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Verfahren und Anlage zum Detonationsauftragen von
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Überzügen auf Werkstücke Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zum
Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke und kann im Maschinenbau, im Werkzeugmaschinenbau
und im Gerätebau zum Auftragen von Ein- und Mehrkomponenten-Überzügen auf die Oberflächen
von metallischen und keramischen Maschinenelementen und Mechanismen, Werkzeuge eingesetzt
werden, die während des Betriebs zerstörenden Einwirkungen, wie Verschleiß und Korrosion,
ausgesetzt sind, sowie zur Schleifbearbeitung von Werkstück-Oberflächen zur Reinigung
vor dem Auftragen von Oberzügen.
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Aus der US-PS 3 884 415 ist eine Anlage zum Detonationsauftragen
von Überzügen auf Werkstücke bekannt, die ein Strahlrohr zum Ausbilden eines das
Überzugsmaterial
enthaltenden Stromes aufweist, welches mit einer Zündkerze, einem Gasmischer mit
Ventilen und mit einem Pulverdosierer in Verbindung steht.
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Ein Steuerungsblock ist mit den Ventilen des Mischers, dem Dosierer
und der Zündkerze elektrisch gekoppelt.
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Mit dieser Anlage können jedoch keine Mehrkomponenten-Überzüge ohne
vorherige Herstellung von Pulvergemischen oder Massen aus aufzubringenden Materialien
aufgetragen werden.
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Zum Stand der Technik gehört ferner eine Anlage zum Detonationsauftragen
von Überzügen auf Werkstücke (DE-Pat.Anm. P 34 14 372.6), die einen Steuerungsblock
enthält, dessen Ausgänge jeweils mit einer Zündkerze zum Initiieren von Explosionen,
mit Ventilen für die Zufuhr von Arbeitsgasen zu einem Mischer und mit zwei Pulverdosierern
elektrisch gekoppelt sind. Die Zündkerze, der Mischer und die Pulverdosierer stehen
mit einem doppelwandigen Strahlrohr in Verbindung, das zwei konzentrisch ineinander
angeordnete und miteinander verbundene Rohre enthält.
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Beim Betrieb dieser Anlage werden vom Steuerungsblock elektrische
Impulse erzeugt, die in einer vorgegebenen Reihenfolge auf die Ventile für die Zuführung
von Arbeitsgasen (Brenngas, Oxidationsgas und Neutralgas) des Mischers, auf die
Pulverdosierer und die Zündkerze einwirken. Es werden zuerst die Ventile für die
Zufuhr des Brenn- und des Oxidationsgases zum Mischer geöffnet, aus dem das gebildete
explosive Gasgemisch in das doppelwandige Strahlrohr strömt. Dann werden die Pulverdosierer
aktiviert, über die in das äußere
Strahlrohr Schleifpulver und in
das innere Strahlrohr das Oberzugs-Pulver eingeführt wird. Nach Abschalten der Pulverdosierer
werden die Ventile für die Zufuhr des Brenn- und des Oxidationsgases geschlossen
und das Ventil für die Zufuhr eines Neutralgases wird geöffnet. Mit dem durch dieses
Ventil strömenden Neutralgas werden der Mischer und die diesen mit dem Strahlrohr
verbindende Leitung durchgeblasen. Danach wird vom Steuerungsblock aus ein elektrischer
Impuls zur Zündquelle geleitet, deren elektrische Zünd-Entladung in dem äußeren
und dem inneren Strahlrohr eine Detonation der explosiven Gasgemische initiiert.
Durch die Detonationsprodukte werden das Schleifpulver aus dem äußeren Strahlrohr
und das Oberzugs-Pulver aus dem inneren Strahlrohr ausgeblasen. Dabei bildet sich
auf dem Werkstück eine Überzugsschicht, während die Werkstückoberfläche um den Überzug
herum durch das Schleifpulver gereinigt wird. Daraufhin wird das Ventil für die
Zufuhr des Neutralgases geschlossen, und der geschilderte Arbeitszyklus der Anlage
wiederholt sich.
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Nach einer Verschiebung des Werkstücks wird eine nächstfolgende Überzugsschicht
auf die zuvor gereinigte Oberfläche aufgetragen, während die Oberfläche um die nächstfolgende
Überzugs schicht herum erneut mit dem Schleifpulver gereinigt wird.
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Mit dieser Anlage ist das Auftragen von Mehrkomponenten-Überzügen
entweder durch aufeinanderfolgendes Auftragen von Schichten aus verschiedenen Materialien
oder unter Verwendung von Pulvergemischen oder Massen aus verschiedenen Materialien
möglich. Gleichartige Mehrkomponenten-Überzüge in anderen Verfahrensweisen
können
jedoch nicht hergestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Detonationsauftragen
von Überzügen auf Werkstücke zu schaffen, das Plattieren eines aufzustäubenden Überzugsmaterials
des Werkstücks mit einem anderen Material durchzuführen und auf diese Weise der
Struktur und Zusammensetzung nach gleichartige Mehrkomponenten-Überzüge ohne Verwendung
von Pulvergemischen oder Massen aus aufzustäubenden Materialien aufzutragen.
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Dies wird dadurch erreicht, daß in der Anlage zum Detonationsauftragen
von Überzügen auf Werkstücke, die einen Steuerungsblock enthält, dessen Ausgänge
jeweils mit einer Zündquelle, mit Ventilen für die Zufuhr von Arbeitsgasen zu einem
Mischer und mit zwei Pulverdosierern elektrisch gekoppelt sind, dieebenso wie die
Zündquelle und der Mischer mit einem Mittel zum Ausbilden eines das Überzugsmaterial
des Werkstücks enthaltenden Stromes in Verbindung stehen, erfindungsgemäß ein Zeitverzögerungselement
vorgesehen ist, das mit einem der Pulverdosierer und mit demjenigen Ausgang des
Steuerungsblocks verbunden ist, mit welchem der verbliebene Pulverdosierer in Verbindung
steht.
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Eine solche erfindungsgemäße Ausführung der Anlage bietet die Möglichkeit,
die Ortslage der Pulverteilchen des einen (beispielsweise des plattierenden) Überzugsmaterials
des Werkstücks in bezug auf die Pulverteilchen des zweiten (beispielsweise des zu
plattierenden) Überzugsmaterials des Werkstücks im Strahlrohr
unmittelbar
vor der Initiierung einer Explosion zu regeln und vorzugeben. Dies gestattet, optimale
Bedingungen für das Plattieren des einen aufzutragenden Materials mit dem anderen
während ihrer gemeinsamen Bewegung im Strom von Detonationsprodukten des explosiven
Gasgemisches zu schaffen. Somit erlaubt es die zu patentierende Anlage, Aufwendungen
für die vorläufige Herstellung von Pulvergemischen oder Massen aus verschiedenen
Materialien beim Auftragen von Mehrkomponenten-Überzügen auszuschließen.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine
erste Ausführung einer Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke;
Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführung einer Anlage zum Detonationsauftragen
von Überzügen auf Werkstücke.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen
auf Werkstücke enthält einen Steuerungsblock 1, dessen Ausgänge 2 bis 5 jeweils
mit einer Zündquelle 6, mit zwei Ventilen 7, 8 für die Zufuhr eines Oxidationsgases
(02) und eines Brenngases (c2H2), einem Ventil 9 für die Zufuhr eines Neutralgases
(N2) in einen Mischer 10 und mit zwei Pulverdosierern 11, 12 elektrisch gekoppelt
sind. Die Ventile 7, 8 und 9 sind in gesonderten zum Mischer 10
führenden
Gasleitungen angeordnet, wobei das Brenngas-Ventil 8 und das Oxidationsmittel-Ventil
7 gemeinsam über den Steuerausgang 3 angesteuert werden. Die Zündquelle 6 zur Initiierung
von Detonationen ist in der Wand eines Strahlrohrs 13 angeordnet. Der Mischer 10
und die beiden Pulverdosierer 11, 12 sind über gesonderte Leitungen mit dem einseitig
offenen Strahlrohr 13 verbunden, in dem ein hochenergetischer Strom aus Detonationsprodukten
und den Überzugsmaterialien erzeugt wird. Beim Auftreffen dieses Stromes auf eine
Werkstückfläche 15 bildet sich ein Überzug 14.
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Ferner enthält die Anlage ein Zeitverzögerungselement 16, das in
der Steuerleitung des Pulverdosierers 12 angeordnet und mit dem Ausgang 5 des Steuerungsblocks
1 verbunden ist, der auch den zweiten Pulverdosierer 11 ansteuert. Somit ist das
Element 16 in den Steuerkreis des zweiten Pulverdosierers 12 eingefügt.
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In einer zweiten Ausführung nach Fig. 2 ist einer der Pulverdosierer
11 in einer Thermokammer 17 untergebracht.
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In beiden Ausführungen ist das Zeitverzögerungselement 16 in Form
von zwei hintereinander geschalteten monostabilen Multivibratoren ausgebildet, wobei
jedoch auch andere Ausbildungen möglich sind. Als Zündquelle 6 dient eine Zündkerze,
die in der Strahlrohrwand gegenüber der Mündung der Mischerleitung angeordnet ist.
Das zylindrische Strahlrohr 13 ist an einem Ende durch eine Stirnwand geschlossen,
durch welche die beiden Leitungen der Pulverdosierer 11, 12 parallel nebeneinander
hindurchgeführt
sind. Das Werkstück 15 ist ein Element der Gleitringdichtung einer Pumpe. Als Werkstück
können auch Gleitlager, Schneidelemente von Fräsern zur Bearbeitung von nichtmetallischen
Werkstoffen, Blockmatrizen zur Synthese von Diamanten verwendet werden.
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Die Anlage zum Detonationsauftragen von Überzügen auf Werkstücke
arbeitet wie folgt: Vom Steuerungsblock 1 werden elektrische Impulse erzeugt, die
von seinen Ausgängen 2, 3, 4, 5 zur Zündkerze 6, zu den Ventilen 7, 8, 9 des Mischers
10 und zu den Pulverdosierern 11, 12 gelangen. Dadurch werden zuerst die Ventile
7, 8 geöffnet, so daß Oxidationsgas und Brenngas in den Mischer 10 einströmt und
vermischt werden. Das gebildete Gasgemisch strömt in das Strahlrohr 13 ein.
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Danach wird der Pulverdosierer 11 aktiviert und dann ausgeschaltet.
Das in ihm befindliche Pulver eines zu plattierenden Materials wird in das Strahlrohr
13 eingeführt und darin unter der Wirkung des ankommenden explosiven Gasgemisches
in Richtung seiner Mündungsfläche bewegt. Daraufhin wird mit einer gewissen Verzögerung
der Pulverdosierer 12 für kurze Zeit aktiviert und dann ausgeschaltet. Die Größe
der Verzögerung wird ausgehend von den Eigenschaften und Abmessungen der Pulverteilchen
der aufzutragenden Materialien durch Einstellung des Zeitverzögerungselements 16
im voraus vorgegeben, das im elektrischen Stromkreis zwischen dem Ausgang 5 des
Steuerungsblocks 1 und dem Pulverdosierer 12 angeordnet ist. Das im Pulverdosierer
12
befindliche Pulver eines plattierenden Materials wird in das Strahlrohr 13 eingeführt,
wobei dieses Pulver sich im Strahlrohr 13 weiter von der Mündungsfläche weg befindet
als das aus dem Pulverdosierer 11 zuvor zugeführte Pulver. Vor Beendigung des Arbeitszyklus
werden die Ventile 7, 8 geschlossen, während das Ventil 9 öffnet, und mit dem durch
dieses strömenden Neutralgas werden der Innenraum des Mischers 10 und die ihn mit
dem Strahlrohr 13 verbindende Leitung durchgeblasen.
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Danach wird vom Ausgang 2 des Steuerungsblocks 1 aus ein elektrischer
Impuls zur Zündkerze 6 geleitet.
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Durch eine in dieser entstehende elektrische Entladung wird das explosive
Gasgemisch entzündet. Eine hierbei sich bildende Detonationswelle pflanzt sich im
Strahlrohr in Richtung seiner Mündungsfläche fort. Nach der im Strahlrohr erfolgten
Detonation beginnen die Detonationsprodukte des explosiven Gasgemisches aus dem
Strahlrohr auszuströmen, indem sie die Pulverteilchen der aufzutragenden Materialien
des Überzuges 14 des Werkstücks mitreißen.
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Hierbei werden die Pulverteilchen des zu plattierenden Materials,
die (gemäß den Betriebsverhältnissen der Anlage) größer und schwerer als die Pulverteilchen
des plattierenden Materials sein sollen, infolge ihrer größeren Trägheit verhältnismäßig
langsam erwärmt und durch den Strom von Detonationsprodukten des explosiven Gasgemisches
beschleunigt. Zu gleicher Zeit werden die feindispersen leichteren Pulverteilchen
des plattierenden Materials stärker beschleunigt und erwärmt, wobei
sie
in den flüssigen und teilweise in den gasförmigen Zustand übergehen. Diese Teilchen
holen ein und überholen dank ihrer geringen Trägheit die relativ kalten und sich
langsamer bewegenden Pulverteilchen des zu plattierenden Materials, wirken mit ihnen
zusammen (benetzen und umhüllen sie) und bewegen sich im weiteren zusammen im Strom
der Detonationsprodukte. In der geschilderten Weise wird ein das Material des Überzugs
14 des Werkstücks 15 enthaltender Strom ausgebildet.
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Die eigentliche Bildung des Überzuges 14 auf der Oberfläche des Werkstücks
15 findet nach oder beim Auftreffen des ausgebildeten Stroms auf das Werkstück 15
statt. Danach wird das Ventil 9 des Mischers 10 geschlossen, und der beschriebene
Arbeitszyklus der Anlage wiederholt sich.
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Bei der nach Fig. 2 ausgeführten Anlage wird das im Pulverdosierer
11 enthaltene Pulver in der den Dosierer 11 umschließenden Thermokammer 17 vorgekühlt
(oder vorgewärmt). Dadurch kann die optimale Temperatur der Pulverteilchen des zu
plattierenden Materials während seiner Zusammenwirkung mit dem plattierenden Material
genau eingestellt und beispielsweise eine Graphitisierung von Diamanten beim Auftragen
eines aus ihnen bestehenden Überzuges zusammen mit einem metallischen Bindemittel
verhindert werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Anlage können auch Oberflächen der Werkstücke
15 unmittelbar vor dem Auftragen des Überzuges 14 in einem Arbeitszyklus gereinigt
werden.
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In diesem Fall wird in den Pulverdosierer 11 ein feindisperses Schleifpulver
(beispielsweise Siliziumkarbid)
eingebracht und eine verhältnismäßig
große Zeitverzögerung durch das Verzögerungselement 16 vorgegeben. Unter diesen
Bedingungen geschieht kein Plattieren des einen Materials mit einem anderen, und
die durch die Detonationsprodukte beschleunigten Schleifstoffteilchen führen eine
Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 15 vor dem Auftragen des Überzugs 14 aus.
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Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Mehrkomponenten-Überzüge
und gleichartige Überzüge aus Einkomponenten-Pulvermaterialien aufgetragen werden,
ohne daß vorher entsprechende Pulvergemische oder Massen hergestellt werden müßten.
Mit dieser Anlage können auch Werkstücke unmittelbar vor dem Auftragen von Überzügen
wirksam gereinigt werden, wodurch die Adhäsionsfestigkeit der Überzüge erhöht wird.
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