EP3329030A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer oberfläche - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum beschichten einer oberfläche

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EP3329030A1
EP3329030A1 EP16748091.2A EP16748091A EP3329030A1 EP 3329030 A1 EP3329030 A1 EP 3329030A1 EP 16748091 A EP16748091 A EP 16748091A EP 3329030 A1 EP3329030 A1 EP 3329030A1
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EP
European Patent Office
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coating
spray
jet
angle
spray angle
Prior art date
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EP16748091.2A
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English (en)
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Ronald GÖLZ
Wolfram Wagener
Jochen ZIERHUT
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • C23C4/134—Plasma spraying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/186—Other cylinders for use in engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3494—Means for controlling discharge parameters

Definitions

  • the present invention relates to a method for coating a surface containing a coating particle
  • Coating jet wherein the coating jet of a
  • Spraying device is directed at a spray angle to the surface, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention further relates to an apparatus for coating a surface by means of a coating jet containing a coating particle, wherein the
  • Coating jet is directed by a spraying device at a spray angle to the surface, according to the preamble of claim 10 and a coated with the inventive method
  • the generic method is used for coating a surface, wherein the coating particles containing
  • Coating jet is directed by a spray device at a predetermined spray angle to the surface to be coated.
  • a decisive quality criterion in such a coating process, in particular during thermal coating, is the angle of incidence of the coating jet on the surface to be coated and possibly also the speed of the coating particles of the coating Coating beam. Due to wear, assembly errors,
  • Produce substrate wherein detected by means of a digital camera at least one of the quality of the spray layer influencing feature of the thermal spraying process is controlled and / or monitored.
  • Device for thermal spraying wherein in a substantially horizontally extending plasma jet is injected from above a powder to be sprayed. It is monitored by means of a camera, whether the introduced from above into the plasma jet powder is melted in the center of the plasma jet or what is undesirable - not in the
  • Plasma jet penetrates or is blown through the plasma jet.
  • the image captured by the camera is used for optimal viewing
  • US 2006/0198944 A1 shows and describes a device for plasma spraying, in which powder particles are injected into the plasma jet from the side into a plasma jet directed horizontally onto a deposition surface.
  • powder particles which are melted in the plasma jet are sprayed onto the surface at an angle which deviates from the horizontal direction of the plasma jet.
  • Plasma spraying device wherein the powder particles to be deposited on a surface at an angle of 90 ° in a horizontal on the
  • Abscheoderober Structure directed plasma jet to be injected.
  • a camera is aimed at the capture surface and detects that on the screen
  • Object of the present invention is to provide a generic method for adjusting a coating jet, with which it is possible is to improve the coating quality and in particular to obtain a coating process uniform coated surface.
  • Patent claim 1 solved.
  • Coating jet containing coating particles wherein the coating jet is directed onto the surface from a spraying device at a spraying angle, the spraying angle during the
  • the invention provides that the coating jet is formed from at least two partial beams, each emerging from an outlet opening of an associated outlet channel of the spray device, wherein the respective axes of the outlet channels are at an angle to each other, that one of the outlet channels an injection channel for a coating particles containing first gas flow, wherein the outlet opening of this
  • Spray channel forms a directed onto the surface to be coated spray nozzle, that the other of the outlet channels is a control channel for a first gas stream deflecting the second gas stream, wherein the
  • Outlet opening of this control channel forms at least one control nozzle and that increases in a deviation of the determined spray angle from the predetermined target spray angle, the volume flow of a first partial beam of at least two partial beams and the volume flow of a second partial beam of the at least two partial beams is reduced.
  • This determination and adjustment of the spray angle according to the invention makes it possible, in a particularly advantageous manner, to realize either a continuous, constant maintenance of the spray angle during a coating operation, or to control the spray angle between two coating operations and for one or more subsequent spraying
  • the wear of the spray device or parts of the spray device can be detected in good time and optionally compensated before a wear-induced change in the spray angle leads to a faulty process result.
  • a plasma jet already containing the coating particles (first gas stream) by means of a side acting on this first gas stream second gas stream targeted deflected targeted deflected. This control of the first containing the coating particles
  • Gas flow through the second gas stream allows a targeted adjustment of the spray angle, without affecting the distribution of the
  • Coating particle is taken in the first gas stream.
  • the process of mixing the coating particles with the first gas stream is therefore separate in the present invention, in contrast to the prior art according to DE 198 20 195 A1 of the spray angle influencing separately
  • Image capture device is detected and when the spray angle is determined from the captured image of the coating jet.
  • the image acquisition of the coating beam from the side, so transversely,
  • the determination of the spray angle by means of the described image acquisition can be carried out particularly accurately when the coating jet emerges as a free jet from the spray device.
  • the adjustment of the spray angle can also be done in other ways, for example by pivoting provided with the outlet openings outlet nozzles for the partial beams or by pivoting of at least one spray nozzle for the coating jet or by the provision of mechanically variable beam deflecting means for at least one of the partial beams and / / or for the coating jet.
  • Partial beam and the reduction of the volume flow of the second partial beam always such that the sum of the volume flows of the partial beams is constant. In this way it is achieved that a change in the spray angle by changing the volume flows of the partial beams does not lead to a change in the quality of the coating due to a change in the total volume flow.
  • the increase of the volumetric flow of the first partial jet and the reduction of the volumetric flow of the second partial jet always occur in such a way that the energy content of the partial jet formed by the partial beams
  • Coating jet remains constant.
  • the energy content of a Coating particle contained gas jet is determined by the mass of the individual contained in a gas volume particles, the temperature of each particle, the speed of each particle and the (mostly negligible) energy content of the gas.
  • Method is the angle between the axes of the outlet channels a right angle, so that the partial beams impinge on each other at right angles.
  • the thermal coating process is
  • Spraying device with a particle flow generator is.
  • the method can also be designed as a kinetic coating method, wherein the particles generated in a particle flow generator at very high speed (for example, greater than 600 m / sec) on the zu
  • coating surface are applied.
  • the particle flow generator is flowed through by the first gas stream, which passes through as enriched with coating particles gas stream through the injection channel and exits the spray nozzle.
  • the first partial beam having the coating particles is a plasma jet generated by a plasma torch.
  • a plasma coating is used to control the
  • Energy content and the particle content in the coating jet remains constant while the spray angle is changed.
  • the invention also provides a device for adjusting a
  • Coating jet are given, in particular for
  • Patent claim 9 solved.
  • a device for coating a surface by means of a coating jet containing coating particles, wherein the coating jet can be directed onto the surface from a spraying device at a spray angle, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, means are provided with which the spraying angle during the spraying angle
  • Coating process or between two coating operations can be determined and means are provided by means of which the spray angle is adjustable.
  • the invention provides that the
  • Spraying device is provided with a spray channel for a coating gas containing first gas stream and at least one control channel for the first gas stream deflecting the second gas stream, wherein the outlet opening of the spray channel forms a directed to the surface to be coated spray nozzle and wherein the outlet opening of the at least one control channel forms a control nozzle and where from the
  • Outlet openings emerging gas streams each have a partial beam and together form the coating jet that the axes of Exit channels are at an angle to each other and that the means by which the spray angle is adjustable, are means by which the volume flow of each exiting through the outlet channel gas flow is variable.
  • this device is for
  • Image evaluation is provided which receives from the at least one image detection device supplied image signals and determines therefrom the spray angle of the coating beam and / or incident on the surface angle of incidence of the coating beam.
  • Volumetric flow are formed by means of a respective actuator adjustable throttle devices.
  • Such automatically adjustable throttling devices make it possible to vary the gas flows in the control channel or in the injection channel in such a way that the respective required for the desired setting of the spray angle
  • volume flow passes through the channels. It is particularly advantageous if an adjusting or regulating device is provided which acts on the means for changing the volume flow, in particular the actuators of the throttle devices, each with an actuating or control signal. This allows a
  • the control device receives in this embodiment of the device as a controlled variable supplied by the image evaluation device spray angle and / or the angle of incidence. With this data, the setting or
  • Control then make the required adjustment of the partial beams and so adjust the spray angle of the coating jet to the desired level or track accordingly.
  • the spraying device is equipped with a particle flow generator.
  • the particle flow generator for example, a
  • Plasma torch may have a wire spray or a cold gas burner, generated together with the gas stream a metallic and / or ceramic particle mist as a coating jet.
  • a metallic and / or ceramic particle mist in conjunction with the gas stream as
  • Coating jet are formed.
  • Particle generator with a particle output power regulating signal applied. This makes it possible to control the particle density in the
  • the present invention is also a with a
  • the invention is directed to a coated with the inventive method surface of a cylinder inner wall of a piston-cylinder assembly. It is particularly advantageous if the method for coating the provided on the cylinder inner wall running surface of a piston-cylinder assembly is applied in an internal combustion engine, so that as a result of the process, such an internal combustion engine with inventively coated running surfaces of the present invention is included.
  • Fig. 2 is a schematically illustrated construction of a
  • Fig. 3 shows an alternative construction of a spraying device.
  • FIG. 1 shows a process diagram of a coating installation with which a particularly advantageous realization of a method according to the invention for adjusting a coating jet can be carried out.
  • Spraying device 1 is arranged such that it directs a coating jet S containing coating particles from a spray nozzle 10 at a predetermined spraying angle ⁇ onto a surface 2 to be coated.
  • the surface is preferably arranged perpendicular to a longitudinal axis x of the spraying device 1.
  • the image capture device 3 has a camera 30, which detects the coating beam S from the side, so that the spray angle ⁇ in a photograph taken by the camera 30
  • Image plane is located.
  • the camera 30 captures the entire
  • Coating jet S formed on the surface 2 impact area S ' is detected by the camera 30.
  • the determination of the spray angle ⁇ in the free jet that is, without the provision of the surface to be coated 2, take place.
  • the image taken by the camera 30 is recorded in the
  • Image capture device 3 by means of an (not shown) image sensor in a manner known to those skilled in electrical signals converted, which are forwarded to a Schmausberg unpleasant 31.
  • Image evaluation device 31 analyzes the image signals and determines therefrom the spray angle ⁇ and thus the incident on the surface 2 Impact angle ⁇ of the coating beam S. These determined angle data are then forwarded to an adjusting or regulating device 32. Stelloder controller 32 compares the angle (s) obtained
  • Angular deviation .DELTA..alpha Between the measured actual spraying angle and the desired spraying angle, an actuating signal is generated, which is forwarded to the spraying device 1 and adjusts the spraying angle .alpha. Of the coating jet S to the predetermined desired spraying angle in a manner to be described below. If such an adjustment is not possible, then a wear alarm signal is generated and preferably the further operation of the spray device 1 is prevented.
  • the spray angle ⁇ is not continuous, but between two coating operations. For example, a certain number of coating operations are carried out and then the spraying device 1 can be moved to a measuring and calibration position, which corresponds for example to the structure shown in Fig. 1, but preferably the surface to be coated 2 is omitted and the coating jet S is measured as a free jet. In this measuring and calibration position, the spraying angle ⁇ can then be adjusted or adjusted to a predetermined desired spraying angle. After such a calibration process can then again a plurality of
  • Coating operations are carried out. It is particularly advantageous if the compensated during such a calibration angular deviation is detected and set in relation to the provided between the two previous calibration processes coating performance. By updating this data it is possible to create a
  • FIG. 1 A possible construction of an injection device 1 which can be used for the method according to the invention and the device according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the spraying device 1 has an elongated housing 1 'which extends along a longitudinal axis x of the spraying device 1 and which is also referred to as a spray lance.
  • Outlet passages 12, 14, each with an outlet opening 12 ', 14' open to the outside.
  • the outlet channels 12, 14 are not arranged parallel to each other, but the respective axes 12 ", 14" of the outlet channels 12, 14 are inclined at an angle ⁇ to each other. In the example shown in Fig. 2, the angle ⁇ is about 90 °.
  • the first channel 1 whose outlet channel 12 has an axis 12 "which runs parallel to the longitudinal axis x of the spraying device 1, is provided with a particle generator 17 which has a plasma torch 17.
  • This particle generator 17 is provided by a gas supply line 11 Flows through supplied process gas, wherein by means of the plasma torch 17 'melted particles are entrained by the gas stream.
  • the process gas jet provided with these coating particles passes through the
  • Outlet channel 12 and the spray nozzle 10 forming the outlet opening 12 'initially in the axis-parallel direction of the housing 1' of
  • Spraying device as a first partial beam S1.
  • Gas supply line 13 "supplied second gas, which may correspond to the process gas, but may also be just compressed air, introduced into the control channel forming second outlet channel 14, and exits from there through its control nozzle 18 forming an outlet opening 14 'and arrives as a second sub-beam S2 at an angle ⁇ on the first emerging from the spray nozzle 10 and the coating particles containing
  • This second partial beam S2 deflects the first partial beam S1 from its axis-parallel direction.
  • the first sub-beam S1 and the second sub-beam S2, which forms a control gas stream, combine to form a coating jet S, whose beam center axis S "is directed away from the control nozzle 18 by the spray angle ⁇ to the axis 12" of the spray channel 12 (in FIG ) is inclined.
  • a means of a respective associated actuator 15 ', 16' adjustable throttle means 15, 16 is provided in each of the two channels 1 1, 13 a means of a respective associated actuator 15 ', 16' adjustable throttle means 15, 16 is provided.
  • Actuators 15 ', 16' are connected via signal lines 15 ", 16" to the adjusting or regulating device 32 and can receive control signals from each of these.
  • the particle generator 17 is connected via a control signal line 17 "with the adjusting or regulating device 32 and can receive from this control signals.
  • another exemplary variant may be designed such that the one loaded with the coating particles
  • Fig. 3 Such a variant is shown schematically in Fig. 3, wherein like reference numerals as in the example of Fig. 2 relate to the same components.
  • the device rather than other than those described above Take design forms.
  • the device can hereby
  • image evaluation device 32 control or regulating device

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Abstract

Ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (2) mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls (S), wobei der Beschichtungsstrahl (S) von einer Spritzeinrichtung (1) unter einem Spritzwinkel (α) auf die Oberfläche (2) gerichtet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Spritzwinkel (α) während des Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelt wird und dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels (α) von einem vorgegebenen Soll-Spritzwinkel der Spritzwinkel (α) verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden
Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl von einer
Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der
Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 sowie eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete
Oberfläche.
Das gattungsgemäße Verfahren wird eingesetzt zum Beschichten einer Oberfläche, wobei der Beschichtungspartikel enthaltende
Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung unter einem vorgegebenen Spritzwinkel auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet wird.
Beim Beschichten von Bauteilen, insbesondere beim thermischen
Beschichten, wird stets eine gleichmäßige und in ihrer Qualität homogen beschichtete Oberfläche angestrebt. Dies trifft insbesondere beim
Innenbeschichten von Zylindern einer Kolben-Zylinder-Anordnung, wie sie beispielsweise in Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, zu. Ein
entscheidendes Qualitätskriterium bei einem solchen Beschichtungsvorgang, insbesondere beim thermischen Beschichten, ist der Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls auf die zu beschichtende Oberfläche und eventuell auch die Geschwindigkeit der Beschichtungspartikel des Beschichtungsstrahls. Durch Verschleiß, Montagefehler,
Parameterverwechslung oder falsche Handhabung kann es möglich sein, dass der gewünschte Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls auf die zu beschichtende Oberfläche nicht korrekt realisiert wird, obwohl alle Prozess- und Spritzparameter korrekt eingestellt sind. Sobald jedoch der Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls auf die zu beschichtende Oberfläche außerhalb vordefinierter Grenzen liegt, ist die Qualität der Oberflächenbeschichtung verändert, da die auftreffenden Beschichtungspartikel in einem ungeeigneten Winkel oder mit einer ungeeigneten Geschwindigkeit auf die Oberfläche auftreffen. Derartige Fehler können dazu führen, dass das zu beschichtende Bauteil in der Qualitätskontrolle als "Ausschluss" bewertet wird, obwohl die Prozess- und Spritzparameter korrekt eingestellt gewesen sind.
STAND DER TECHNIK
Es ist aus der DE 199 10 892 A1 bekannt, mittels eines thermischen
Beschichtungsvorgangs eine Beschichtung auf der Oberfläche eines
Substrats zu erzeugen, wobei mittels einer digitalen Kamera zumindest ein die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes Merkmal des thermischen Spritzprozesses erfasst, kontrolliert und/oder überwacht wird.
Die DE 198 20 195 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum thermischen Spritzen, wobei in einem im Wesentlichen horizontal verlaufenden Plasmastrahl von oben ein zu verspritzendes Pulver eingedüst wird. Dabei wird mittels einer Kamera überwacht, ob das von oben in den Plasmastrahl eingebrachte Pulver im Zentrum des Plasmastrahls aufgeschmolzen wird oder— was unerwünscht ist— nicht in den
Plasmastrahl eindringt oder durch den Plasmastrahl hindurchgeblasen wird. Das von der Kamera erfasste Bild wird verwendet, um eine optimale
Einblasung des Pulvers in den Plasmastrahl einstellen zu können. Eine Ablenkung des Plasmastrahls erfolgt hier nicht. Allerdings wird allgemein erwähnt, dass mittels einer digitalen Kamera zumindest ein die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes Merkmal des thermischen Spritzprozesses erfasst, kontrolliert und/oder überwacht werden kann, wobei als ein derartiges die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes Merkmal unter anderem auch der Spritzwinkel als Winkel zwischen Spritzstrahl und
Substrahloberfläche beiläufig erwähnt wird.
Auch die US 2006/0198944 A1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Plasmaspritzen, bei der in einen horizontal auf eine Abscheideoberfläche gerichteten Plasmastrahl von der Seite Pulverpartikel in den Plasmastrahl eingedüst werden. Durch diese schräge Eindüsung der Pulverpartikel in den Plasmastrahl werden die Pulverpartikel, die im Plasmastrahl aufgeschmolzen werden, unter einem Winkel auf die Oberfläche gesprüht, der von der horizontalen Richtung des Plasmastrahls abweicht.
Die US 5,047,612 A zeigt und beschreibt ebenfalls eine
Plasmasprühvorrichtung, bei der auf einer Oberfläche abzuscheidende Pulverpartikel unter einem Winkel von 90° in einen horizontal auf die
Abscheideoberfläche gerichteten Plasmastrahl injiziert werden. Eine Kamera ist auf die Abscheideoberfläche gerichtet und erfasst das auf der
Abscheideoberfläche abgeschiedene Pulver.
Die US 2004/0245354 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur
Überwachung eines Sprühprozesses, wobei die Partikelverteilung eines partikelaufweisenden Sprühstrahls mittels eines Partikelanalysers ermittelt wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verstellung eines Beschichtungsstrahls anzugeben, mit dem es möglich ist, die Beschichtungsqualität zu verbessern und insbesondere eine über einen Beschichtungsvorgang gleichmäßige beschichtete Oberfläche zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines
Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet wird, wird der Spritzwinkel während des
Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelt und bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels von einem vorgegebenen Soll-Spritzwinkel wird der der Spritzwinkel verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Beschichtungsstrahl aus zumindest zwei Teilstrahlen gebildet wird, die jeweils aus einer Austrittsöffnung eines zugeordneten Austrittskanals der Spritzeinrichtung austreten, wobei die jeweiligen Achsen der Austrittskanäle in einem Winkel zueinander stehen, dass einer der Austrittskanäle ein Spritzkanal für einen die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom ist, wobei die Austrittsöffnung dieses
Spritzkanals eine auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtete Spritzdüse bildet, dass der andere der Austrittskanäle ein Steuerkanal für einen den ersten Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom ist, wobei die
Austrittsöffnung dieses Steuerkanals zumindest eine Steuerdüse bildet und dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels vom vorgegebenen Soll-Spritzwinkel der Volumenstrom eines ersten Teilstrahls der zumindest zwei Teilstrahlen erhöht und der Volumenstrom eines zweiten Teilstrahls der zumindest zwei Teilstrahlen verringert wird. VORTEILE
Diese erfindungsgemäße Ermittlung und Verstellung des Spritzwinkels ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise, eine entweder kontinuierliche Konstanthaltung des Spritzwinkels während eines Beschichtungsvorgangs zu realisieren oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen den Spritzwinkel zu kontrollieren und für einen oder mehrere nachfolgende
Beschichtungsvorgänge nachzujustieren. Hierdurch kann eine höhere
Standzeit der Spritzeinrichtung bei gleichzeitiger Gewährleistung
gleichbleibender Beschichtungsqualität erzielt werden. Auch der Verschleiß der Spritzeinrichtung oder von Teilen der Spritzeinrichtung, beispielsweise von deren Düsen, kann rechtzeitig erkannt und gegebenenfalls kompensiert werden, bevor eine verschleißbedingte Veränderung des Spritzwinkels zu einem fehlerhaften Verfahrensergebnis führt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo allenfalls eine Ablenkung des Plasmastrahls aufgrund des von der Seite in den Plasmastrahl eingedüsten aufzuschmelzenden Pulvers erfolgt, wird im vorliegenden Fall ein bereits die Beschichtungspartikel enthaltender Plasmastrahl (erster Gasstrom) mittels eines von der Seite auf diesen ersten Gasstrom einwirkenden zweiten Gasstroms gezielt ausgelenkt. Diese Steuerung des die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten
Gasstroms durch den zweiten Gasstrom erlaubt eine gezielte Einstellung des Spritzwinkels, ohne dass dabei Einfluss auf die Verteilung der
Beschichtungspartikel im ersten Gasstrom genommen wird. Der Vorgang des Vermischens der Beschichtungspartikel mit dem ersten Gasstrom ist somit bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der DE 198 20 195 A1 von der Spritzwinkelbeeinflussung separat
vorgesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben. Vorteilhaft ist es auch, wenn der aus Spritzeinrichtung austretende
Beschichtungsstrahl zur Ermittlung des Spritzwinkels mit einer
Bilderfassungseinrichtung erfasst wird und wenn aus dem erfassten Bild des Beschichtungsstrahls der Spritzwinkel ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt die Bilderfassung des Beschichtungsstrahls von der Seite, also quer,
vorzugsweise rechtwinklig, zu der Ebene in der der Beschichtungsstrahl um den Spritzwinkel ausgelenkt wird. Besonders genau lässt sich die Ermittlung des Spritzwinkels mittels der beschriebenen Bilderfassung durchführen, wenn der Beschichtungsstrahl als Freistrahl aus der Spritzeinrichtung austritt.
Die Verstellung des Spritzwinkels kann auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch Verschwenkung von mit den Austrittsöffnungen versehenen Austrittsdüsen für die Teilstrahlen oder durch Verschwenkung von zumindest einer Spritzdüse für den Beschichtungsstrahl oder durch das Vorsehen von mechanisch veränderbaren Strahl-Umlenkmitteln für zumindest einen der Teilstrahlen und/oder für den Beschichtungsstrahl.
Vorzugsweise erfolgen die Erhöhung des Volumenstroms des ersten
Teilstrahls und die Verringerung des Volumenstroms des zweiten Teilstrahls stets derart, dass die Summe der Volumenströme der Teilstrahlen konstant ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Veränderung des Spritzwinkels durch Veränderung der Volumenströme der Teilstrahlen nicht zu einer Veränderung der Qualität der Beschichtung aufgrund eines geänderten Gesamtvolumenstroms führt.
Alternativ erfolgen die Erhöhung des Volumenstroms des ersten Teilstrahls und die Verringerung des Volumenstroms des zweiten Teilstrahls stets derart, dass der Energiegehalt des aus den Teilstrahlen gebildeten
Beschichtungsstrahls konstant bleibt. Der Energiegehalt eines Beschichtungspartikel enthaltenen Gasstrahls wird bestimmt durch die Masse der einzelnen in einem Gasvolumen enthaltenen Partikel, der Temperatur jedes Partikels, der Geschwindigkeit jedes Partikels und dem (zumeist vernachlässigbaren) Energiegehalt des Gases.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist der Winkel zwischen den Achsen der Austrittskanäle ein rechter Winkel, so dass die Teilstrahlen rechtwinklig aufeinander auftreffen. Hierdurch kann der aus der Steuerdüse austretende Steuer-Teilstrahl mit geringsten Volumenströmen bereits eine wirksame Auslenkung des aus der Spritzdüse austretenden, die Beschichtungspartikel enthaltenden
Beschichtungspartikel-Teilstrahls bewirken.
Vorzugsweise ist das Verfahren zum thermischen Beschichten der
Oberfläche ausgebildet, wobei die Spritzeinrichtung eine thermische
Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator ist. Das Verfahren kann aber auch als kinetisches Beschichtungsverfahren ausgebildet sein, wobei die in einem Partikelstromgenerator erzeugten Partikel mit sehr hoher Geschwindigkeit (zum Beispiel größer als 600 m/sec) auf die zu
beschichtende Oberfläche aufgebracht werden.
Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn der Partikelstromgenerator vom ersten Gasstrom durchströmt wird, der als mit Beschichtungspartikeln angereicherter Gasstrom durch den Spritzkanal hindurchtritt und aus der Spritzdüse austritt.
Vorteilhafterweise ist bei einem solchen Verfahren zum thermischen Beschichten der die Beschichtungspartikel aufweisende erste Teilstrahl ein von einem Plasmabrenner erzeugter Plasmastrahl. Bei einer solchen Plasmabeschichtung wird zur Regelung des
Energiegehalts des Beschichtungsstrahls die Leistung des zumindest einen Plasmabrenners geregelt. Eine solche Regelung des Plasmabrenners zusätzlich zur Regelung der Volumenströme der beiden Teilstrahlen gewährleistet in besonders zuverlässiger Weise, dass sowohl der
Energiegehalt als auch der Partikelgehalt im Beschichtungsstrahl konstant bleibt, während dessen Spritzwinkel verändert wird.
Mit der Erfindung soll auch eine Vorrichtung zur Verstellung eines
Beschichtungsstrahls angegeben werden, die insbesondere zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Dieser Teil der Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 9 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche richtbar ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sind Mittel vorgesehen, mit denen der Spritzwinkel während des
Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelbar ist und es sind Mittel vorgesehen, mittels derer der Spritzwinkel verstellbar ist. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Spritzeinrichtung mit einem Spritzkanal für einen Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom und zumindest einem Steuerkanal für einen den ersten Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom versehen ist, wobei die Austrittsöffnung des Spritzkanals eine auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtete Spritzdüse bildet und wobei die Austrittsöffnung des zumindest einen Steuerkanals eine Steuerdüse bildet und wobei die aus den
Austrittsöffnungen austretenden Gasströme jeweils einen Teilstrahl und gemeinsam den Beschichtungsstrahl bilden, dass die Achsen der Austrittskanäle unter einem Winkel zueinander stehen und dass die Mittel, mittels derer der Spritzwinkel verstellbar ist, Mittel sind, mit denen der Volumenstrom des jeweils durch den Austrittskanal austretenden Gasstroms veränderbar ist.
Diese Vorrichtung ermöglicht auf besonders vorteilhafte Weise die
Verstellung eines Beschichtungsstrahls sowohl während des Beschichtens einer Oberfläche als auch zur Kalibrierung zwischen zwei
Beschichtungsvorgängen. Insbesondere ist diese Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den vom Anspruch 9 abhängigen Ansprüchen 10 bis 15 angegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Bilderfassungseinrichtung vorgesehen ist, die den Beschichtungsstrahl erfasst und dass eine
Bildauswerteeinrichtung vorgesehen ist, die von der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung gelieferte Bildsignale erhält und daraus den Spritzwinkel des Beschichtungsstrahls und/oder den auf die Oberfläche auftreffenden Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls ermittelt.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zur Veränderung des
Volumenstroms von mittels eines jeweiligen Stellantriebs verstellbaren Drosseleinrichtungen gebildet sind. Derartige automatisch verstellbare Drosseleinrichtungen ermöglichen es, die Gasströme im Steuerkanal beziehungsweise im Spritzkanal derart zu variieren, dass der für die gewünschte Einstellung des Spritzwinkels erforderliche jeweilige
Volumenstrom durch die Kanäle hindurchtritt. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn eine Stell- oder Regeleinrichtung vorgesehen ist, die die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms, insbesondere die Stellantriebe der Drosseleinrichtungen, mit jeweils einem Stell- oder Regelsignal beaufschlagt. Dies ermöglicht eine
Prozessautomatisierung.
Die Regeleinrichtung erhält in dieser Ausführungsform der Vorrichtung als Regelgröße den von der Bildauswerteeinrichtung gelieferten Spritzwinkel und/oder den Auftreffwinkel. Mit diesen Daten kann die Stell- oder
Regeleinrichtung dann die erforderliche Verstellung der Teilstrahlen vornehmen und so den Spritzwinkel des Beschichtungsstrahls auf das gewünschte Maß einstellen beziehungsweise entsprechend nachführen. Grundsätzlich wäre es auch möglich, den auf die Oberfläche auftreffenden Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls zu bestimmen und daraus den Spritzwinkel zu ermitteln.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator ausgestattet. Der Partikelstromgenerator, der beispielsweise einen
Plasmabrenner, einen Drahtspritzbrenner oder einen Kaltgasbrenner aufweisen kann, erzeugt zusammen mit dem Gasstrom einen metallischen und/oder keramischen Partikelnebel als Beschichtungsstrahl. Im Falle eines Plasmabrenners kann mittels des Plasmas ein metallischer und/oder keramischer Partikelnebel in Verbindung mit dem Gasstrom als
Beschichtungsstrahl gebildet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Regeleinrichtung— zusätzlich zum jeweiligen Volumenstrom der Gasströme— den zumindest einen
Partikelstromgenerator mit einem dessen Partikelabgabeleistung regelnden Signal beaufschlagt. Dadurch ist es möglich, die Partikeldichte im
Beschichtungsstrahl konstant zu halten. Schließlich ist die vorliegende Erfindung auch auf eine mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete Oberfläche gerichtet.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete Oberfläche einer Zylinderinnenwand einer Kolben- Zylinder-Anordnung. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren zur Beschichtung der auf der Zylinderinnenwand vorgesehenen Lauffläche einer Kolben-Zylinder-Anordnung in einer Brennkraftmaschine angewendet wird, so dass als Verfahrensergebnis auch eine solche Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäß beschichteten Laufflächen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen
Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Prozessschaubild eines
erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 einen schematisch dargestellten Aufbau einer
Spritzeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 3 einen alternativen Aufbau einer Spritzeinrichtung.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN In Fig. 1 ist ein Prozessschaubild einer Beschichtungsanlage dargestellt, mit der eine besonders vorteilhafte Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verstellung eines Beschichtungsstrahls durchführbar ist.
Eine weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 näher beschriebene
Spritzeinrichtung 1 ist so angeordnet, dass sie einen Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahl S aus einer Spritzdüse 10 unter einem vorgegebenen Spritzwinkel α auf eine zu beschichtende Oberfläche 2 richtet. Die Oberfläche ist dazu bevorzugt senkrecht zu einer Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 angeordnet.
Im gezeigten Beispiel ist zwischen der Spritzeinrichtung 1 und der
Oberfläche 2 ist seitlich versetzt neben dem Beschichtungsstrahl S eine Bilderfassungseinrichtung 3 zur Aufnahme von Bildern des
Beschichtungsstrahls S angeordnet. Die Bilderfassungseinrichtung 3 weist eine Kamera 30 auf, die den Beschichtungsstrahl S von der Seite erfasst, so dass der Spritzwinkel α in einer von der Kamera 30 aufgenommenen
Bildebene liegt. Vorzugsweise erfasst die Kamera 30 die gesamte
Längserstreckung des Beschichtungsstrahls S von dessen Austritt aus der Spritzeinrichtung 1 bis zur Oberfläche 2, so dass auch der vom
Beschichtungsstrahl S auf der Oberfläche 2 gebildete Auftreffbereich S' von der Kamera 30 erfasst wird. Alternativ kann die Ermittlung des Spritzwinkels α auch im Freistrahl, das heißt ohne das Vorsehen der zu beschichtenden Oberfläche 2, erfolgen.
Das von der Kamera 30 aufgenommene Bild wird in der
Bilderfassungseinrichtung 3 mittels eines (nicht gezeigten) Bildsensors auf dem Fachmann bekannte Weise in elektrische Signale umgesetzt, die an eine Bildauswerteeinrichtung 31 weitergeleitet werden. Die
Bildauswerteeinrichtung 31 analysiert die Bildsignale und ermittelt daraus den Spritzwinkel α und damit den auf die Oberfläche 2 auftreffenden Auftreffwinkel ß des Beschichtungsstrahls S. Diese ermittelten Winkeldaten werden dann an eine Stell- oder Regeleinrichtung 32 weitergeleitet. Die Stelloder Regeleinrichtung 32 vergleicht den oder die erhaltenen Winkel
(Spritzwinkel α und/oder Auftreffwinkel ß) mit einem jeweils zugeordneten, in einer Speichereinrichtung 33 gespeicherten vorgegebenen Soll-Spritzwinkel und ermittelt die entsprechende Winkelabweichung. Aus dieser
Winkelabweichung Δα zwischen dem gemessenen Ist-Spritzwinkel und dem Soll-Spritzwinkel wird ein Stellsignal generiert, das an die Spritzeinrichtung 1 weitergeleitet wird und dort den Spritzwinkel α des Beschichtungsstrahls S auf weiter unten noch beschriebene Weise auf den vorgegebenen Soll- Spritzwinkel verstellt. Ist eine solche Verstellung nicht möglich, so wird ein Verschleiß-Alarmsignal generiert und vorzugsweise der weitere Betrieb der Spritzeinrichtung 1 unterbunden.
Nach Verstellung des Spritzwinkels α erfolgt erneut eine Vermessung des Beschichtungsstrahls mittels der Bilderfassungseinrichtung 3, so dass sich auf diese Weise ein geschlossener Regelkreislauf ausbildet. Eine solche Regelung kann während eines aktiven Beschichtungsvorgangs erfolgen, wodurch der Spritzwinkel α permanent auf den vorgegebenen Soll- Spritzwinkel nachgeregelt wird und so eine kontinuierliche Qualitätskontrolle des Spritzvorgangs gewährleistet wird.
Es gibt jedoch auch Situationen, in denen eine derartige kontinuierliche Bilderfassung des Beschichtungsstrahls S nicht möglich ist, beispielsweise wenn die Beschichtung von Hohlräumen durchgeführt wird, in denen es nicht möglich ist, eine Bilderfassungseinrichtung neben dem Beschichtungsstrahl S zu platzieren. Dies ist beispielsweise der Fall beim Beschichten von Zylinderinnenwand-Oberflächen in Kolben-Zylinder-Anordnungen, wie beispielsweise bei Kolbenbrennkraftmaschinen. In diesen Fällen erfolgt die beschriebene Überprüfung des Spritzwinkels α nicht kontinuierlich, sondern zwischen zwei Beschichtungsvorgängen. Beispielsweise kann eine bestimmte Anzahl von Beschichtungsvorgängen durchgeführt werden und dann kann die Spritzeinrichtung 1 in eine Mess- und Kalibierposition verfahren werden, die beispielsweise dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau entspricht, wobei vorzugsweise aber die zu beschichtende Oberfläche 2 weggelassen und der Beschichtungsstrahl S als Freistrahl vermessen wird. In dieser Mess- und Kalibrierposition kann der Spritzwinkel α dann auf einen vorgegebenen Soll-Spritzwinkel verstellt oder eingeregelt werden. Nach einem solchen Kalibriervorgang kann dann erneut eine Mehrzahl von
Beschichtungsvorgängen durchgeführt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die bei einem derartigen Kalibriervorgang kompensierte Winkelabweichung erfasst und in Bezug auf die zwischen den beiden vorhergehenden Kalibriervorgängen erbrachte Beschichtungsleistung gesetzt wird. Durch Fortschreibung dieser Daten ist es möglich, einen
Verschleißtrend zu ermitteln, so dass eine Prognose über die noch
verbleibende Rest-Nutzungszeit der Spritzeinrichtung 1 bis zum Erreichen einer Verschleißgrenze abgegeben werden kann.
Ein möglicher Aufbau einer für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbaren Spritzeinrichtung 1 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt.
Die Spritzeinrichtung 1 weist ein längliches Gehäuse 1 ' auf, das sich entlang einer Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 erstreckt und das auch als Spritzlanze bezeichnet wird.
Im Gehäuse 1 ' sind zwei Kanäle 1 1 , 13 vorgesehen, die sich im
Wesentlichen parallel zur Längsachesachse x in Längsrichtung durch das Gehäuse 1 ' erstrecken. An einem ersten Ende des Gehäuses 1 ' münden diese Kanäle 1 1 , 13 in jeweils ein Anschlusselement 1 1 ', 13' für eine jeweils zugeordnete Gasversorgungsleitung 1 1 ", 13". Am anderen axialen Ende des Gehäuses 1 ' bilden die Kanäle 1 1 , 13
Austrittskanäle 12, 14, die mit jeweils einer Austrittsöffnung 12', 14' nach außen münden. Die Austrittskanäle 12, 14 sind nicht parallel zueinander angeordnet, sondern die jeweiligen Achsen 12", 14" der Austrittskanäle 12, 14 sind in einem Winkel γ zueinander geneigt. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel beträgt der Winkel γ etwa 90°.
Der erste Kanal 1 1 , dessen Austrittskanal 12 eine Achse 12" aufweist, die parallel zur Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 verläuft, ist mit einem Partikelgenerator 17 versehen, der einen Plasmabrenner 17' aufweist. Dieser Partikelgenerator 17 wird von einem durch die Gasversorgungsleitung 1 1 " zugeführten Prozessgas durchströmt, wobei mittels des Plasmabrenners 17' aufgeschmolzene Partikel vom Gasstrom mitgerissen werden. Der mit diesen Beschichtungspartikeln versehene Prozessgasstrahl tritt durch den
Austrittskanal 12 und dessen die Spritzdüse 10 bildende Austrittsöffnung 12' zunächst in achsparalleler Richtung aus dem Gehäuse 1 ' der
Spritzeinrichtung als ein erster Teilstrahl S1 aus.
Durch den zweiten Kanal 13 wird ein durch die zweite
Gasversorgungsleitung 13" zugeführtes zweites Gas, das dem Prozessgas entsprechen kann, das aber auch einfach nur Druckluft sein kann, in den einen Steuerkanal bildenden zweiten Austrittskanal 14 eingeleitet, und tritt von dort durch dessen eine Steuerdüse 18 bildende Austrittsöffnung 14' aus und trifft als ein zweiter Teilstrahl S2 im Winkel γ auf den aus der Spritzdüse 10 austretenden und die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten
Gasstrom. Dieser zweite Teilstrahl S2 lenkt den ersten Teilstrahl S1 aus seiner achsparallelen Richtung ab. Der erste Teilstrahl S1 und der zweite Teilstrahl S2, der einen Steuergasstrom bildet, vereinigen sich zu einem resultierenden Beschichtungsstrahl S, dessen Strahlmittelachse S" um den Spritzwinkel α zur Achse 12" des Spritzkanals 12 von der Steuerdüse 18 weg (in Fig. 2 nach unten) geneigt ist. In jedem der beiden Kanäle 1 1 , 13 ist eine mittels eines jeweils zugeordneten Stellantriebs 15', 16' verstellbare Drosseleinrichtung 15, 16 vorgesehen. Mittels der ersten Drosseleinrichtung 15, die im ersten Kanal 1 1 vorgesehen ist, lässt sich der Volumenstrom des Prozessgases regulieren. Mittels der zweiten Drosseleinrichtung 16, die im zweiten Kanal 13 vorgesehen ist, lässt sich der Volumenstrom des Steuergases regulieren. Die jeweiligen
Stellantriebe 15', 16' sind über Signalleitungen 15", 16" mit der Stell- oder Regeleinrichtung 32 verbunden und können von dieser jeweils Stellsignale empfangen.
Auch der Partikelgenerator 17 ist über eine Stellsignalleitung 17" mit der Stell- oder Regeleinrichtung 32 verbunden und kann von dieser Stellsignale empfangen.
Auch wenn in der Darstellung nach Fig. 2 ein Beispiel gezeigt ist, bei welchem der mit den Beschichtungspartikeln beladene Gasstrom in einer Richtung parallel zur Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 austritt, sind auch Varianten der Spritzeinrichtung 1 denkbar, bei denen der mit
Beschichtungspartikeln behaftete Gasstrom in einem Winkel zur Längsachse x austritt. Im Extremfall kann eine andere beispielhafte Variante derart ausgebildet sein, dass der mit den Beschichtungspartikeln beladene
Gasstrom im rechten Winkel zur Längsachse x austritt, während der
Steuergasstrom parallel zur Längsachse x austritt. Eine solche Variante ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen wie im Beispiel der Fig. 2 die gleichen Komponenten betreffen.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei
insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
1 Spritzeinrichtung
1 ' längliches Gehäuse
2 Oberfläche
3 Bilderfassungseinrichtung
10 Spritzdüse
1 1 Kanal
1 1 ' Anschlusselement
1 1 " erste Gasleitung
12 Austrittskanal / Spritzkanal
12' Austrittsöffnung
12" Achse
13 Kanal
13' Anschlusselement
13" zweite Gasleitung
14 Austrittskanal / Steuerkanal
14' Austrittsöffnung
14" Achse
15 Drosseleinrichtung
15' Stellantrieb
15" Signalleitung
16 Drosseleinrichtung
16' Stellantrieb
16" Signalleitung
17 Partikelstromgenerator
17' Plasmabrenner
17" Stellsignalleitung
18 Steuerdüse
30 Objektiv
31 Bildauswerteeinrichtung 32 Stell- oder Regeleinrichtung
33 Speichereinrichtung x Längsachse
S Beschichtungsstrahl
S" Strahlmittelachse
51 Teilstrahl
52 Teilstrahl α Spritzwinkel
ß Auftreffwinkel
γ Winkel

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (2) mittels eines
Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls (S), wobei der Beschichtungsstrahl (S) von einer Spritzeinrichtung (1 ) unter einem Spritzwinkel (a) auf die Oberfläche (2) gerichtet wird, dass der Spritzwinkel (a) während des Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelt wird und dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels (a) von einem
vorgegebenen Soll-Spritzwinkel der Spritzwinkel (a) verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert wird
dadurch gekennzeichnet,
dass der Beschichtungsstrahl (S) aus zumindest zwei
Teilstrahlen (S1 , S2) gebildet wird, die jeweils aus einer Austrittsöffnung (12', 14') eines zugeordneten Austrittskanals (12, 14) der Spritzeinrichtung (1 ) austreten, wobei die jeweiligen Achsen (12", 14") der Austrittskanäle (12, 14) in einem Winkel (γ) zueinander stehen;
dass einer der Austrittskanäle (12, 14) ein Spritzkanal (12) für einen die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom ist, wobei die Austrittsöffnung (12') dieses Spritzkanals (12) eine auf die zu beschichtende Oberfläche (2) gerichtete
Spritzdüse (10) bildet;
dass der andere der Austrittskanäle (12, 14) ein Steuerkanal (14) für einen den ersten Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom ist, wobei die Austrittsöffnung (14') dieses Steuerkanals (14) zumindest eine Steuerdüse (18) bildet und dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels (a) vom vorgegebenen Soll-Spritzwinkel der Volumenstrom eines ersten Teilstrahls (S1 ) der zumindest zwei Teilstrahlen erhöht und der Volumenstrom eines zweiten Teilstrahls (S2) der zumindest zwei Teilstrahlen verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der aus Spritzeinrichtung (1 ) austretende Beschichtungsstrahl (S) zur Ermittlung des Spritzwinkels (a), vorzugsweise von der Seite und weiter vorzugsweise als Freistrahl, mit einer
Bilderfassungseinrichtung (3) erfasst wird und dass aus dem erfassten Bild des Beschichtungsstrahls (S) der Spritzwinkel (a) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhöhung des Volumenstroms des ersten Teilstrahls (S1 ) und die Verringerung des Volumenstroms des zweiten Teilstrahls (S2) stets derart erfolgen, dass die Summe der Volumenströme der Teilstrahlen (S1 , S2) oder der Energiegehalt des aus den Teilstrahlen (S1 , S2) gebildeten Beschichtungsstrahls (S) konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Winkel (γ) zwischen den Achsen (12", 14") der
Austrittskanäle (12, 14) ein rechter Winkel ist, so dass die Teilstrahlen (S1 , S2) rechtwinklig aufeinander auftreffen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren zum thermischen Beschichten der Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Spritzeinrichtung (1 ) eine thermische Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator (17) ist. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Partikelstromgenerator (17) vom ersten Gasstrom
durchströmt wird, der als mit Beschichtungspartikeln angereicherter Gasstrom durch den Spritzkanal (12) hindurchtritt und aus der
Spritzdüse (10) austritt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Teilstrahl ein von einem Plasmabrenner (17') erzeugter Plasmastrahl ist, der die Beschichtungspartikel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Regelung des Energiegehalts des Beschichtungsstrahls (S) die Leistung des zumindest einen Plasmabrenners (17') geregelt wird.
Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche (2) mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls (S), wobei der Beschichtungsstrahl (S) von einer Spritzeinrichtung (1 ) unter einem Spritzwinkel (a) auf die Oberfläche (2) richtbar ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen der Spritzwinkel (a) während des Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei
Beschichtungsvorgängen ermittelbar ist und wobei Mittel vorgesehen sind, mittels derer der Spritzwinkel (a) verstellbar ist
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spritzeinrichtung (1 ) mit einem Spritzkanal (12) für einen Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom und zumindest einem Steuerkanal (14) für einen den ersten Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom versehen ist, wobei die Austrittsöffnung (12') des Spritzkanals (12) eine auf die zu beschichtende Oberfläche (2) gerichtete Spritzdüse (10) bildet und wobei die Austrittsöffnung (14') des zumindest einen Steuerkanals (14) eine Steuerdüse (18) bildet und wobei die aus den Austrittsöffnungen (12', 14') austretenden Gasströme jeweils einen Teilstrahl (S1 , S2) und gemeinsam den Beschichtungsstrahl (S) bilden;
dass die Achsen (12", 14") der Austrittskanäle (12, 14) unter einem Winkel (γ) zueinander stehen und
dass die Mittel, mittels derer der Spritzwinkel (a) verstellbar ist, Mittel sind, mit denen der Volumenstrom des jeweils durch den Austrittskanal (12, 14) austretenden Gasstroms veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Bilderfassungseinrichtung (3) vorgesehen ist, die den Beschichtungsstrahl (S) erfasst und
dass eine Bildauswerteeinrichtung (30) vorgesehen ist, die von der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung (3) gelieferte Bildsignale erhält und daraus den Spritzwinkel (a) des
Beschichtungsstrahls (S) und/oder den auf die Oberfläche (2) auftreffenden Auftreffwinkel (ß) des Beschichtungsstrahls (S) ermittelt.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms von mittels eines jeweiligen Stellantriebs (15', 16') verstellbaren Drosseleinrichtungen (15, 16) gebildet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Stell- oder Regeleinrichtung (32) vorgesehen ist, die die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms, insbesondere die Stellantriebe (15', 16') der Drosseleinrichtungen (15, 16), mit jeweils einem Stell- oder Regelsignal beaufschlagt, wobei vorzugsweise die Stell- oder Regeleinrichtung (32) als
Regelgröße den von der Bildauswerteeinrichtung (30) gelieferten Spritzwinkel (a) und/oder den Auftreffwinkel (a) erhält.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorzugsweise als thermische Spritzeinrichtung ausgebildete Spritzeinrichtung (1 ) mit einem Partikelstromgenerator (17)
ausgestattet ist, der vorzugsweise einen Plasmabrenner (17') aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung (32) den zumindest einen
Partikelstromgenerator (17) mit einem dessen Partikelabgabeleistung regelnden Signal beaufschlagt.
15. Mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beschichtete Oberfläche, insbesondere Oberfläche einer Zylinderinnenwand einer Kolben-Zylinder-Anordnung.
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