DE2659214B2

DE2659214B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Teilen

Info

Publication number: DE2659214B2
Application number: DE2659214A
Authority: DE
Inventors: Donald Mackelvie Indianapolis Ind. Yenni (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1979-02-01
Also published as: JPS558220B2; JPS52104563A; GB1565558A; DE2659214A1; US4082870A; FR2336982B1; IT1066509B; FR2336982A1; CH608729A5; CA1075097A

Description

W)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Teilen, bei dem das Teil um eine Längsachse gedreht wird, die Längsachse ihrerseits zu einer Umlaufbewegung um eine zweite Achse veranlaßt wird, die in Abstand von und parallel zu der Längsachse ^b> verläuft, und mittels einer Beschichtungsvorrichtung Beschichtungswerkstoff auf das sich an der Beschichtungsvorrichtung vorbeibewegende Teil aufgebracht wird, bis der gewünschte Oberzug ausgebildet ist; sie hat ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.

Um Oberzüge von gleichförmiger Dicke und Güte auczubilden, müssen bekanntlich vier Parameter eingestellt und/oder geregelt werden. Bei den Parametern, die konstant sein sollten, handelt es sich um die Oberflächengeschwindigkeit mit der sich das Teil an der Beschichtungswerkstoff aufbringenden Einrichtung vorbeibewegt, den Abstand zwischen der Werkstückoberfläche und der Beschichtungseinrichtung (Arbeitsabstand), den Winkel (vorzugsweise 90°) zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Sprüheinrichtung sowie die Beschichtungsdauer, während deren jedes Element der Werkstückoberfläche der Sprüheinrichtung ausgesetzt ist. Diese Parameter lassen sich leicht beherrschen, wenn es sich bei dem zu beschichtenden Teil um ein rundes zylindrisches Teil mit einem Durchmesser von 25 mm oder mehr handelt In einem solchen Fall wird das Teil mit konstanter Drehzahl um seine Achse gedreht. Eine Sprüheinrichtung wird in der Weise angeordnet, daß der Sprühstrahl die Oberfläche in einem Winkel von ungefähr 90° trifft; die Sprüheinrichtung wird mit konstanter Geschwindigkeit in einer zu der Drehachse parallelen Richtung verschoben.

Wenn das zu beschichtende Teil jedoch eine komplizierte Gestalt hat, beispielsweise eine Tragfläche oder Turbinenschaufel ist, bewegen sich unterschiedliche Oberflächenelemente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den Sprühstrahl der Beschichtungseinrichtung. Um dies klarzumachen, sei auf die Fig. la und Ib Bezug genommen, die schematisch ein Tragflächen- oder Flügelprofil erkennen lassen, das mit Bezug auf eine Sprüheinrichtung gedreht wird. Die Fig. Ib zeigt eine Ansicht entlang der Linie B-B in Fig. la. Wenn das Teil um die Achse A mit einer Winkelgeschwindigkeit W₁ rotiert, bewegen sich die Punkte (1), (2) und (3) durch den mittels der Linie E_L angedeuteten Sprühstrahl mit jeweils unterschiedlicher Geschwindigkeit entsprechend der Gleichung V_n = R_rW\ hindurch. Mit zunehmendem Radius R_n nimmt die Geschwindigkeit V zu; entsprechend verringert sich die Beschichtungsdicke.

Eine weitere Möglichkeit, Sprühüberzüge auf unsymmetrische Objekte aufzubringen, besteht darin, einen den Sprühstrahl liefernden Brenner schnell entlang einer Bahn zu bewegen, die im wesentlichen parallel zu der Achse A-A verläuft. Mit Hilfe von Nocken, Hebeln und anderen mechanischen Gestängen kann ein konstanter Arbeitsabstand aufrechterhalten werden, während die Schaufel oder der Flügel langsam weitergeschaltet werden. Die rasche Verstellung des Brenners entlang einer zu der Achse der Schaufel oder des Flügels im wesentlichen parallelen Bahn sorgt für die relative Oberflächenbewegung. Werden zwar die Beschichtungsanforderungen hinsichtlich konstantem Arbeitsabstand und konstanter Oberflächengeschwindigkeit erfüllt; die für eine derartige Bewegung sorgende Einrichtung ist jedoch sehr aufwendig und arbeitet unzuverlässig. Dadurch, daß hohe Beschleunigungen erforderlich sind, um den Brenner mit konstanter Geschwindigkeit hin- und herzubewegen, wird die Einrichtung kostspielig. Außerdem führen die Vibrationen, die auf die rasche Bewegungsrichtungsumkehr an den Endpunkten der Maschinenbewegung zurückgehen, zu einer verhältnismäßig kurzen Lebensdauer der Maschinenelemente.

Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen die Längsachse, um die das zu beschichtende Teil gedreht wird, ihrerseits zu einer Umlaufbewegung um eine zur Längsachse parallele Achse veranlaßt wird. Bei einer dieser Vorrichtungen (DE-OS 20 53 802) wird ein Werkstückspindelträger über eine Antriebswelle mit vorbestimmter Drehzahl angetrieben. Jede der Werkstückspindeln trägt eine Antriebsscheibe, die sich bei rotierendem Werkstückspindelträger am Umfang feststehenden Scheibe abwälzt, so daß die Werkstückspindeln nach dem Prinzip eines Planetengetriebes gedreht werden. Dabei wird die Drehzahl des Werkstückspindelträgers entsprechend dem Durchmesserverhältnis der feststehender. Scheibe und der Antriebsscheiben ins Schnelle übersetzt, so daß hohe Oberflächengeschwindigkeiten der zu beschichtenden Teile erreicht werden, wie sie notwendig sind, um die gewünschten metallurgischen Eigenschaften der aufzubringenden Überzüge zu gewährleisten. Die zu beschichtenden Teile führen jedoch diese übersetzte hohe Drehzahl unmittelbar gegenüber der Beschichtungsvorrichtung aus, was aufwendige Verstelleinrichtungen für die Beschichtungsvorrichtung bedingt. Auch im Falle einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 24 48 023) stehen Drehzahl und Drehrichtung der Drehbewegung des zu beschichtenden Teils und der Umlaufbewegung der Werkstückträger in fest vorgegebener Beziehung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise eine optimale Abstimmung Bewegungen der zu beschichtenden Teile ermöglicnen und damit auf kostensparende Weise die Erfordernisse bezüglich konstantem Arbeitsabstand und konstantem Auftreffwinkel einzuhalten gestatten.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, das dem System eine eine wahlweise Korrelation von gegenseitiger Drehzahl und gegenseitiger Drehrichtung der Drehbewegung und der Umlaufbewegung erlaubende zusätzliche Bewegungskomponente zugeführt wird. Durch Vorgehen können ohne weiteres hohe Oberflächengeschwindigkeiten der zu beschichtenden Teile, beispielsweise eine Mindestoberflächengeschwindigkeit \on 300 m/min, aufrechterhalten werden, während sich andererseits die Winkelgeschwindigkeit der Werkstückspindeln praktisch beliebig klein machen läßt. Für gewöhnlich wird die Drehzahl der zu beschichtenden Teile gegenüber dem Erdboden kleiner als 100 U/min gehalten.

Es versteht sich, daß die Längsachse, um die das zu beschichtende Teil gedreht wird, nicht durch das Teil selbst hindurchzugehen braucht. Bei einem Flügelprofil liegt beispielsweise die bevorzugte Drehachse innerhalb eines Kreises, der um den Profilquerschnitt herumgelegt wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden als zu beschichtende Teile vorzugsweise Turbinenschaufeln oder Turbinenflügel, kleine regelmäßige Teile mit kreisförmigen Querschnitten bis zu einem Durchmesser von 25 mm. Teile von unregelmäßiger Form oder regelmäßige Teile mit nichtkreisförmigem Querschnitt verwendet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Maschinengestell, einen auf dem Gestell montierten Werkstückspindelträger, eine dem Werkstückspindelträger zugeordnete Antriebseinrichtung zum Drehen derselben, mehrere an dem Werkstückspindelträger angebrachte Werkstückspindeln, die jeweils ein Planetenrad tragen, das zwecks Antrieb der Werkstückspindeln mit einem Sonnenrad im Eingriff steht, sowie eine benachbart dem zu beschichtenden Teil angeordnete Sprühvorrichtung auf, mittels deren Beschichtungswerkstoff auf die Oberfläche der Teile während einer gegenseitigen Translationsund Rotationsbewegung zwischen der Sprühvorrichtung und den Teilen aufbringbar ist; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad über eine von der Antriebseinrichtung des Werkstückspindelträgers getrennte Antriebseinrichtung antreibbar ist. Ein besonders kompakter und einfacher Aufbau wird dabei erhalten, wenn mit dem Werkstückspindelträger ein auf der Sonnenradwelle drehbar gelagertes Zahnrad verbunden ist, das mit einem auf einer Antriebswelle sitzenden Ritzel kämmt, und wenn die Antriebswelle ein weiteres Ritzel trägt, das mit einem auf der Sonnenradwelle befestigten Zahnrad kämmt. Die Erfindung ist im folgenden an Hand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 näher erläutert, die eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Die veranschaulichte Maschine weist eine Antriebswelle 1 auf, die mittels eines Motors angetrieben ist und einen Teil des Maschinengestells bildet. Die Antriebswelle 1 treibt ein Ritzel 2 an, das mit einem Zahnrad 3 kämmt. Das Zahnrad 3 sitzt auf einer die Hauptwelle der Maschine bildenden Sonnenradwelle 5 und treibt diese an. Die Sonnenradwelle 5 ist in einer Gruppe von Lagern 7, 9 und 11 gelagert und steht über diese mit einem als Käfig ausgestalteten Werkstückspindelträger 13 in Verbindung. Die Sonnenradwelle 5 treibt ein Sonnenrad 15 an. Die Antriebswelle 1 treibt ferner ein Ritzel 17 an, das seinerseits mit einem Zahnrad 6 kämmt. Das Zahnrad 6 weist eine Büchse 19 auf, auf welcher der Werkstückspindelträge.-13 montiert ist. Das Sonnenrad 15 treibt entsprechend F i g. 2 die Planetenräder 18 und 20 an, wobei die Anzahl der vorhandenen Planetenräder der Anzahl der Werkstückspindeln 21 entspricht. In F i g. 2b, einem Querschnitt der Vorrichtung nach F i g. 2, sind zwölf Werkstückspindeln veranschaulicht.

Zu beschichtende Teile, beispielsweise Turbinenschaufeln 23, sind auf den Werkstückspindeln 21 angeordnet. Eine Sprüh- oder Beschichtungsvorrichtung 25 befindet sich in der Nähe der zu beschichtenden Teile, so daß die Beschichtung erfolgt, wenn die Teile eine Translations- und Rotationsbewegung mit Bezug auf die Sprühvorrichtung, beispielsweise einen Brenner, ausführen. Die Drehbewegung der Planetenräder 18,20 usw. ergibt sich aus der Winkelgeschwindigkeit des Sonnenrades 15 und der Winkelgeschwindigkeit des Werkstückspindelträgers 13, verursacht durch das Zahnrad 6. Wenn daher die Winkelgeschwindigkeit der Werkstückspindeln mit Bezug auf den Werkstückspindelträger 13 dem Betrage nach gleich der Winkelgeschwindigkeit des Werkstückspindelträgers 13 ist und in entgegengesetzter Richtung verläuft, ist die resultierende Drehung im wesentlichen gleich Null. Während in F i g. 2 Zahnradsysteme veranschaulicht sind, kann auch mit anderen Getriebeanorduungen, beispielsweise Zahnriemen- oder Kettenantriebssystemen, gearbeitet werden. Wegen der niedrigen resultierenden Winkelgeschwindigkeit läßt sich eine einfache, kostensparende Brc.inerhandhabungseinrichtung aufbauen, die die Erfordernisse bezüglich konstantem Arbeitsabstand und konstantem Winkel erfüllt. Außerdem ist die Dauer, während deren die Werkstückelemenle der Beschichtungsvorrichtung ausgesetzt sind, nahezu konstant.

Wegen der niedrigen Winkelgeschwindigkeit läßt

sich das beschriebene Verfahren mit Vorteil bei Werkstücken einsetzen, die einen kleinen Durchmesser (kleiner als ungefähr 25 mm) haben. Gewisse Überzüge erfordern eine Mindestoberflächengeschwindigkeit von 300 m/min, um für die gewünschten metallurgischen ·-, Eigenschaften zu sorgen. Soll ein Teil mit einem Durchmesser von 1,6 mm mit dieser Geschwindigkeit beschichtet werden, ist eine Drehzahl von ungefähr 60 000 U/min erforderlich. Die zur Erzielung einer solchen Geschwindigkeit notwendige Anlage ist kostspielig in der Herstellung und unter den anzutreffenden Arbeitsbedingungen schwierig zu warten. Außerdem ist es sehr schwierig, die Temperatur des Teils in der gewünschten Weise zu beeinflussen. Sind die Teile jedoch an Spindeln befestigt, die sich um eine ii Abstützungsachse drehen, und sind die Spindeln um einen Kreis mit einem Durchmesser von ungefähr 130 mm verteilt angeordnet, beträgt die erforderliche Drehzahl der Mittelachse nur ungefähr 760 U/min; die Temperatur der Teile läßt sich einfach beherrschen.

Es versteht sich, daß die im einzelnen erläuterte Anordnung auf mannigfache Weise modifiziert werden kann. Beispielsweise kann durch einen Austausch einer Rädergruppe für ein synchrones Verhältnis gesorgt werden, bei dem das Werkstück für jede vollständige Umdrehung des Werkstückspindelträgers genau eine halbe Umdrehung ausführt. Eine solche Ausbildung eignet sich zum Beispiel besonders gut, um die gegenüberliegenden Seiten eines flachen Objekts kontinuierlich zu beschichten. Andere Phasenbeziehungen lassen sich ohne weiteres vorsehen, tails sie notwendig oder erwünscht sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten von Teilen, bei dem das Teil um eine Längsachse gedreht wird, die Längsachse ihrerseits zu einer Umlaufbewegung um eine zweite Achse veranlaßt wird, die in Abstand von und parallel zu der Längsachse verläuft, und mittels einer Beschichtungsvorrichtung Beschichtungswerkstoff auf das sich an der Beschichtungsvorrichtung vorbeibewegende Teil aufgebracht wird, bis der gewünschte Oberzug ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem System eine eine wahlweise Korrelation von gegenseitiger Drehzahl und gegenseitiger Drehrichtung der Drehbewegung und der Umlaufbewegung erlaubende zusätzliche Bewegungskomponente zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile Turbinenschaufeln oder Turbinenflügel verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile kleine regelmäßige Teile mit kreisförmigen Querschnitten bis zu einem Durchmesser von 25 mm verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile solche mit unregelmäßiger Form verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Teile regelmäßige Teile mit nichtkreisförmigem Querschnitt verwendet werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Maschinengestell, einem auf dem Gestell montierten Werkstückspindelträger, einer dem Werkstückspindelträger zugeordneten Antriebseinrichtung zum Drehen desselben, mehreren an dem Werkstückspindelträger angebrachten Werkstückspindeln, die jeweils ein Planetenrad tragen, das zwecks Antrieb der Werkstückspindeln mit einem Sonnenrad in Eingriff steht sowie einer benachbart dem zu beschichtenden Teil angeordneten Sprühvorrichtung, mittels deren Beschichtungswerkstoff auf die Oberfläche der Teile während einer gegenseitigen Translations- und Rotationsbewegung zwischen der Sprühvorrichtung und den Teiic.i aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (15) über eine von der Antriebseinrichtung (6, 17) des Werkstückspindelträgers (13) getrennte Antriebseinrichtung (2,3) antreibbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Werkstückspindelträger (13) ein auf der Sonnenradwelle (5) drehbar gelagertes Zahnrad (6) verbunden ist, das mit einem auf einer Antriebswelle (1) sitzenden Ritzel (17) kämmt, und daß die Antriebswelle ein weiteres Ritzel (2) trägt, das mit einem auf der Sonnenradwelle befestigten ^v> Zahnrad (3) kämmt.