DE2743833A1

DE2743833A1 - Vorrichtung zum aufbringen einer metallischen spruehbeschichtung auf einem substrat und mittels der vorrichtung durchfuehrbares verfahren zum spruehbeschichten

Info

Publication number: DE2743833A1
Application number: DE19772743833
Authority: DE
Inventors: John E Lyons
Original assignee: Eutectic Corp
Current assignee: Eutectic Corp
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1978-04-06
Also published as: CA1086575A; US4099481A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer metallischen Sprühbeschichtung auf einem Substrat sowie ein unter Anwendung der Vorrichtung durchführbares Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Sprühbeschichtung auf einem metallischen Substrat.

Insbesondere betrifft die Erfindung das Gas-Flammsprühen, bei dem Metallpulver auf dem Substrat abgelagert vird.

Bei bekannten Techniken zum Anbringen von Metallbeschichtungen auf metallischen Substraten durch Gas-Flammsprühen werden Gasbrenner in Form manuell handhabbarer Sprühpistolen eingesetzt, wobei an Fachkönnen und Erfahrung der zur Handhabung eingesetzten Bedienungspersonen hohe Anforderungen gestellt werden müssen, wenn ein annehmbares Haften und eine entsprechende Güte der äußeren Uberzugsschicht erreicht werden soll. Bei der manuellen Handhabung werden Sprühpistolen verschiedener Art verwendet, jede für einen eigenen,besonderen Anwendungszweck. In der Praxis ergibt sich immer ein gewisses Maß an Unsicherheit, ob die erzielte Beschichtung auf dem als Substrat dienenden Werkstück bei dessen Benutzung sich als ausreichend zuverlässig erweist oder nicht. Versuchsbeschichtungen müssen daher mit hohen Kosten in verhältnismäßig großem Umfang durchgeführt werden, je nachdem, wie hoch die Güteanforderungen und die Anforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit sind.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels deren Substrate mit erhöhter Zuverlässigkeit und dementsprechend verbesserter Wirtschaftlichkeit auf maschinelle Weise beschichtet werden können. Außerdem ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen das Sprühbeschichten unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann.

Die die Vorrichtung und das Verfahren betreffenden Aufgaben sind erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 24 angegebenen Merkmale gelöst. Dadurch, daß erfindungsgemäß die manuelle Handhabung von Sprühpistolen in Wegfall kommt, werden Beschichtungen mit vorhersehbaren Eigenschaften,und zwar Beschichtungen verbesserter Güte, erzielt. Der Zeit- und Kostenaufwand für als Vorversuch durchzuführende Testbeschichtungen ist wesentlich verringert. Aufgrund der maschinellen Ausführungen sind die Beschichtungsergebnisse von Substrat zu Substrat oder von Werkstück zu Werkstück reproduzierbar, d.h. bei aufeinanderfolgendem Beschichten von gleichartigen Werkstücken wird jeweils eine Metal!beschichtung von genau der gleichen Stärke und Güte erreicht.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von In der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen Im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch vereinfacht gezeichnete perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen vergrößert und abgebrochen gezeichneten Teillängsschnitt durch eine Einrichtung zum Steuern des Durchstroms von Metallpulver bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Blockdarstellung der elektrischen Schaltung der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Flg. 3A eine Blockdarstellung einer nach Wunsch

zusätzlich anwendbaren elektrischen Schaltung;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines abgewandelten

Gasbrenners, der für die Vorrichtung gemäß FIg. 1 ebenfalls verwendbar ist, und

Fig. 5 eine perspektivische und teils aufgebrochen gezeichnete Teilansicht eines weiter abgewandelten Gasbrenners.

Fig. 1 zeigt die Erfindung in Anwendung bei einer selbsttätig arbeitenden Vorrichtung für die Bearbeitung eines zylindrischen, metallischen Werkstücks 10, beispielsweise einer Welle, welches Werkstück an seinem Umfang mit einer

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zusammenhängenden Netallschicht gleichmäßig längs eines gegebenen Axialbereichs seiner Länge beschichtet werden soll. Das Gestell der Vorrichtung ist in Form einer Konsole oder eines Tisches 11 ausgebildet, auf dessen oberer Oberfläche 12 der Großteil der mechanischen Vorgänge durchgeführt wird. Eine Haube 13 hinter dem Arbeitsbereich bildet, wie sich versteht, Teil eines geeigneten Systems zur sicheren und sauberen Abfuhr ausgestoßener Stoffe, sowohl fester als auch gasförmiger Natur. Das Werkstück wird kontinuierlich gedreht und ist abnehmbar in einem Futter 14 eingespannt, das in geeigneter Weise in einem Ständer 15 gelagert ist, der an der Oberfläche 12 angebracht ist. Ein Motor 16 und ein Untersetzungsgetriebe 17 sind ebenfalls an der Oberfläche 12 angeordnet, um eine stetige Drehung des Werkstücks mit gewünschter Drehzahl hervorzurufen, die mittels einer Getriebesteuerung 18 gewählt wird, die Teil des Untersetzungsgetriebes 17 bildet.

Ein langgestreckter Gasbrenner 20 weist am einen Ende voneinander unabhängige BrennstoffZuführungen auf, nämlich eine Zuführung 21 für Acetylen und eine Zuführung 22 für Sauerstoff. Eine Düse 23 im vorderen Ende des Brenners richtet einen Brennerstrahl 24 heißer Materie gegen das Werkstück, so daß ein lokaler Bereich des Werkstücks 10 unmittelbar beaufschlagt wird. Der Brenner 20 ist in horizontaler Lage auf im gegenseitigen Abstand angeordneten Ständern 25 und 25' gelagert, die auf einem Querschlitten 26 angeordnet sind, der in einem Hauptschlitten 27 für eine Querbewegung geführt ist. Der Hauptschlitten 27 läuft, wie es gezeigt ist, auf einer langgestreckten Schlittenführung 28, die parallel zur Drehachse des Werkstücks auf der Oberfläche 12 angeordnet ist. Das Einstellen des radialen Abstandes der Düse des Brenners relativ zum Werkstück 10 wird durch einen manuell betätigbaren Stellknopf 29 bewirkt, um durch eine Ritzel-Zahn-

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stangen-Einrichtung den Querschlitten 26 relativ zum Hauptschlitten 27 zu verfahren. Der Hauptschlitten 27 weist einen Eigenantrieb durch einen Elektromotor und eine Motorsteuerung auf, die in einer Antriebs-und Steuereinheit 30 zusammengefaßt sind, die auf dem Hauptschlitten 27 gelagert ist. Ein Einsteller 31 dient dabei zur Wahl der Laufgeschwindigkeit. Es versteht sich, daß die Antriebs- und Steuereinheit 3O als Getriebeausgang ein nicht dargestelltes Ritzel aufweist, das in dauerndem Zahneingriff mit einer langgestreckten Zahnstange 32 steht, die an der Schlittenführung 28 angebracht ist oder ein Teil derselben bildet. Zum Antriebssystem für die längs der Schlittenführung 28 verlaufende Längsbewegung gehören außerdem Endschalter, von denen einer gezeigt und mit 33 bezeichnet ist, die an den in Längsrichtung außen gelegenen Enden des Hauptschlittens 27 angebracht sind. Jeder dieser Endschalter wirkt mit einem Endanschlag zusammen, der einstellbar an der Schlittenführung 28 festgeklemmt ist. Der in der Zeichnung näher gelegene oder am linken Ende angeordnete Endschalter 33 befindet sich, wie es gezeigt ist, in einem Abstand vom zugeordneten Endanschlag 34, ist jedoch so gelagert, daß er mit diesem zusammenwirken kann. Ein am entfernten, rechts gelegenen Ende angeordneter ähnlicher Endschalter 33' (siehe Fig. 3) ist so angeordnet, daß er mit einem ähnlichen, am rechten Ende gelegenen Endanschlag 35 zusammenwirkt, der, wie es gezeigt ist, mit einer einstellbaren Schraube 36 versehen 1st, so daß auf einfache Weise der Schaltpunkt des rechten Endschalters nach Wahl festgelegt werden kann, um den Weg der in Längsrichtung verlaufenden Bewegung an die Werkstücklänge anzupassen. Die Funktion der Endanschläge 34, 35 in Zusammenwirkung mit den zugehörigen Endschaltern besteht darin, die Antriebs- und Steuereinheit 30 so umzuschalten, daß eine Umkehr der Drehrichtung des Motors an jedem longitudinalen Ende des Zyklus der Längsbewegung erfolgt. Der Brenner 20 läuft daher über die durch die Einstellung der Endanschläge festgelegte Arbeitsweglänge dauernd vor und zurück, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die durch den Einsteller 31 festgelegt let. 8098U/0755

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Das Zünden des Brenners wird durch einen von einer Elektrode 37 zum Austrittsende der Düse 23 überspringenden Funken bewirkt. Eine übliche Ölbrenner-Zündschaltung, die die Elektrode 37 über ein Kabel 37' während einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne versorgt, reicht dazu aus, daß es mit großer Zuverlässigkeit zu einer sicheren Zündung des Brenners kommt. Die Elektrode 37 ist mit festgelegtem Abstand von der Düse 23 mittels eines Ansatzes gelagert, der ein Teil des Brenners bildet und sich von diesem seitlich erstreckt.

Der Brenner 20 weist außerdem einen nach aufwärts verlaufenden Rahmen 39 auf, der zur Halterung eines geneigt verlaufenden Rohrs 40 für den unter Schwerkrafteinfluß nach vorn erfolgenden Ausstoß eines Stroms von Metallpulver, das in unmittelbare Nachbarschaft oberhalb des Austrittsendes der Düse 23 gelangt, dient. In gezeigter Weise ist ein Fußteil 41 auf dem Rahmen 39 angeordnet und nimmt zwei in gegenseitigem Abstand angeordnete Flaschen 42, 43 auf, die je ein zuzuführendes Metallpulver unterschiedlicher Art enthalten, beispielsweise in der Flasche 42 ein "bindendes Metallpulver" und in der Flasche 43 ein "Metallpulver zur Bildung einer obersten Lage". Durchgangskanäle innerhalb des Fußteils 41 weisen gesonderte Ventile auf, die mittels Stelleinrichtungen 44, 45 steuerbar sind um zu bestimmen, ob man Metallpulver und welches Metallpulver man im Rohr 40 strömen läßt, um es zur externen Vermischung mit dem Brennerstrahl gelangen zu lassen.

Die Beschreibung der Fig. 1 wird durch kurze Angabe der Instrumentierung und Steuerorgane am Steuerpult 49 vervollständigt, das an einer bequem zugänglichen Fläche des Tisches 11 angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es günstig, ein volles Arbeitsspiel des Betriebs der Vorrichtung zu beschreiben, wobei davon ausgegangen ist, daß das Werkstück

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eingespannt worden 1st und die Vorrichtung vollständig betriebsbereit ist und sämtliche Zuführeinrichtungen angeschlossen sind. Um die Steuereinrichtung (die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 naher beschrieben wird) mit elektrischer Energie zu versorgen, wird eine erste Drucktaste 50 betätigt. Die Betätigung wird durch eine Lampe 51 angezeigt, die beispielsweise rot leuchtet. Wenn alles bereit ist, wird eine Drucktaste 52 betätigt, um den automatischen Betrieb einzuleiten, speziell den Betrieb der die Längsbewegung automatisch steuernden Antriebs- und Steuereinheit 30 und der Schaltung zum Betätigen der Elektrode 37 für die Zündung. Die Bedienungsperson setzt den Brenner durch Offnen von Ventilen 21* und 22* in den Zuführungen 21 bzw. 22 in Gang. Eine zweite Lampe 53, beispielsweise eine grüne Lampe, leuchtet auf, um anzuzeigen, daß die automatischen Funktionen ablaufen. Ein erster Zeitgeber beginnt mit der Taktgebung für die volle Periode der Brennertätigkeit. Die Zeitgebung und ihre Einstellung werden nachfolgend in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert. Das Steuerpult 49 weist drei Anzeigeinstrumente 54, 55 und 56 für die Anzeige der eingestellten Zeiten von drei verschiedenen Arbeitsspielen auf.

Das erste zeitgesteuert (Anzeigeinstrument 54) ablaufende Arbeitsspiel setzt den Brenner 20 lediglich für den Zweck des Vorheizens des Werkstücks in Tätigkeit, wobei keinerlei Metallpulver zugeführt wird. Eine Anzeigelampe 54' zeigt durch Aufleuchten an, daß der Prozeß sich in dieser Anfangsphase befindet, die zwei, drei oder mehr Minuten fortwährendes Hin- und Herlaufen des Brennerstrahls über den zu behandelnden Werkstückbereich umfassen kann, wobei die Zeitdauer von der gegebenen Größe, der Legierung oder einer anderen Eigenschaft des Werkstücks abhängt. Am Ende dieses ersten zeitgesteuerten Arbeitsspiels beginnt ein zweites zeitgesteuertes Arbeitsspiel ,wenn eine erste Stelleinrichtung 44 betätigt wird, um

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das zugehörige Ventil für die Pulverzufuhr zu öffnen, so daß ein Strom von Metallpulver aus der Flasche 42 (beispielsweise ein bindendes Metallpulver) durch das Rohr 40 fließt, um sich mit dem Brennerstrahl zu vermischen. Bei diesem Vermischen werden die Pulverteilchen zu Tröpfchen erweicht und mitgerissen, so daß sie mit der dem Strahl ausgesetzten rotierenden Oberfläche des. Werkstoffs in Berührung kommen und daran haften. Aufgrund der wiederholten, in Längsrichtung hin- und hergehenden Bewegungen während der Periode des zweiten zeitgesteuerten Arbeitsspiels wird auf dem Werkstückumfang eine sich axial erstreckende ununterbrochene Schicht des ersten Metalls von gleichförmiger Schichtstärke gebildet. Die vorgewählte Zeit dieses zweiten zeitgesteuerten Arbeitsspiels wird durch das Anzeigeinstrument 55 angezeigt, und das Aufleuchten einer Anzeigelampe 55' gibt an, daß dieses zweite Arbeitsspiel gerade abläuft. Die den Ablauf des ersten Arbeitsspiels signalisierende Anzeigelampe wurde nach Ablauf des ersten zeitgesteuerten Arbeitsspiels abgeschaltet.

Ein drittes zeitgesteuertes Arbeitsspiel läuft in der beim zweiten Arbeitsspiel erläuterten Weise ab, nachdem dieses dritte Arbeitsspiel selbsttätig in Gang gesetzt wurde, nachdem das zeitgesteuerte zweite Arbeitsspiel abgelaufen war. Die vorgewählte Zeitdauer des dritten zeitgesteuerten Arbeitsspiels wird durch ein Anzeigeinstrument 56 angezeigt, und eine zugeordnete Anzeigelampe 56* leuchtet auf (während die Anzeigelampen 54' und 55' erloschen sind), um anzugeben, daß das dritte Arbeitsspiel gerade läuft. Beim übergang vom zweiten Arbeitsspiel zum dritten Arbeitsspiel werden die Stelleinrichtung 45 eingeschaltet und die Stelleinrichtung abgeschaltet, so daß aus der Flasche 43 ein Strom eines Metallpulvers (beispielsweise ein Metallpulver für eine oberste Uberzugeschicht) anstelle des Pulvers der Flasche 42, ohne daß es zu einer Unterbrechung des Pulverstroms gekommen ist

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und ohne daß die Tätigkeit des Brenners oder dessen hin- und hergehende Bewegung oder die Rotation des Werkstücks unterbrochen worden wären,zum Rohr 40 fließt. Der Zeitgeber für das dritte Arbeitsspiel ergibt eine Arbeitszeit, die ausreicht, um die gewünschte Anlagerung des Uberzugsmetalls auf dem Werkstück sicherzustellen. Danach wird die Stelleinrichtung 45 abgeschaltet, und sämtliche elektrischen Antriebe und Steuereinrichtungen werden ausgeschaltet, auch die Gaszufuhr zu den Zuführungen 21 und 22, wie es in Verbindung mit Fig. erläutert werden wird, um den Brenner 20 auszuschalten. Das fertiggestellte Werkstück kann nunmehr entnommen und durch ein ähnliches, unbehandeltes Werkstück ersetzt werden, um an diesem die genau gleichen Arbeitsgänge durchzuführen und diesem eine entsprechende Beschichtung zu geben. Die Überzüge können ganz zuverlässig von einem Werkstück zum nächsten reproduziert werden, wenn man nur auf genügende Zufuhr bei den Flaschen 42, 43 achtet.

Eine Signallampe 57 am Steuerpult 49 dient dazu, um anzuzeigen, daß keinerlei Arbeitsspiele im Gange sind und dient als Bestätigung dafür, daß eine Folge von Arbeitsspielen vollständig abgeschlossen worden ist. Ein großer pilzförmiger Druckknopf 58 ermöglicht es der Bedienungsperson, im Gefahrenfalle die ganze Elektrizitätszufuhr zur Vorrichtung abzuschalten und außerdem die Vorrichtung automatisch stillzusetzen und die Gaszuführungen zu unterbrechen. Ein Manometer 59 mit zugeordnetem Regelventil 60 ermöglicht die überwachung und Einstellung des richtigen Luftdrucks für die pneumatische Betätigung der Stelleinrichtungen 44 und 45 für die zugehörigen Ventile.

Fig. 2 zeigt in schematisierter Darstellung die Funktion und den inneren Aufbau der Einrichtung zum Steuern der Pulverzufuhr und des Pulverstroms, wobei die Einzelheiten nur für die Flasche 43, d.h. für das die oberste Schicht bildende

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Pulver_r gezeigt sind. Die Flasche 43 für das Pulver ist in eine umgewendete Kappe 61 eingeschraubt, die eine zentrale Öffnung besitzt, die mit einer Durchgangsöffnung 62 in einem Einsatz 63 in Verbindung steht und damit auch mit einem schlauchförmigen Ventileinsatz 64 aus elastomerem Material in Verbindung steht. Der Einsatz 63 und der Ventileinsatz 64 sitzen in aufeinanderfolgenden, aufeinander ausgerichteten Senkbohrungen im Fußteil 41, und ein Pulverstrom aus der Flasche 43 fließt durch Schwerkraft durch die Einsätze 63, 64 zu einem inneren, nach abwärts geneigt verlaufenden Durchgang 65, der über eine Kammer 66 mit dem Rohr 40 in Verbindung steht. Das Fußteil 41 nimmt, wie sich versteht, in ähnlicher Weise auch die Flasche 42 für das andere Pulver auf und besitzt einen zweiten nach abwärts geneigt verlaufenden Durchgang 65', der ebenfalls über die Kammer 66 mit dem Rohr 40 in Verbindung ist. Ob das Pulver in einem der Durchgänge 65, 65' strömt, hängt davon ab, ob das jeweils zugeordnete Ventil (beispielsweise der Ventileinsatz 64) betätigt wurde, d.h. geöffnet oder geschlossen wurde. Wie es gezeigt ist, weist die Stelleinrichtung 45 für den Ventileinsatz 64 einen Stößel 67 auf, der normalerweise durch eine Feder 68 in die Stellung gedrängt wird, in der er den Ventileinsatz 64 quetscht und daher mittels des elastomeren Ventileinsatzes den Durchgang verschließt. Das überführen Jn die gezeigte, geöffnete Stellung des Ventils erfolgt durch gesteuerte Zufuhr von Druckluft an einem Einlaß 69 zum hinteren Ende eines Kolbens 7O, mit dem der Stößel 67 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die Tätigkeit der anderen Stelleinrichtung44 zu beschreiben, die ebenfalls durch Zufuhr von Druckluft in den der Offenstellung des zugeordneten Ventils entsprechenden Zustand gebracht wird.

Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten, die für das Verständnis des koordinierten automatischen Betriebs der Vorrichtung

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wesentlich sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind sämtliche elektrischen Rückleitungen als geerdete Masseverbindung gezeigt. Der Druckknopf 58 als Netz-Hauptschalter weist normalerweise geschlossene Kontaktstücke auf, so daß durch die Verbindung mit einem durch einen Doppelpfeil angedeuteten elektrischen Netz die Lampe 51 sofort brennt, um anzuzeigen, daß die Vorrichtung an Netzspannung liegt. Außerdem leuchtet die Signallampe 57, um anzuzeigen, daß keinerlei Arbeitsspiel derzeit abläuft. Die Drucktaste 52 wird gedrückt, um deren normalerweise geöffnete Kontaktstücke zu schließen und dadurch vorübergehend eine Verriegelungswicklung 71 zu erregen, die normalerweise offene Kontaktstücke 72 aufweist, die dadurch geschlossen werden, um die Zufuhr von Spannung zum automatischen Taktgebersystem zu verriegeln (beispielsweise magnetisch zu halten). Normalerweise geschlossene Kontaktstücke 72' für die Stromzufuhr zur Signallampe 57 werden ebenfalls durch die Wicklung 71 betätigt. Aufgrund dieser Schaltungsverbindungen leuchtet (nach Schließen der Kontaktstücke 72 und Offnen der Kontaktstücke 72') die Lampe 53, die anzeigt, daß ein Arbeitsspiel abläuft, und die Signallampe 57, die angezeigt hatte, daß kein Arbeitsspiel läuft, erlischt. Außerdem werden gleichzeitig folgende Parallelschaltungen hergestellt:

1. Anlauf des Motors 16 für das Drehen des Werkstücks.

2. Einschalten einer umkehrbaren Gleichstromversorgung zur Steuerung eines Gleichstrommotors,und zwar handelt es sich hierbei um die bereits erwähnte Antriebsund Steuereinheit 30 für den Eigenantrieb zur Längsbewegung des Schlittens 27, wobei die Antriebs- und Steuereinheit 30 selbst umkehrende Leitungen LS-I und LS-2 zu den Endschaltern 33 bzw. 33' aufweist.

3. Magnetische Betätigung eines Ventils 73 zum Überführen in die Offenstellung für die Zufuhr von Azetylengas

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zur Zuführung 21 des Brenners.

4. Magnetische Betätigung eines Ventils 74 zum überführen in die Offenstellung für die Zufuhr von Sauerstoff zur Zuführung 22 des Brenners.

5. Start eines Zeitgebers 7 5 für das Arbeitsspiel I, um dessen Zeitdauer aufgrund einer durch einen Einsteller 7 5 eingegebenen Vorwahl zu bemessen. Es sei bemerkt, daß der Zeitgeber 75 normalerweise geschlossene Kontaktstücke 76 aufweist, über die der Zeitgeber 75 betrieben wird,sowie normalerweise offene Kontaktstücke 77, die nach Beendigung der Zeitspanne des Arbeitsspiels I (der Vorheizperiode des Werkstücks) schließen.

6. Aufleuchten der Anzeigelampe 54', um visuell anzuzeigen, daß das Arbeitsspiel I im Gange ist.

7. Start eines zweiten Zeitgebers 78 über dessen normalerweise geschlossene Kontaktstücke 78', um eine Zündperiode durch Betätigen der Elektrode 37 an der Düse 23 auszulösen und

8. Erregen eines Zündtransformators 79, dessen Sekundärseite über das Kabel 37· mit der Elektrode 37 verbunden ist, wobei eine kurze Zündperiode in der Größenordnung von 10 Sekunden, die vom Zeitgeber 78 als Zündzeit vorgesehen ist, mehr als ausreichend ist. Der Zeitgeber 78 wird durch die Kontaktstücke 78* nach Ablauf der Zündperiode abgeschaltet.

Wenn das vorbestimmte Arbeitsspiel I, d.h. die Vorheizperiode, abgelaufen ist, öffnen die normalerweise geschlossenen Kontakt-

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stücke 76, um die Anzeigelampe 54', die das Arbeltsspiel I anzeigt, abzuschalten und das Rückstellen der Zündschaltung zu ermöglichen. Gleichzeitig schließen die normalerweise offenen Kontaktstücke 77, um die Erregung eines Zeitgebers 80 für das Arbeitsspiel II einzuleiten und aufrechtzuerhalten (und zwar einen später zu beschreibenden, auf starre Durchgangsleitung geschalteten Wählschalter 116). Die Größe des Zeitintervalls für das Arbeitsspiel II wird durch einen Einsteller 80' vorgewählt. Ein Stromkreis wird dadurch über normalerweise geschlossene Kontaktstücke 81 des Zeitgebers 80 zu folgenden Parallelschatungen des Arbeitsspiels II gebildet:

1. Für das Betätigen der Anzeigelampe 55', die anzeigt, daß das Arbeitsspiel II im Gang ist, und

2. zum Betätigen eines Magnetventils 82, das Preßluft von einer geeigneten, nicht dargestellten Quelle zu einer Leitung 44* zuführt, um die Stelleinrichtung 44 für das öffnen des PulverStroms aus der Flasche 42 zum Rohr 40 zu betätigen.

Wenn das vorbestimmte Arbeitsspiel II, d.h. das Zeitintervall für die bindende Grundbeschichtung, abgelaufen ist, öffnen die normalerweise geschlossenen Kontaktstücke 81, um die Anzeigelampe 55* für das Arbeitsspiel II abzuschalten und den Pulverstrom aus der Flasche 42 zu unterbinden. Gleichzeitig schließen normalerweise offene Kontaktstücke 83, um einen Zeitgeber 84 für das Arbeitsspiel III an Spannung zu legen und an Spannung zu halten, und zwar für eine durch einen Einsteller 84* vorgewählte Zeitdauer. Ein Stromkreis wird daher über normalerweise geschlossene Kontaktstücke 85 des Zeitgebers 84 zu Parallelschaltungen des Arbeitsspiels III gebildet, und zwar:

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1. Zum Einschalten der Anzeigelampe 56', die den Lauf des Arbeitsspiels III anzeigt, und

2. zum Betätigen eines Magnetventils 86 für die Zufuhr von Preßluft von der Druckluftquelle zu einer Leitung 45* zum Betätigen der Stelleinrichtung 45, so daß der Pulverstrom aus der zweiten Flasche 43 zum Rohr 40 freigegeben wird.

Wenn das vorbestimmte Arbeitsspiel III, d.h. die Zeitdauer für die Überzugsbeschichtung, abgelaufen ist, öffnen die normalerweise geschlossenen Kontaktstücke 85, um die Anzeigelampe 56* für das Arbeitsspiel III abzuschalten und den Pulverstrom aus der zweiten Flasche 43 zu unterbinden. Gleichzeitig schließen normalerweise offene Kontaktstücke 87, um einen Stromkreis mit einer Entriegelungswicklung 88, die den Kontaktstücken 72 zugeordnet ist, zu bilden, so daß letztere in ihren normalerweise geöffneten Schaltzustand zurückgestellt werden und sämtliche Funktionen der Vorrichtung abgeschaltet werden, auch die Drehbewegung des Werkstücks, die Längsbewegung des Brenners, der Pulverstrom und die Gaszufuhr zum Brenner. Zu diesem Zeitpunkt ist das Werkstück fertigbehandelt und kann aus dem Futter 14 entnommen werden. Ein neues Werkstück kann zur Durchführung einer genauen Wiederholung der vorstehend beschriebenen Arbeitsabläufe eingespannt werden.

Bevor mit der weiteren Besprechung fortgefahren wird, sei bemerkt, daß die Vorrichtung für die Durchführung einer oder mehrerer Versuchslaufe an einem einzelnen Werkstück geeignet ist, wobei z.B. das Werkstück fortwährend gedreht wird, jedoch verschiedene Kombinationen aus bindender Grundschicht (erstes Pulver) und Uberzugsschicht (zweites Pulver) auf das gleiche Werkstück in verschiedenen, axial auseinanderliegenden

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Oberflächenbereichen aufgebracht werden. Zu diesem Zweck verzichtet man auf die hin- und herlaufende Längsbewegung des Brenners 20, sondern läßt vielmehr durch die Antriebs- und Steuereinheit 30 den Brenner aufgrund einer "Stoßsteuerung" 31', welche druckknopfbetätigt ist, den Brenner axial von einem ersten Bereich für eine Testbeschichtung in einen anderen Bereich für eine zweite Testbeschichtung axial wandern. In jedem Falle werden die beschriebenen automatischen Arbeitsspiele des Anfahrens, Vorheizens, Beschichten mit der bindenden Grundschicht, Beschichten mit der Uberzugsschicht und Abschalten der Vorrichtung ohne hin- und hergehende Längsbewegung durchgeführt, jedoch mit beliebig geänderter Einstellung oder geänderten Einstellungen der Einsteller 75', 80* und 84', wie man es für erforderlich ansieht. Ohne eine hin- und hergehende Längsbewegung unterscheiden sich natürlich sämtliche an den Einstellern 75', 80* und 84' eingestellten Zeiten von denjenigen Werten, wie sie bei hin- und hergehendem Betrieb anwendbar sind, was jedoch die Pulverzufuhr anbelangt, sind die Proportionen des gesamten Pulverstroms, der durch die Stelleinrichtungen 44, 45 eine Zeitsteuerung erfährt, die gleichen, ungeachtet, ob es sich um eine hin- und hergehende oder nicht hin- und hergehende Längsbewegung handelt, so daß Beschichtungskombinationen von im wesentlichen äquivalenter Art gebildet werden und der einzige wesentliche Unterschied in der axialen Ausdehnung der Beschichtung besteht.

Das Arbeitsspiel I wurde bis hierher als zeitgesteuerter Zyklus beschrieben. Beim Produktionsbetrieb ist dies im allgemeinen ausreichend, da von einem Werkstück zum nächsten die erforderliche Vorheizung im wesentlichen gleichbleibend ist. Wenn jedoch aufeinanderfolgende Werkstücke mit verschiedenen Temperaturen in der Vorrichtung eingespannt werden und insbesondere, wenn mehrere Probebeschichtungen auf axial versetzt angeordnete Umfangsbereiche des gleichen Werkstücks aufgebracht werden sollen, kann die erforderliche Vorheizzeit von Beschichtungsvorgang zu Beschichtungsvorgang unterschiedlich sein. Um dem Rechnung zu tragen, zeigt Fig. 3 zusätzlich einen Wärmefühler 90

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mit einer gerätefesten Halterung 91. Der Wärmefühler 90 fühlt kontinuierlich die Rückseite der Werkstückoberfläche ab, vorzugsweise an einer Stelle, die axial seitlich außerhalb des Wegs der axialen Längsbewegung oder der axialen Stellung des Brenners gelegen ist. Der Wärmefühler 90 ist elektrisch mit einem geeigneten Signalprozessor 92 gekoppelt, der ein Ausgangssignal für eine Schwellenwertschaltung 93 bildet, deren Einstellung durch einen Wähler 93' festlegbar ist. Wenn das so gewonnene Temperatursignal den vorbestimmten Schwellenwert erreicht, wirkt die Schwellenwertschaltung 93 auf eine Relaiswicklung 94 mit zugeordneten, normalerweise offenen Kontaktstücken 94·, die mit den normalerweise offenen Kontaktstücken 77 des Zeitgebers 7 5 für das Arbeitsspiel I parallel geschaltet sind. Wenn daher durch den Wärmefühler 90, den Signalprozessor 92, die Schwellenwertschaltung 93 und die Wicklung 94 das Erreichen der gewünschten Vorheizung des Werkstücks festgestellt worden ist, bevor die Zeltperiode für das Arbeitsspiel I abgelaufen ist, werden die normalerweise offenen Kontaktstücke 94' wirksam_rum den Brenner 20 in die erste Sprühphase für die bindende Grundbeschichtung überzuführen, wobei die Zeitgebung bei diesem Arbeitsspiel nunmehr durch den Zeitgeber 80 erfolgt, wie dies bereits beschrieben wurde.

Bei der vorstehenden Besprechung wurde davon ausgegangen, daß die vorausgegangene Bearbeitung der Werkstückoberfläche in geeigneter Weise stattgefunden hat, so daß die Oberfläche für die Aufnahme der Metall-Sprühbeschichtung geeignet ist. Eine zufriedenstellende Vorbehandlung kann das Drehen der Oberfläche in einer Drehbank sein, wobei in einem einzigen, schnellen Vorschub ein flacher, rauher Schnitt durchgeführt wird, um eine flache, verhältnismäßig rauh texturierte, schraubenförmige Nut in der Oberfläche zu erzeugen. Allgemein gesprochen, ergibt eine V-förmige Nut mit · 1 mm Steigung pro Umdrehung, einem V-Winkel von etwa 90° und ungefähr 0,2 bis 0,3 mm Tiefe, einen zufriedenstellenden Untergrund zum Metall-

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Sprühbeschichten mit der beschriebenen Vorrichtung. Alternativ wird ausreichendes Binden der Beschichtung auch erreicht, wenn ein abrasives Sandstrahlen an der zu beschichtenden Oberfläche ausgeführt wird. Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich für automatisches Durchführen derartiger abrasiver Vorbehandlungen der Werkstückoberfläche, und Fig. 3A zeigt schematisiert eine wahlweise anwendbare Einrichtung und Schaltung für diesen Zweck.

Ein Magnetventil 95 wird betätigt, um Druckluft zu einer Düse 96 zuzuführen, die um eine am Querschlitten 27 festgelegte Schwenkachse beweglich ist. Die Luftzuführleitung, die das Magnetventil 95 mit der Düse 96 verbindet, weist ein Ansaugstück 97 auf, um Schleifsand von einem Sandbehälter 98 anzusaugen und mit dem Luftstrahl mitzureißen. Die Normalstellung der Düse 96 ist mit ausgezogenen Linien gezeigt, wo sich die Düse weit außerhalb des Bereichs des Werkstücks 10 befindet. Wenn die Düse in ihre Betriebsstellung nach unten geschwenkt wird (mit gestrichelten Linien in Fig. 3A eingezeichnet) , dann wird der Sandstrahl aus geringem Abstand auf die Werkstückoberfläche gerichtet. Ein Elektromagnet 99 ist zum überführen der Düse 96 in ihre abgesenkte Arbeitsstellung vorgesehen, und eine Feder 99* dient zum Zurückführen der Düse 96 (aus dem Bereich des Sprühstrahls des Brenners 20 heraus) nachdem der Arbeitsgang des Sandstrahlers durchgeführt worden ist. Vorzugsweise erfolgt das Sandstrahlen während der Drehbewegung des Werkstücks und der oben beschriebenen automatischen hin- und hergehenden Längsbewegung, d.h. der hin- und hergehenden Vorschubbewegung, des Hauptschlittens 27.

Die Sandstrahlschaltung von Fig. 3A ist dazu vorgesehen, um mit ihren Anschlüssen A und B in Reihe in die Leitung am Ausgang der normalerweise offenen Kontaktstücke 72 von Fig. 3 geschaltet zu werden. Zu diesem Zweck wird diese Leitung aufgetrennt, um in Fig. 3 gezeigte Anschlußstellen A* und B* zu schaffen, mit denen die Anschlüsse A bzw. B verbunden werden.

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Außerdem wird eine zusätzliche Steuerleitung 100 von der Sandstrahlschaltung von Fig. 3A zum Schaltungspunkt C in einer Steuerleitung 100* in Fig. 3 geführt.

Die Schaltung von Fig. 3A weist, wie es gezeigt ist, an ihrem Eingang einen Wählschalter 101 auf, mittels dessen die Anschlußstellen A', B¹ von Fig. 3 unmittelbar verbunden werden können, so daß die aufeinanderfolgenden Vorgänge des Vorheizens und Metallsprühens ablaufen können (ohne Sandstrahlen), wie dies oben beschrieben worden ist. Wird jedoch der Wählschalter 101 in seine Schaltstellung 101' für Sandstrahlen umgeschaltet (die in Fig. 3A gestrichelt angedeutet ist), dann findet das Sandstrahlen statt, bevor die übrigen beschriebenen Funktionen durchgeführt werden. Wird daher durch Betätigen der Drucktaste 52 ein Startbefehl gegeben und befindet sich der Wählschalter 101 in seiner Schaltstellung 101' für Sandstrahlen, dann betätigt das Schließen der Kontaktstücke 72 einen Zeitgeber 102 für das Sandstrahlen über dessen normalerweise geschlossene Kontaktstücke 103_f wobei die Zeitdauer des Arbeitsspiels des Sandstrahlens durch einen Einsteller 1O2¹ vorbestimmt ist. Gleichzeitig wird daher für die Dauer des Zeitintervalls des Zeitgebers 102 ein Stromkreis eingeschaltet, der mit folgenden Schaltungsteilen für das Sandstrahl-Arbeitsspiel zusammenwirkt:

1. Zum Einschalten einer den Vorgang des Sandstrahlens anzeigenden Lampe 104;

2. zum Erregen der Steuerleitung 100 und des mit ihr verbundenen Schaltungspunkts C für die Drehbewegung des Werkstücks und die Betätigung der Antriebsund Steuereinheit 30 von Fig. 3;

3. zur Betätigung des Elektromagneten 99 für das überführen der Düse 96 in ihre Arbeitsstellung (96*)_;

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4. zum Betätigen des Magnetventils 95 für die Zufuhr eines Luftstrahls mit angesaugtem Schleifsand zur Düse 96, wobei ein Verzögerungsglied 105 in die Erregerleitung des Magnetventils 95 in Reihe geschaltet ist, so daß der Schleifsand erst zugeführt wird, wenn die Drehbewegung des Werkstücks und die Vorschubbewegung begonnen haben und wenn die Düse 96 in ihre Arbeitsstellung gebracht worden ist.

Wenn das vorbestimmte Zeitintervall für das Sandstrahlen abgelaufen ist, öffnen die normalerweise geschlossenen Kontaktstücke 103, um sämtliche beschriebenen Sandstrahlfunktionen abzuschalten. Gleichzeitig schließen normalerweise offene Kontaktstücke 106 des Zeitgebers 102, um die Kontaktverbindung zwischen den Anschlüssen A und B zu schließen, um dadurch die Schaltung von Fig. 3 wieder in den oben bereits beschriebenen Betriebszustand für das Arbeitsspiel I (Vorheizen) zu bringen. Die Funktion läuft nunmehr in beschriebener Weise weiter, um in automatischer Arbeitsfolge die Metal!beschichtung des Werkstücks 10, wie es ebenfalls beschrieben wurde, fertig durchzuführen, ohne daß eine Unterbrechung der Drehbewegung des Werkstücks oder der fortwährend hin- und hergehenden Vorschubbewegung des Schlittens 27 stattgefunden hat.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei dem ein Brenner 110 anderen Aufbaus verwendet wird, bei dem das Zumischen eines Stroms von Metallpulver zu dem Brennerstrahl im Innern und vor der Zündung durchgeführt wird. Brennerteile an sich, insbesondere Teile bezüglich des Vermischens von Pulver und Gas,sind in an sich bekannter Weise ausgebildet, vgl. US-PS 3 226 028, so daß eine ins Einzelne gehende diesbezügliche Beschreibung nicht erforderlich ist. Der Brenner 110 ist langgestreckt und auf den Ständern 25 und 25' in der bereits beschriebenen Weise gelagert. Die Zuführungen 21 und 22 dienen der Azetylen- bzw. Sauerstoffzufuhr. Ein Strom von Metallpulver aus einer kopf-

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stehend angeordneten Flasche 111 wird über einen Ventilkörper 112 zum Brenner zugeführt, wenn eine Stelleinrichtung 113 betätigt wird, um eine Ventilöffnung zu bewirken. Die Stelleinrichtung 113 kann über einen Einlaß 113' druckluftbetätigt sein, wie es oben anhand von Fig. 2 für die Stelleinrichtung 45 beschrieben wurde. Das Ventil im Ventilkörper 112 kann auch in gleicher Weise ausgebildet sein, wie es anhand von Fig. 2 (vgl. Teile 64 bis 67) beschrieben wurde. An dem vorderen Ende weist der Brenner 110 eine Düse 114 und eine Zündelektrode 115 auf, die in gleicher Weise gehaltert und betätigt wird, wie es oben bereits beschrieben wurde. Der Betrieb mit dem Brenner gemäß Fig. 4 kann selbsttätig unter Benutzung der Steuerschaltung von Fig. 3 durchgeführt werden, abgesehen davon, daß für die einzige Flasche 111 für Metallpulver nur ein einziger Zeitgeber zur Taktgabe des Sprühvorgangs vorgesehen ist. Es ist daher ersichtlich, daß für derartigen Betrieb die Funktion des Zeitgebers 80 für das Arbeitsspiel II überbrückt werden kann, indem man den Wählschalter 116 in Fig. 3 aus seiner Schaltstellung für die Zeitgabe beim Arbeitsspiel II (mit ausgezogenen Linien eingezeichnet) in die das ArbeitsspielIi überbrückende Schaltstellung (gestrichelte Linie) umstellt. In der letztgenannten Schaltstellung des Wählschalters 116 kann der Zeitgeber 80 für das Arbeitsspiel II durch Schließen keines der normalerweise offenen Kontaktstücke 94', 77 in Tätigkeit gesetzt werden, sondern der Zeitgeber 84 für das Arbeitsspiel III wird unmittelbar über eine Leitung 117 erregt, worauf der automatische Betriebsablauf bis zum Ende weitergeführt wird, wie es bereits beschrieben wurde.

Fig. 5 ist eine perspektivische Teilansicht, die eine Konstruktion mit mehreren Brennern zeigt, die auf einem langgestreckten Fußteil 120 angebracht sind, das einen Teil des Querschlittens 26 bildet. Die einzelnen Brenner 121, 122,

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123 sind Im wesentlichen Duplikate des Brenners 20 von Fig. 1 und sind mittels einer zentralen Zugstange und als Abstandhalter dienenden Rohrstücken 124, durch die gleiche Abstände D zwischen den Achsen 121', 122* und 123* der DUsenstrahlen festgelegt werden, zusammengespannt. Jeder Brenner ist, wie es bereits beschrieben worden ist, mit zwei Zuführungen für Pulver versehen. Die in Fig. 1 angegebenen Bezugszahlen sind in der Hauptsache in Fig. 5 nur bei einem Brenner, nämlich dem Brenner 121, eingezeichnet. Druckluft zum Betätigen der Stelleinrichtung 44 für das erste Pulver (Α-Pulver) werden bei sämtlichen Brennern durch eine erste Hauptleitung 125 versorgt, die innerhalb der Rohrstücke 124 verläuft, wobei die einzelnen Leitungen 44' über Anschlüsse 126 mit der Hauptleitung 125 verbunden sind. Ähnliche, jedoch gesonderte Druckluft-ZufUhrleitungen für die Steuerung der Zufuhr des zweiten Pulvers (B-Pulver) durch die Stelleinrichtungen 45 sämtlicher Brenner erfolgt über eine zweite, innerhalb der Rohrstücke 124 neben der Hauptleitung 125 verlaufende, zweite Hauptleitung 127, wobei die einzelnen Leitungen 45* über Anschlüsse 128 mit der Hauptleitung 127 verbunden sind. Die Gaszufuhr zu allen Brennern erfolgt ebenfalls parallel durch die Zuführungen 21, 22, wobei unabhängige Absperrventile, wie sie mit a und b zu beiden Seiten der Zuführung 21 für Azetylen am Ventil 21' und mit c und d zu beiden Seiten der Zuführung 22 für Sauerstoff am Ventil 22* bezeichnet sind, vorgesehen sind. Diese unabhängigen Absperrventile ermöglichen es, wie sich versteht, auf bequeme und sichere Weise die Mehrbrennervorrichtung an andere Mehrbrennervorrichtungen mit einem Mindestmaß an Ausfallzeit anzupassen.

Es versteht sich, daß die Mehrbrenner-AusfUhrungsform von Fig. 5 für größere und längere Werkstücke anwendbar ist als das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Das Werkstück 10 von Fig. 1 ist so klein, daß es seine Vorheiztemperatür an-

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nimmt und die gewünschte Temperatur über die gesamten Arbeitsspiele des Aufbringens der Grundbeschichtung und der Uberzugsbeschichtung beibehält. Ein Werkstück von 152 mm Länge und 50,8 mm Durchmesser stellt beispielsweise ein Werkstück dar, das ohne weiteres in der Einbrenner-Vorrichtung von Fig. 1 bearbeitet werden kann. Ein Werkstück von 152 mm Durchmesser, das eine Metallbeschichtung erhalten soll und das eine das Mehrfache des Durchmessers betragende axiale Länge besitzt, beispielsweise eine Länge von etwa einem Meter, ist jedoch besser mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zu bearbeiten. In dem letztgenannten Fall und bei Verwendung von drei Brennern, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, betragen die Abstände D zwischen den Brennern 121, 122 und 123 etwa 0,3 m, und die Endanschläge 34, 35 (Fig. 1) sind ebenfalls für eine hin- und hergehende Vorschubbewegung, die sich über die Länge des Abstands D erstreckt, eingestellt. Von den Brennern 121, 122 und 123 sorgt also jeder für das Aufheizen, Grundbeschichten und Fertigbeschichten des benachbarten Bereichs von 0,3 ro Länge als Teil des gesamten zu beschichtenden, annähernd 1 m betragenden Bereichs. In der Praxis wurden äußerst wirksame Metallbeschichtungen mit dieser Segmentmethode erzeugt, wobei die Kontinuität der Grundbeschichtung und der Uberzugsbeschichtung voll erreicht wird, auch an den Stellen, in deren Nähe beide einander benachbarten Brenner beim überstreichen des Werkstücksbereichs kommen. In anderen Worten gesagt, ist die Grundschicht für alle Anwendungszwecke sowohl axial als auch in Umfangsrichtung zusammenhängend, wie es für die Uberzugsbeschichtung ebenfalls der Fall ist, und zwar auch in Bezug auf die kombinierte axiale Beschichtungsleistung sämtlicher Brenner.

Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck "bindendes Metallpulver" auf ein Sprühpulver zum Erzeugen einer haftenden Grundschicht auf einem metallischen Substrat, mittels welcher Grundschicht eine darübergelegte Schicht

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aus einem anderen Metall zum Anhaften an' dem Substrat gebracht wird.

Ein bevorzugtes bindendes Metallpulver ist ein Material, bei dem jedes Teilchen ein Agglomerat aus Nickel und Aluminium, zusammengehalten durch ein bindendes Harz, darstellt und 3 bis 15 Gewichtsprozent Aluminium und als Restbestandteil im wesentlichen Nickel enthält. Die Menge des Harzbindemittels kann etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent der gesamten Mischung betragen. Die Agglomerate werden unter Verwendung eines unbeständigen Bindemittels gebildet, beispielsweise eines zersetzbaren organischen Bindemittels, etwa eines Phenolharzes oder eines ähnlichen Harzes. Solche Harze verbinden die Bestandteile miteinander durch Verkleben.

Die Durchschnittsgröße der Agglomerate beträgt ungefähr -100 Mesh bis + 325 Mesh, bezogen auf die US-Norm, vorzugsweise etwa -140 Mesh bis +325 Mesh. Beim Sprühen des bindenden Beschichtungspulvers auf das vorbereitete metallische Substrat oxydiert das Aluminium des Agglomerate in der Flamme, um exothermische Oxydationswärme zu erzeugen, die die Flammtemperatur erhöht und als Mittel dient, um eine haftende Bindungsschicht auf dem metallischen Substrat zu erzeugen, auf welcher Schicht die äußere Beschichtung fest haftet. Die bindende Schicht kann eine Stärke von 0,05 mm bis 0,25 mm aufweisen.

Der Ausdruck "darübergelegte Metallschicht" oder "oberste Metallschicht" bezieht sich auf die oberste Schicht, die auf die zuvor aufgebrachte bindende Schicht aufgelegt ist und im allgemeinen selbstfließende Legierungen auf Nickelbasis, Kobaltbasis, Eisenbasis und Kupferbasis umfaßt. Die selbstfließenden Eigenschaften ergeben sich aufgrund des ▼Vorhandenseins von Silizium und Bor in dem "darüberliegenden Metallpulver".

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Was die selbstfließenden Legierungen auf Nickelbasis, Kobaltbasis und Eisenbasis anlangt, enthalten diese im allgemeinen ungefähr 0,05 bis 6 Gewichtsprozent Silizium, etwa 0,5 bis 5 % Bor und bis zu 3 % Kohlenstoff, wobei der Rest im wesentlichen Nickel oder Kobalt oder Eisen zusammen mit Legierungselementen, wie Chrom, Wolfram und Molybdän ist.

Eine typische Legierung auf Nickelbasis kann ungefähr 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Silizium, etwa 1 bis 5 % Bor, 0 bis etwa 3 % Kohlenstoff, ungefähr 5 bis 25 % Chrom, 0 bis 15 % Molybdän, 0 bis 15 % Wolfram und als Rest im wesentlichen Nickel enthalten, wobei der gesamte Gehalt an Cr + Mo + W bis etwa 30 % beträgt.

Eine typische Legierung auf Kobaltbasis kann etwa 0,5 bis 3,5 Gewichtsprozent Si,etwa 1 bis 3 % B, 0 bis etwa 3 % C, etwa 5 bis 30 % Cr, 0 bis etwa 15 % Mo, 0 bis etwa 15 % W und als Rest im wesentlichen Cobalt enthalten, wobei der gesamte Gehalt an Cr + Mo + W bis etwa 30 % beträgt.

Die Legierung auf Eisenbasis kann etwa 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Si, etwa 1 bis 3 % B, 0 bis etwa 3 % C, etwa 5 bis 25 % Cr, 0 bis etwa 15 % Mo, 0 bis etwa 15 % W und als Rest im wesentlichen Eisen enthalten, wobei der gesamte Gehalt an Cr + Mo + W bis etwa 30 % beträgt.

Die Legierungen für die oberste Schicht oder die Uberzugsschicht sind so ausgebildet, daß der Bereich der Schmelzpunkte bis etwa 1371° C reicht, wobei ein bevorzugter Schmelzpunktbereich von etwa 983° C bis 1233° C geht. Der Schmelzpunkt wird durch den Siliziumgehalt und den Borgehalt der Legierung gesteuert. Die Beschichtung wird durch Flammsprühen der pulverisierten Legierung erzeugt (bei-

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spielsweise "atomisiertes" Pulver). Die Partikelgröße des Legierungspulvers kann von weniger als 125 Mesh, bezogen auf den US-Standard (ungefähr 125 Mikron) bis ungefähr 400 Mesh (ungefähr 40 Mikron) betragen.

Die Stärke der obersten Schicht oder der Oberzugsschicht kann etwa 0,12 mm bis etwa 0,5 ram betragen.

Bei Flammsprühvorgängen, bei denen der Strom des Metallpulvers im Innern zu dem Brenner-Gasstrom zugemischt wird, wie es bei dem Beispiel von Fig. 4 der Fall ist, ist es nicht wünschenswert, exotherm!sches Material als bindende Schicht anzuwenden. Man muß sich dabei daher darauf verlassen, daß die darüberliegende Schicht oder die oberste Schicht ein ausreichend gutes Anhaften der Beschichtung am Substrat zeigt. Die oben angegebenen Materialien für die oberste Schicht sind im allgemeinen zufriedenstellend, wenn sie im Innern zugemischt werden. Das äußere Zumischen, wie es in Fig. 1 und 5 gezeigt ist, ist jedoch gewiß vorzuziehen, da in diesem Falle exothermisch wirkende Bestandteile sichere Anwendung finden können. Es können auch Brenner, wenn dies gewünscht wird,mit Vorteil benutzt werden, bei denen ein quasi externes (quasi internes) Zuführen eines exothermischen, bindenden Metallpulvers und ein Inneres Zuführen eines die oberste Schicht bildenden Metallpuders stattfindet.

Die Erfindung ermöglicht es, eine vordem individuell auszuführende Technik auf vorausbestimmbare Heise mit hoher Leistung auszuführen, wobei wesentlich geringere Anforderungen an das Fachkönnen der Bedienungsperson gestellt werden müssen, wobei die Materialverschwendung wesentlich verringert und die Produktivität wesentlich verbessert sind.

In allen Fällen,bei Verwendung einzelner Brenner oder mehrerer Brenner, werden die Nuten oder andere Unregelmäßigkeiten,

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die durch die beschriebene Vorbehandlung der Werkstückoberfläche erzeugt sind, vollständig gefüllt und gleichmäßig durch das aufgesprühte Metallpulver oder die Metallpulver bedeckt, wobei nicht nur ein wirksameres Binden erreicht wird, sondern das erreichte Ergebnis auch reproduzierbar ist.

Um die Wirksamkeit der Erfindung noch deutlicher darzulegen, sind nachstehend zwei spezielle Beispiele für automatisches Beschichten unter Verwendung der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und 5 angegeben.

Beispiel I (Ausführungsbeispiel von Fig. 1)

Werkstück:

Vorschublänge; Vorschubfrequenz t Abstand von Düse zu Werkstück; Werkstückdrehzahl: Gesamtarbeitsdauer:

50,8 mm 0, 203,2 mm Länge 1020-Stahl, eingespannt für Beschichtung von 76,2 mm Länge, die bis zum Ende reicht.

76,2 mm

10 Hin- und Hergänge pro Minute.

203,2 mm

100 U/Min.

Etwa 7 Minuten.

Vorheizdauer, Arbeitsspiel I: 3 Minuten (von Raumtemperatur

Dauer des Arbeitsspiels II (Bindungsschicht):

Dauer des Arbeitsspiels III (Überzugsschicht):

bindendes Pulver bei 42:

Überzugsschicht bildendes Pulver bei 43:

auf 93° C).

1 Minute

3 Minuten

^HXuperbond^BH Verbrauch etwa 28 g, Stärke der Bindungsschicht 0,025 mm

*Lubrotec 19985"*; Verbrauch etwa 227 g, Stärke der Überzugsschicht etwa 0,2 mm

Warenzeichen der Firma Eutectic Corp., New York, für exothermlsches, bindendes und bearbeitbares, als überzugsschicht dienendes Pulver.

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Bemerkungen; Ein Längsschnitt des beschichteten Werkstücks (in der Ebene der Drehachse) zeigt eine gleichförmige Stärke der bindenden Beschichtung und der Uberzugsbeschichtung von Beschichtungsanfang bis Beschichtungsende über die gesamte angegebene, gewünschte Länge der Beschichtung, wobei Abweichungen der Beschichtungsstärke vom angegebenen Wert innerhalb des Bereichs von IO % liegen. Schnitte des Werkstücks in der Radialebene im zentralen Bereich und an den äußeren Enden des Beschichtungsbereichs zeigen über den ganzen Umfang gleichförmige bindende Beschichtung und Uberzugsbeschichtung mit Stärkenabweichungen, die innerhalb 10 % des angegebenen Wertes liegen.

Beispiel II (Ausführungsbeispiel gemäß Flg. 5)

Werkstück:

Vorschublänge: Vorschubfrequenz: Anzahl der Brenner;

Abstand von Düse zu Werkstück; Werkstückdrehzahl:

Gesamtarbeitsdauer;

Vorheizdauer, Arbeitsspiel I:

Dauer des Arbeitsspiels II: (Bindungsschicht)

Dauer des Arbeitsspiels III: (Oberzugsschicht)

Bindendes Pulver bei für alle Brenner:

152 mm 0 , 2,43 m Länge, 1020-Stahl, eingespannt für Beschichtung des zentralen Bereichs auf 609 mm Länge.

203 mm.

10 Hin- und Hergänge pro Minute.

Drei, im gegenseitigen Abstand von 203 mm.

203 mm. 100 U/Min. 28 Minuten.

15 Minuten. 3 Minunten.

10 Minuten

"Xuperbond"; etwa 113 g, Stärke der bindenden Schicht etwa 0,05 mm.

Oberzugsschicht bildendes

Pulver bei 43, für alle Brenner: "Lubrotec 19985"; etwa 2,7 kg,

Stärke der Überzugsschicht etwa 0,76 nun.

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Bemerkungen; Die Beschichtungen sind gleichförmig, auch in der Nähe der Stellen, an denen der Vorschubbereich benachbarter Brenner aneinanderstößt.

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Leerseite

Claims

Vorrichtung zum Aufbringen einer metallischen _{PA D}r. Brandes: Site München Sprühbeschichtung auf einem Substrat und mittels Postscheckkto Stuttgart 7211-700

der Vorrichtung durchführbares Verfahren zum Deutsche Bank ag, 14/286

»t-i- L^ t- BLZ 600 700 70

Spruhbeschlchten _Büro2elt

9-11.30 Uhr, 13.30-16 Uhr außer samstags

Patentansprüche 27. September 1977

487333 cte

Vorrichtung zum Aufbringen einer metallischen Sprühbeschichtung auf einem Substrat, gekennzeichnet durch einen für eine Vorschubbewegung bewegbar gelagerten Schlitten (27), dem eine Antriebs- und Steuereinheit (30) zum Erzeugen einer wiederholt hin- und hergehenden Bewegung des Schlittens (27) zugeordnet ist, einen auf dem Schlitten (27) angebrachten Gasbrenner (20, 110, 121, 122, 123) mit einer Düse (23, 114) für den Austritt des Brennerstrahls (24) , ein Gasventil (73, 74) zum öffnen und Absperren der Zufuhr von Brennergas zur Düse, eine Pulver-Zuführeinrichtung (42, 43) zum Zuführen von Sprühpulver, eine ein Pulverventil (64) aufweisende Stelleinrichtung zum Freigeben und Absperren des Stroms von mit dem Brennerstrahl zu mischendem Metallpulver und eine Steuerschaltung, die auf die Antriebs- und Steuereinheit (30) und die genannten Ventile (73, 74, 64) einwirkt, um ein erstes Arbeitsspiel, bei dem der Brenner bei geschlossenem Pulverventil (64) hin und her bewegt wird, und ein anschließendes zweites Arbeitsspiel festzulegen, bei dem der Brenner mit geöffnetem Pulverventil (64) hin und her bewegt wird, und um das Gasventil (73, 74) zumindest über die Gesamtlänge des Zeitintervalls beider Arbeitsspiele in den geöffneten Zustand zu schalten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Steuereinheit (30) einen Eigenantrieb des Schlittens (27) mit einem umsteuerbaren Antriebsmotor

8 η Ο Q 1 7 /nnc Telefonische Auskünfte und

UiO IWU /3D Aufträge sind nur nach schriftliche

Bestätigung verbindlich

bildet, um den Schlitten (27) zwischen vorbestimmten Vorschub-Endstellungen hin und her zu bewegen, daß die Strahlachse (121') des Brennerstrahls im wesentlichen quer zur Bahn der Vorschubbewegung des Schlittens (27) gerichtet ist, daß die Vorschubbewegung des Schlittens (27) in im wesentlichen horizontaler Richtung erfolgt und daß die Pulver-Zuführeinrichtung (42, 43, 111) oberhalb der Düse (23, 114) angeordnet ist und für durch Schwerkraft erfolgendes Zuführen von Pulver zu einer außerhalb der Düse (23) gelegenen Stelle des Brennerstrahls ein Rohr (40) aufweist, das mit dem Ausgang (65, 65', 66) des Pulverventils (64) in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Aufnahme eines im wesentlichen zylindrischen Werkstücks (10) aus Metall einen Rahmen (11, 12, 15) mit einem um eine gerätefeste Achse drehbaren Futter (14) und eine Antriebseinrichtung (16, 17, 18) zum Drehen des Werkstücks aufweist und daß eine den Schlitten (27) auf seiner Vorschubbewegung in einer parallel zur Drehachse des Werkstücks verlaufenden Richtung führende Schlittenführung (28) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver-Zuführeinrichtung zwei in zueinander ähnlicher Weise angeordnete Vorratsbehälter (42, 43) für zum Brennerstrahl (24) zuzumischendes Pulver aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall für die hin- und hergehende Vorschubbewegung des Brenners(20, 110, 121, 122, 123), während dem das Pulverventil (64) des einen Vorratsbehälters (42 oder 43) geöffnet und das Pulverventil (64) des anderen Vorratsbehälters (42 oder 43) geschlossen ist, sowie ein sich anschließendes zweites vorbe-

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stinuntes Zeitintervall für die Vorschubbewegung des Brenners festlegt, während dem das vordem geschlossene Pulverventil offen und das vordem offene Pulverventil geschlossen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine elektrische Zündeinrichtung für den Gasbrenner mit einer im Bereich der Düse (23, 114) angeordneten Funkenelektrode (37, 115) und mit einer in Abhängigkeit vom öffnen des Gasventils (73, 74) betätigbaren Zündschaltung (78, 79) zum Erregen der Elektrode (37, 115).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil des Zeitintervalls des ersten Arbeitsspiels als Zeitintervall für die Tätigkeit der Zündschaltung (78, 79) festlegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und einem der übrigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zum Drehen des Werkstücks (10) eine Einrichtung (17, 18) zum wahlweisen Steuern der Drehzahl des Werkstücks

(10) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3 und einem der übrigen Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schlittenführung (28) einstellbare Einrichtungen (34, 35, 36) zum wahlweisen Begrenzen der Weglänge der Vorschubbewegung des Schlittens (27) vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Steuereinrichtung (30) Einstelleinrichtungen (31) zum wahlweisen Festlegen der Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens (27) aufweist.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Schlitten (27) ein zur Lagerung des Brenners (20, 110, 121, 122, 123) dienender Querschlitten (26) sowie eine Einrichtung (29) zur quer zur Vorschubbewegung des Schlittens (27) erfolgenden Lageverstellung des Querschlittens (26) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung Zeitgeber (75, 78, 80, 84), die durch Einsteller (75', 80', 84') programmierbar sind, zum Festlegen der Zeitintervalle der Arbeitsspiele aufweist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle für die Öffnungsperiode und die Schließperiode des Pulverventils der beiden Vorratsbehälter (42, 43) unabhängig voneinander einstellbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3 und einem der übrigen Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen am Rahmen gelagerten Wärmefühler (90) zum örtlich erfolgenden Ermitteln der augenblicklichen Temperatur des im Futter (14) eingespannten Werkstücks (10) aufweist und daß die Steuerschaltung eine Schwellenwertschaltung (93) enthält, die in Abhängigkeit vom Übersteigen eines vorbestimmten Temperaturwerts ein Steuersignal zum Umschalten des Pulverventils (64) vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand erzeugt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen Gasbrenner (110) mit einer Einrichtung (112, 113, 113') zum inneren Zumischen von Metallpulver zu dem im Brenner (110) zu dessen Düse (114) führenden Gaskanal.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 4 und einem der übrigen Anspriiche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverventile beider Vorratsbehälter (4 2, 43) über Durchgänge (65, 65') mit einem gemeinsamen Rohr (40) zum Zuführen des Pulvers zu einer außerhalb der Düse (23) gelegenen Stelle des Brennerstrahls in Verbindung sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulverventil durch einen elastomeren schlauchförmigen Ventileinsatz (64) gebildet ist, der durch einen federbeaufschlagten Stößel (67) normalerweise zusammengequetscht ist, so daß das Pulverventil geschlossen ist, und daß eine Stelleinrichtung (44, 45) zum gegen die Federkraft (68) erfolgenden Bewegen des Stößels (67) für das öffnen des Pulverventils vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine

druckluftbetätigte Stelleinrichtung für das Pulverventil (64).
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine elektromagnetisch betätigte Stelleinrichtung für das Pulverventil (64).
20. Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der übrigen Patentansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl ähnlicher Gasbrenner (20, HO, 121, 122, 123) am Schlitten (27) in gegenseitigen Abständen (D) angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver-Zuführeinrichtung für jeden der Brenner je zwei Vorratsbehälter (42, 43) für Metallpulver besitzt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine ein Verzögerungs-

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glied aufweisende Verriegelung zwischen dem Steuersignal für das öffnen des Gasventils (73, 74) und dem Signal für das öffnen des Pulverventils (64) besitzt, so daß das Pulverventil (64) nur geöffnet ist, solange des Gasventil (73, 74) geöffnet ist, und daß das Pulverventil (64) in Abhängigkeit vom Schließen des Gasventils (73, 74) geschlossen wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine am Schlitten (27) seitlich neben dem Brenner angeordnete Sandstrahleinrichtung (96) zum Beaufschlagen des das Substrat bildenden Werkstücks im Wirkungsbereich des Brenners und eine elektrische Steuerung für die Sandstrahleinrichtung (96), die mit der Steuerschaltung zusammenwirkt und ein Verzögerungsglied (105) aufweist, mittels dessen die Sandstrahleinrichtung (96) für eine vorbestimmte Zeitdauer bei geschlossenem Gasventil (73,

74) betreibbar ist, bevor das Gasventil (73, 74) geöffnet wird.
24. Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Sprühbeschichtung auf einem metallischen Substrat unter Anwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, bei welchem Verfahren der Gasbrenner gezündet und in kontinuierlicher Folge mit gegen das Substrat gerichtetem Brennerstrahl über einen vorbestimmten Vorschubweg hin und her bewegt wird, bis eine gewünschte, vorbestimmte Vorheizung des Substrats erreicht ist, und bei dem anschließend ein Strom eines Metallpulvers zum Brennerstrahl zugemischt wird, während die hin-und hergehende Vorschubbewegung des Brenners fortgesetzt wird, wobei der Zustrom des Metallpulvers für eine vorbestimmte Zeitperiode unter Aufrechterhalten des Brennerstrahls beibehalten wird.

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25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß während der hin- und hergehenden Vorschubbewegung des Brenners bei aufrechterhaltenem Brennerstrahl nacheinander Ströme unterschiedlicher Metallpulver zum Brennerstrahl zugeführt werden.

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