegen der Drähte direkt in der Wand des Luft-Zuführungsrohres durchgeführt werden und die Kraft, die zum Biegen notwendig ist, kann mit Vorteil dazu ausgenutzt werden, daß sie den Druck des Drahtes auf die Fuhrung ausübt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausfuhrungsbeispiel dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Ebene A-A der Fig. 2; Fig.. 2 eine Ansicht der Düse von vorne, gegen die Richtung des Spritzens;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Ebene B-B der Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt durch die Düse entlang der Ebene C-C der Fig. 5;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Ebene D-D der Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt entlang der Ebene E-E der Fig. 7; Fig. 7 einen Teilschnitt entlang der Ebene F-F der Fig. 6 und Fig. 8 ein Ausfuhrungsbeispiel mit einer LavaldUse.

Die Düse besteht aus einem Körper 1 und zwei Führungsstücken 2. Der Körper 1 der DUse ist aus einem Elektroisoliermaterial hergestellt, weist eine Rotationsform auf und ist mittels eines Kegels 3 in den Körper der Pistole 4 eingesetzt und durch die Verschrau-

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bung 5 hinter den Flansch des Körpers der DUse 6 befestigt. Die Lage der Düse im Körper der Pistole ist durch einen Stift 7 gesichert, der fest in den Körper der DUse 1 eingesetzt ist und in eine entsprechende Nut 8 im Körper der Pistole 4 eingreift. In dem Hohlraum 9 der Pistole 4 ist eine Einrichtung zum Vorschub der Drähte 10 und zur Zuleitung des Stromes in diese Drohte gelagert. In der Zeichnung sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht diese Einrichtungen eingezeichnet.

Die Drähte 10 fuhren durch die FUhrungsstUcke 2, die eine Rotationsform aufweisen und an dem Außenende 11 schräg abgeschnitten sind, damit sie nicht den Luftstrom behindern, der durch den Kanal 12 des Körpers der DUse strömt. Die Drähte fuhren durch den Hohlraum 16 in Inneren der FUhrungsstUcke, der in diesem Falle eine Rotationsform hat und der an der Stelle, wo der Draht zugeführt wird, einen größeren Durchmesser aufweist. An der Stelle, an der der Draht das FUhrungsstUck verläßt, d.h. an der Stelle des Abschneiden« besitzt er einen verkleinerten Durchmesser, der nur ein wenig größer ist als der Durchmesser des zugefUhrten Drahtes. Die Achsen der Drähte treffen sich im Brennpunkt der DUse 13 auf der Achse des Kanals 12. Beim Betrieb reichen die Drähte nicht bis zum Brennpunkt, sie sind am Ende abgestumpft und zwischen ihren Enden brennt der Bogen. Dieser schmilzt die Drähte an ihren Stirnen 14 und das geschmolzene Metall wird durch die Luft zerstäubt, die aus der Mündung 15 des Kanals 12 der sogenannten Stirn der DUse strömt.

Aus dem Ausfuhrungsbeispiel ist es ersichtlich, daß der Brennpunkt der DUse sehr nahe der Stirn der DUse 15 angeordnet werden kann. Auch die Speisung der Drähte im Raum 9 befindet sich nur wenig vom

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Brennpunkt entfernt. Die Drähte werden beinahe bis zum Brennpunkt gefuhrt und, sofern die Drähte gerade sind, z.B. wenn sie vor der Zuführung in die Pistole gerade gemacht werden, leistet diese Konstruktion ihrem Durchgang nur einen kleinen Widerstand.

Ein anderes Ausfuhrungsbeispiel ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Sie zeigen eine DUse, bei der die Drähte vor dem Brennpunkt gebogen werden. So angeordnete DUsen werden oft bevorzugt, da fUr den Antrieb der Drähte eine einfache Anordnung mit Vorschubrollen in einer Achse genUgt, weil die Drähte zur DUse parallel kommen. In Fig. 4 ist ein Schnitt durch die DUse entlang der Ebene C-C dargestellt, die durch die Achse der DUse führt, deren Lage in Fig. 5 angedeutet ist. In Fig. 5 ist der Schnitt durch die DUse entlang der Ebene D-D angedeutet, die senkrecht zu der in Fig. 4 gezeichneten Achse dargestellt ist.

Der Körper der DUse 1 ist aus Elektroisoliermaterial hergestellt und mit den Kegel 3 in den Körper der Pistole 4 eingesetzt. In seiner Achse ist ein Kanal 12 für die Zerstäubungsluft angebracht. Die Führungsstücke fUr die Drähte sind aus Metall und in zwei Einschnitten im Körper der DUse eingelassen. Sie weisen für den Draht eine Nut 16 auf, deren Boden 17 (siehe Fig. 5) einen etwas größeren Halbmesser der Abrundung aufweist als der Radius des Drahtes ist, und deren Seitenwände 18 etwas auseinanderlaufen. Die Nut 16 ist an der Stelle des Eintrittes des Drahtes in die DUse tiefer als an dem Austritt 19, wo ihre Tiefe den Durchmesser des Drahtes nur wenig Überragt. Der Draht 10, der sich beim Betrieb in der Nut bewegt, ist vom Körper der Pistole durch eine Metallunterlage 20 getrennt.

Über den Körper der DUse und die Führungsstücke ist eine Hülse 21 aus Elektroisoliermaterial gepreßt und geklebt. Vor der Stirn der

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DUse 15 berühren sich die Achsen der Drähte 10 im Brennpunkt der DUse 13, die auf der Achse des Kanals 12 liegen.

Die Lage der DUse im Körper der Pistole ist durch einen Stift 7 gesichert, der fest in den Körper der Düse 1 und der Hülse 21 eingesetzt ist und in die betreffende Nut 8 im Körper der Pistole 4 eingreift. Die ganze DUse ist im Körper der Pistole 4 durch die Verschraubung 5 befestigt. Im Hohlraum 9 im Körper der Pistole 4 sind Vorrichtungen zum Vorschub des Drahtes und zur Speisung der Drähte mit Strom untergebracht, die nicht dargestellt sind.

Die Drähte werden parallel mit der Achse der Düse gegen die Nut in den Führungsstücken 2 geschoben. Sie werden in den FührungsstUcken gebogen, so daß sie ständig deformiert werden und so deformiert in den Kanal 12 treten, seine Mündung 15 durchlaufen. Vor dieser brennt zwischen ihren Enden 14 der Lichtbogen, der sie schmilzt. Die Luft, die aus dem Kanal 12 austritt, zerstäubt dann die Drähte und wirft sie an die zu spritzende Wand. Die Oberfläche der Nut (die Flächen 17 und 18) wird poliert und die Neigung der Nut ist so gewählt, daß der Draht beim Durchgang den Boden der Nut 17 bis nahe an den Austritt 19 berührt. Die Deformation der Drähte in der Drahtführung bewirkt einen ständigen Druck auf den Boden der Nut der Fuhrung 17 und dadurch eine stets genau fixierte Lage des Drahtes.

Auch in dieser Ausfuhrung der DUse ist eine genügend kurze Entfernung des Brennpunktes der DUse 13 von der Stirn der Düse 15 und auch eine kurze Entfernung des Brennpunktes von der Speisungsstelle im Hohlraum 9 gesichert. Die Drähte werden bis beinahe zum Brennpunkt gefuhrt und die gut bearbeitbaren Flächen 17 und

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setzen dem Durchtritt der Drähte einen verhältnismäßig kleinen Reibungswiderstand entgegen. In Vergleich zu der vorhergehenden Ausfuhrung der Düse ermöglichen die nicht abgerundeten Führungsflächen der Nut 16 einen leichteren Abrieb der Unreinigkeiten, die der Draht «itbringt. Dadurch neigen bedeutend weniger zum Verstopfen als die runden Öffnungen in dem FUhrungsstUck 2 nach dem vorhergehenden Beispiel.

Die zwei angeführten Beispiele zeigten die Düse für Pistolen, bei denen die Fuhrung des Drahtes von seiner Speisung getrennt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Drähte mit dem Strom direkt mittels der Führungsstücke zu speisen, die seine Lenkung an den Brennpunkt orientieren. Ein Beispiel einer solchen Ausfuhrung ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Achse der Düse entlang der Ebene E-E der Fig. 7 und Fig. 7 zeigt einen Teilschnitt F-F, der senkrecht zur Achse der DUse liegt, deren Lage in Fig. 6 gezeichnet ist.

Die DUse enthält ein keramisches Rohr 1, das in dem Körper der Pistole 4 mittels einer Verschraubung 22 befestigt ist und zwei Führungen, die an dem Körper der Pistole durch die Schrauben 23 befestigt sind, die gleichzeitig die Fuhrungen 2 mit der Stromzuleitung verbinden. Im Rohr 1 befindet sich der Kanal 12 fUr die Zerstäubungsluft und an seinem Ende zwei Einschnitte 25, deren Breite nur wenig größer ist als der Durchmesser des Drahtes. In den FührungsstUcken 2 ist eine Nut 16 in ähnlicher Form wie bei dem vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiel angeordnet. Im Raum 9 ist eine Vorrichtung zum Vorschub des Drahtes untergebracht, die nicht gezeichnet ist. Die Vorschubvorrichtung kann auch außerhalb der Pistole untergebracht werden und die Drähte können bis ζυ den Führungestücken 2 in BowdenzUgen zugeführt werden.

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Die Drähte 10 kommen parallel in die Pistole und sie werden mittels der Vorschubvorrichtung in die Nut 16 eingeführt. In dieser werden sie gebogen und gleichzeitig Strom zugeführt. Sie gelangen durch die Einschnitte 25 in den Kanal 12 im Rohr 1, vor dessen MUndung 15 der Lichtbogen brennt, der sie schmilzt, wobei die aus dem Kanal 12 ausströmende Luft das zerschmolzene Metall zerstäubt.

Auch hier ist es gesichert, daß der Brennpunkt der DUse 13 in sehr kleiner Entfernung von der Stirn der DUse 15 liegt. Die Nuten werden bis beinahe an die Stelle der Berührung gefuhrt und die Speisung der Drähte durch den Strom befindet sich in einer sehr kleinen Entfernung vom Brennpunkt. Deshalb ist es möglich, mit dieser DUse auch Materialien mit einem sehr großen elektrischen Widerstand, wie z.B. feuerfeste Widerstandsdrähte, zu spritzen.

Die Entfernung des Brennpunktes der DUse von ihrer Stirn beeinflußt die Qualität des Spritzens und die wirtschaftliche Ausnutzung der Luft. Außerdem hat diese Entfernung einen Einfluß auch auf andere Eigenschaften der DUse. Sie beeinflußt z.B. die Temperatur des Bogens, dadurch auch die Strahlung des Bogens, die Temperatur der Teile und daher auch die Adhäsion des Spritzauftrages und die Menge der Oxyde im Spritzauftrag. Wenn die Entfernung zwischen dem Brennpunkt und der Stirn der DUse verkürzt wird, sind die meisten Parameter gUnstig beeinflußt, manche jedoch ungünstig. Bei einer zu kurzen Entfernung des Brennpunktes von der Stirn besteht eine kleinere Adhäsion des Überzuges und die DUse zeigt eine bedeutend höhere Neigung zum Verstopfen durch die zerstäubten Teil·, und zwar insbesondere beim Start. Es ist manchmal zweckmäßig, diese Entfernung ein wenig zu verlängern. Dann fuhren die Drähte nicht mit ihrem ganzen Querschnitt durch die MUndung des Kanals 12.

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Ein Ausfuhrungsbeispiel einer solchen DUse ist in Fig. 8 dargestellt. Es ist hier eine DUse im wesentlichen in gleicher Ausfuhrung wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, dargestellt, jedoch ist die Stirn der DUse 15 ein wenig erniedrigt, so daß die Drähte 10 in die öffnung 12 vor ihrer AusmUndung 15 nur mit einem Teil ihres Querschnittes eintreten.

Diese DUse weist in Vergleich zu der DUse der Fig. 4 und 5 noch eine weitere Verbesserung auf. In den Kanal 12 tritt die Luft durch die LavaldUse 26 ein, so daß aus der Mündung 15 die Luft mit einer höheren Geschwindigkeit als die Schallgeschwindigkeit austritt. Es wird dadurch eine höhere Ausnutzung der Energie der Luft gegen eine öffnung erreicht, wie sie in Fig. 4 angedeutet ist. Es wurde außerdem festgestellt, daß bei Ultraschallgeschwindigkeit der Luft in das Plasma eine kleinere Energiemenge Übergeht. Bei Anwendung der LavaldUse 26 vor dem Kanal 12 sinkt deshalb die Strahlung des Bogens im Vergleich mit der einfachen öffnung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist.

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Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE S=SSSBSSBSSSSSSSBSSSSBSSSSSSs

1. Düse für eine Elektrometallisierungspistole mit einer öffnung fUr die Zerstäubungsluft und zwei Führungsstücken für die Zuleitung der Drähte, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (10), die durch FUhrungsstUcke (2) gefuhrt sind und entweder schräg mit ihrem ganzen Querschnitt oder einem Teil in die öffnung (12) fUr die Zerstäubungsluft vor der Stirn der DUse (15) eintreten.

2. DUse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (12) zwischen der Stirn der DUse und der LavaldUse angebracht ist, die in die öffnung (12) ragt.

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