WO2008037514A1

WO2008037514A1 - Rotierende drahtspritzvorrichtung, sowie verfahren zum beschichten einer oberfläche eines werkstücks

Info

Publication number: WO2008037514A1
Application number: PCT/EP2007/055398
Authority: WO
Inventors: Ferdinand Van Rodijnen; James Weber
Original assignee: Sulzer Metco Osu Gmbh
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-04-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine rotierende Drahtspritzvorrichtung (1), umfassend eine in einem Brennerkopf (2) angeordnete Drahtzuführung (3), einen Brennerschaft (4) und einen um eine Längsachse (5) des Brennerschafts (4) rotierbaren Spritzkopf (6). Dabei ist dem Spritzkopf (8) aus einem Drahtspeicher (7) über die Drahtzuführung (3) und durch den Brennerschaft (4) ein Paar (8) aus mindestens zwei Spritzdrähten (81, 82) zuführbar, so dass in einem Schmeizbereich (9) zwischen den Spritzdrähten (81, 82} ein Lichtbogen (10) zündbar ist. Der Spritzkopf (8) ist derart ausgestaltet und am Brennerschaft (4) angeordnet, dass mittels eines Zerstäubergases (11 ) ein aus den Spritzdrähten (81, 82) im Lichtbogen (10) gebildetes Beschichtungsrnaterial (12) auf eine zu beschichtende Oberfläche (13), in einer in Bezug auf die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) radialen Richtung nach aussen aufbringbar ist. Erfindungsgemäss ist das Paar (8) aus den zwei Spritzdrählen (81, 82) relativ zum Brennerkopf (2), insbesondere um die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) rotierbar angeordnet. Die Erfindung betrifft femer ein Verfahren zur Beschichtung eines Werkstücks (18) mit einer rotierenden Drahtspritzvorrichtung (1 ).

Description

Oberfläche eines Werkstücks

Die Erfindung betrifft eine rotierende Drahtspπtzvorπehtung, sowie ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer solchen rotierenden Drahtspπtzvorπchtung gerπäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.

üchtbogensphtzen, häufig in der Fachliteratur auch genauer als Lichtbogendrahtspritzen bezeichnet, ist eine gängige Technologie zur Herstellung von Oberfiächenschschlen auf Werkstücken, die beispielsweise gegen mechanischen Verschleiss, Korrosion oder gegen chemische oder thermische Beanspruchungen geschützt werden sollen.

Beim Lichtbogenspritzen wird mit einer Spritzpistole ein draht- oder röhrenförmiges Spπtzmedium in Form zweier Spritzdrähte in einem elektrischen Lichtbogen aufgeschmolzen und durch ein Zerstäubungsgas, z.B. durch Stickstoff, ein Edelgas oder einfach durch Luft unter einem vorgebbaren Druck auf eine Werkstoffoberfläche zerstäubt. Dabei wird der Lichtbogen zwischen den beiden Enden der Spritzdrähte durch Anlegen einer elektrischen Spannung und Kontaktzüπdung initiiert. Das ist der Unterschied zum sogenannten „Flammspπtzen", ein Verfahren bei dem die Wärmeenergie zum Aufschmelzen des Spritzdrahtes durch eine Brenngas-Sauerstoff- Flamme aufgebracht wird, während beim Lichtbogenspritzen die im Lichtbogen freigesetzte elektrische Energie die notwendige Wärmeenergie zum Aufschmelzen der Spntzdrähte liefert.

Da das Material der Spritzdrähte im Bereich des Lichtbogen in die Schmelze überführt und auf die Oberfläche des Werkstücks gespnlzl wird, muss der Spritzdraht aus einem Drahtvorrat kontinuierlich durch einen Drahtvorschub nachgeführt werden. Je nach Anforderung sind z.B. stationäre Spritzpistolen bekannt, die häufig im automatisierten Betrieb zur Bearbeitung grosser Serien Anwendung finden, oder aber auch relativ kleine Handpistolen, die einen flexibleren Einsatz gestatten. Die Einrichtung zum Drahtvorschub kann dabei sowohl in der Spritzpistole selbst installiert sein oder aber durch eine ausserhalb der Spritzpistole liegende Drahtvorschubeinheit bewerkstelligt werden.

Dabei lassen sich die Eigenschaften der gespritzten Schichten durch verschiedene Parameter, wie beispielsweise den Drahtdurchmesser, das Material des Spritzdrahtes, die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs, die elektrische Spannung zur Erzeugung bzw. den elektrischen Strom zur

Aufrechterhaltung des Lichtbogens, die Wahl des Zerstäubungsgases sowie dessen Arbeitsdruck oder den Spritzabstand, unmittelbar beeinflussen. Dass heisst. in aller Regel wird eine Änderung eines oder mehrerer dieser (oder auch anderer hier nicht genannter) Parameter zu Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften unά Qualität führen. Da die zuvor genannten Parameter durch Wahl der Materialien oder durch elektronische Steuer- und i oder Regeleinrichtungen im allgemeinen leicht beeinflussbar sind, zeichnet Sich das üehtbogenspnlzen durch eine hohe Flexibilität aus. Beispielsweise kann unter anderem die Spπtztropfengrösse oder die kinetische Energie der Spritztropfen auf einfache Weise, auch während eines laufenden Beschichtungsvorgang, je nach Anforderungen automalisch eingesleiil werden, Darüber hinaus kann ύer Spritzvorgang selbst unter gewöhnlicher Umgebungsalmosphäre, in einer Vakuum Kammer oder unter einem Schutzgas stattfinden. Dadurch kann eine breite Auswahl verschiedenster Werkstücke mit unterschiedlichsten Anforderungen an Eigenschaften und Qualität mit dem Verfahren des Lichtbogenspritzens mit schützenden Oberflächen versehen werden.

Etwas problematischer gestalte! sich der Einsatz des Lichtbogendrahtspritzens, wenn z.B. Hohlkörper in ihrem Inneren beschichtet werden sollen. Ein typisches Beispiel ist das Beschichten von Zylinderbohrungen, z.B. Zylinderbohrungen in Zylinderblöcken von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, wie sie z.B. in enorm grossen Stückzahlen in Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Krafträdern verbaut werden. Aber auch Zylinderliner von Grossdieselmotoren. Zylinderbohrungen oder

Zylinderbüchsen von Kompressoren oder Pumpen, oder auch Bohrungen in anderen Maschinen oder Maschinenteilen können mittels Lichtbogendrahtspritzen vorteilhaft beschichtet werden.

Dabei wird das Beschichten von z.B. der vorgenannten zylindrischen Innenflächen durch Lichlbogendrahtspritzen zunehmend dem klassischen Plasmaspritzen mit Pulver vorgezogen, da die verwendeten Spritzdrähte für die meisten Materialien deutlich günstiger sind, als das entsprechende Pulver. So kann es durchaus sein, dass die gleiche Menge Material in Form eines Spntzdrahtes nur ein Drittel der gleichen Malerialmenge in Form eines Spritzpulvers kostet.

Das Problem beim Beschichten zylindrischer Innenflächen, oder von Innenflächen ganz allgemein, mittels Drahtspritzen liegt jedoch dann, dass der Brenner während des Spritzvorgangs um seine Längsachse rotiert werden muss, wenn die gesamte Innenfläche, z.B. einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors gleichmässig beschichtet werden soll Da die Spritzdrähte sich, wie oben beschrieben in an sich bekannter Weise während des Spritzvorgangs verbrauchen, weil sie zu Beschichtungsmatehal im Lichtbogen aufgeschmolzen werden, müssen diese auch im Fall eines rotierenden Brenners, völlig analog zum bekannten Faü der nicht rotierenden Brenner, während des Spήtzens ständig aus einem Spritzdrahtvorrat nachgeführt werden.

Im Falle eines rotierenden Brenners liegen die Probleme auf der Hand: das Paar von Spritzdrähten, das für die Erzeugung und Äufrechterhaltung des Lichtbogens gleichzeitig als Elektrode dient, an die eine elektrische Spannung zur Erzeugung des Lichtbogens angelegt v/erden muss, muss während des Beschichtungszuslands mitrotiert werden, was, wenn keine entsprechenden Gegenmassnahmen getroffen werden, zu einer Verdrillung der Spritzdrähte führt, so dass die rotierende Spritzvorrichtung nicht mehr funktionsfähig ist.

Um dies zu verhindern, sind im Stand der Technik verschiedene Massnahmen vorgeschlagen worden. So ist es zum Beschichten von Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen von Motoren zum Beispiel bekannt, eine nicht rotierende Vorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen zu verwenden und stattdessen das Kurbelgehäuse mslteis einer geeigneten Halterung zu rotieren. Bei dieser Lösung ist nicht nur der Werkstückwechsel in der industriellen Massenproduktion schwierig zu bewerkstelligen, auch stellt die Rotation der höchst unsymmetrischen Kurbelgehäuse grösste Anforderungen an die Halterungen, benötigt viel Platz und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen, um die Rotation der Kurbelgehäuse sicher gewährleisten zu können, was diese Methode schlecht handhabbar, teuer und ineffizient macht.

In der DE 198 41 617 wird dagegen eine rotierbare Drahtspritzvorricblung vorgeschlagen, bei der die Werkstücke, also beispielsweise die Kurbelgehäuse, beim Innenbeschichten nicht mehr rotiert werden müssen. Um eine VerdriHung der Spntzdrähte zu vermeiden, werden bei dieser Lösung die Speicherspulen, auf denen der Vorrat an Spήtzdrahl gespeichert ist, synchron mir dem Spritzkopf mitrotiert. Der Nachteil dieser Anlage liegt ebenfalls auf όer Hand: es müssen grosse, unsvsrnmetrische Massen und Volumina rotiert werden, was zu ähnlichen Problernen und Nachteilen führt, wie wenn das Werkstück anstatt des Lichtbogenbrenners rotiert wird. Somit verlagert die DE 198 41 617 die Probleme, die die Rotation des Werkstücks mit sich bringt, nur auf den Lichtbogenbrenner und stellt somit keine v/irkliche Beseitigung dieser Probleme dar.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte rotierbare Lichtbogendrahtspntzvorπchtung bereitzustellen, mit v/elcher insbesondere Innenflächen von Werkstücken, vor allem Zylinderbohrungen in Motorblöcken von Hubkolbenbrennkraftmaschinen beschichtet werden können, ohne dass die beschriebenen Probleme mit den grossen zu rotierenden Massen auftreten, Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein neues verbessertes Verfahren zur Beschickung von Werkstück Innenflächen, insbesondere von Zylinderbohrungen vorzuschlagen,

Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.

Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

Die Erfindung betrifft somit eine rotierende Drahtspήtzvorrichtung, umfassend eine in einem Brennerkopf angeordnete Drahtzuführung, einen Brennerschaft und einen um eine Längsachse des Brennerschafts rotierbaren Spritzkopf. Dabei ist dem Spritzkopf aus einem Drahtspeicher über die Drahtzuführung und durch den Brennerschaft em Paar aus mindestens zwei Spπtzdrähten zuführbar, so dass in einem Schmelzbereich zwischen öen Spnlzdrähten ein Lichtbogen zündbar ist. Der Spritzkopf ist derart ausgestaltet und am

Brennerschaft angeordnet, dass mittels eines Zerstäubergases ein aus öen Spritzdrähten im Lichtbogen gebildetes Beschichtungsmaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche, in einer in Bezug auf die Längsachse des Brennerschafts radialen Richtung nach aussen aufbringbar ist. Erfindunsgemäss ist das Paar aus den zwei Spπtzdrähten relativ zum Brennerkopf, insbesondere um die Längsachse des Brennerschafts roüerbar angeordnet.

Wesentlich für die Erfindung ist somit dass das Paar aus Spritzdrähten rotierbar in Bezug auf den Brennerkopf angeordnet ist, dass heisst die erfindungsgemässe Drahtspπizvorπchtung ist so ausgestaltet, dass sich die Spritzdrähte im Betriebszustand bis zu einem gewissen Grad, d.h. in einer vorgebbaren Anzahl von Umdrehungen, gegeneinander verdrillen können. also miteinander verdreht werden können, ohne dass der Betrieb der erfindungsgemässen Drahtspritzvorrichtung durch die Verdrillung der Spritzdrähte beeinträchtigt oder gestört wird.

Das wird dadurch erreicht, dass das Eiastizitätsvermögen der Spritzdrähte ausgenutzt wird, d.h. die axiale Winkelverdrehung für das Paar von

Spritzdrähten wird einerseits durch die Flexibilität aufgrund der Länge der Spritzdrähte möglich, wobei andererseits gleichzeitig die Zahl der Umdrehungen in eine bestimmte Rotationsrichtung auf einen vorgebbaren Werl begrenz! wird.

Bevorzugt sind die Spritzdrähte dabei elektrisch gegeneinander, z.B. durch Drahtführungsschläuche isoliert, so dass ein Kurzschluss zwischen Anode und Kathode, die in an sich bekannter Weise durch die beiden Spπtzdrähte im Bereich des auszubildenden Lichtbogens gebildet sind, verhindert wird.

In einem einfachen Fall handelt es sich bei der erfindungsgemässen rotierenden Drahtspritzvorrichtung um einen rotierenden Brenner mit feststehender Drahtvorschubeinheit. Eine solche Vorrichtung ist z,B. in der Lage, feststehende Zylinderkurbelgehäuse oder andere zylindrische Bohrungen innen zu beschichten, ohne dass die Bohrung, d.h, das zu beschichtende Werkstück selbst in Rotation versetzt werden muss.

Dazu wird z.B. der Spritzkopf mit Brennerschaft, der bevorzugt als Winkeldüsenverlängerung ausgebildet ist, in Rotation um die Längsachse und in eine Längsbewegung entlang der Längsachse des Brennerschafts versetzt. Die axiale Winkelverdrehung für die beiden Spritzdrähte wird durch die Flexibilität aufgrund der Länge der Spritzdrähte, bzw. des Drahtführungsschlauches ermöglicht. Der zum Lichtbogenspritzen benötigte elektrische Strom wird bevorzugt mittels Schleifkontakte übertragen, oder über feste Stromkabel, wobei die benötigte axiale Winkeiverdrehung ebenfalls durch die Flexibilität aufgrund der Länge der Kabel ermöglicht wird.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist dabei insbesondere darin zu sehen, dass die zu beschleunigenden bzw, zu verzögernden Massen im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen deutlich verringert sind und die zu beschichteten Werkstücke bzw. Bohrungen nicht in Rotation versetzt zu werden brauchen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Brennerschaft und / oder der Brennerkopf und / oder der Spritzkopf in einer Lagerung drehbar um die Längsachse des Brennerschafts gelagert sein. Dadurch, dass z.B. der Brennerschaft und / oder der Spritzkopf und / oder der Brennerkopf getrennt drehbar gelagert und / oder getrennt mittels eines Antriebs in Rotation um die Längsachse des Brennerschafts versetzt werden können, kann z.B. die Anzahl όer Umdrehungen, um die sich eine erfindungsgemässe Drahtspritzvorrichtung in eine Drehrichtung drehen lässt, ohne dass die Spritzdrähte Schaden nehmen, angepasst bzw. optimier! und / oder auf eine maximal mögliche Zahl von Umdrehungen eingestellt werden. Äusserdem kann dadurch die Komplexität des Beschichtungsabiaufs als solches deutlich erhöht werden, was je nach Anwendung, Schichtmaterial, zu erzeugende Schichtdicke usw. von besonderem Vorteil sein kann. Wie bereits erwähnt, kann die zum Zünden und / oder zum Aufrechterhalten des Lichtbogens benötigte elektrische Energie über einen an sich auf anderen technischen Gebieten bekannten Schleifkontakt übertragen werden und / oder die zum Zünden und / oder zum Aufrechterhalten des Lichtbogens benötigte elektrische Energie kann über eine um die Längsachse des Brennerschafts verdrehbare elektrische Leitung zum Brennerkopf übertragen werden.

Analog kann auch das Zerstäubergas über eine rotationsgekoppelte Durchflusskupplung, wie sie in vielen Ausführungsvarianten an sich im Stand der Technik bekannt ist, zum Spritzkopf übertragen werden und / oder das Zerstäubergas kann über eine um die Längsachse des Brennerschafts verdrehbare Zuleitung zum Spπtzkopf übertragen werden.

In einem für die Praxis besonders wichtigen Beispiel kann der Drahtspeicher, in welchem eine bestimmte Menge an Spitzdraht bevorratet ist, im Brennerkopf vorgesehen sein, während der Drahtspeicher in einem anderen Äusführungsbeispiel selbstverständlich auch ausserhaib des Brennerkopfs, z, B, in einer separaten Speichervorrichtung untergebracht sein.

Zum Antrieb des Brennerschafts und / oder des Brennerkopfe und / oder des Spritzkopfs ist ein Drehantrieb vorgesehen, der zum Beispiel ein elektrischer, hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Drehantrieb sein kann, und entweder direkt an den entsprechenden Lagerungen der drehbar angeordneten Komponenten vorgesehen ist, oder der Antrieb kann z.B. indirekt über eine Kette, einen Antriebsriemen oder mittels eines anderen Kopplungsmittels mit den in Rotation zu versetzenden Teilen angekoppelt sein,

Insbesondere, aber nicht nur um eine effiziente industrielle Serienfertigung zu gewährleisten, ist zur Manipulation einer Bewegung der Drahtspritzvorrichtung ein Manipulator, insbesondere ein Roboter vorgesehen. Der Manipulator kann z.B. dazu dienen, automatisch nach einem vorgebbaren Ablauf die Werkstücke zu wechseln und / oder die erfindungsgemässe Drahtspπtzvorπchtung beispielsweise in einer Zylinderbohrung zu platzieren und / oder entlang der Längsachse während des Beschichtungsvorgangs zu bewegen und / oder um andere Bewegungsabläufe der Drahtspritzvorrichtung zu generieren und / oder zu kontrollieren.

Bevorzug! ist dabei zur Steuerung und / oder Regelung der rotierenden Drahtspritzvorrichtung, im Speziellen des Manipulators und / oder des Drehantriebs und / oder der elektrischen Energiezufuhr und / oder der Zufuhr des Zerstäubergases und / oder einer anderen Funktion der rotierenden Drahtspritzvorrichtung eine Steuer- und / oder eine Regelungseinrichtung vorgesehen, die insbesondere zur Gewährleistung eines vorprogrammierten vollautomatischen Prozessablaufs, wie er z.B. zuvor beschrieben wurde, eine elektronische Datenverarbeitungsanlage urnfasst.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere einer Oberfläche einer zylindrischen Bohrung mittels einer rotierenden Drahtspritzvorrichtung, umfassend eine in einem Brennerkopf angeordnete Drahtzuführung, einen Brennerschaft und einen um eine Längsachse des Brennerschafts rotierbaren Spritzkopf. Dabei wird im Betriebszustand dem Spritzkopf aus einem Drahtspeicher über die Drahtzuführung und durch den Brennerschaft ein Paar aus mindestens zwei Spritzdrähten zugeführt und in einem Schmelzbereich zwischen den Spritzdrähten ein Lichtbogen gezündet. Der Spritzkopf wird derart ausgestaltet und am Brennerschaft angeordnet, dass während eines Spritzvorgangs mittels eines Zerstäubergases ein aus den Spritzdrähten im Lichtbogen gebildetes Beschichtungsmaterial auf eine zu beschichtende Oberfläche, in einer in Bezug auf die Längsachse des Brennerschafts radialen Richtung, nach aussen aufgebracht wird. Erfindungsgemäss wird das Paar aus zwei Spritzdrähten relativ zum Brennerkopf, insbesondere um die Längsachse des Brennerschafts rotiert.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst ein erfindunsgemässes Verfahren die folgenden Schritte: Festlegung einer Rotationsrichtung des Spritzkopfes im Beschichtungsvorgang. Festlegung einer Rotationszahl von Umdrehungen des Spritzkopfes zur Durchführung eines Beschichtungszyklus, Festlegung der Anzahl von Beschichtungszyklen und Festlegung einer Startzah! von Drehungen des Spritzkopfes, Zunächst wird sodann der Spritzkopf entgegen der Rotationsπchtuπg gemäss der Startzah! von Drehungen gedreht und der Spπizkopf vor einer zu beschichtenden Oberfläche positioniert. Dann erfolgt ein Start eines ersten

Beschichtungszyklus und die Beschichtung der Oberfläche unter Rotation des Spritzkopfes in Rotationsπchtung um die Längsachse des Brennerschafts, bevorzugt bei gleichzeitiger Bewegung des Spritzkopfes entlang der Längsachse. Der Beschichtungsvorgang wir abgebrochen, nachdem die Zahl der Umdrehungen des Spritzkopfs die Rotationszahl erreicht hat. Der

Spritzkopf wird wieder gemäss der Startzahl von Drehungen entgegen der Rotationsrichlung gedreht und die Beschichtung fortgesetzt, bis die Anzahl der Beschichtungszyklen erreicht ist.

Bevorzugt wird dabei die Startzahl von Drehungen gleich άer Hälfte der Roiationszabl von Umdrehungen des Spritzkopfs zur Durchführung eines Beschichtungszyklus gewählt.

Ein spezieller Ablauf eines Beschichtungsvorgangs gemäss dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, könnte z.B. wie folgt aussehen: Eine Winkeldüsenverlängerung, also ein Brennerschaft mit Spritzkopf, wird mit Drahtführungsschläuchen, Stromkabeln und Luftschlauch an ein fest stehendes Drahtvorschübgetriebe angeschlossen, wobei die Länge der Kabel und Schläuche an die Rolalionszahl von Drehungen, die die Winkeldüsenverlängerung während des Beschichtungsvorgangs durchführen soll, angepasst wird. Die Winkeldüsenverlängerung wird sodann mit der Hälfte der berechneten Rotationszahl in die zur Beschichtungsdrehrichtung entgegen gesetzte Drehrichtung vorgedreht.

Die so vorbereitete Einheit wird in die zu beschichtende Bohrung eingebracht. Der Spritzvorgang, die Drehbewegung und die Längsbewegung wird gestartet. Nachdem die Längsbewegung sowie die vorbestimmle Rotationszahl von Drehungen in der Beschichtungsdrehrichtung abgearbeitet ist, wird der Spritzprozess unterbrochen und die Winkeldüsenverlängerung mit der berechneten Rotationszahl an Drehungen in die zur Beschichtungsdrehrichtung entgegen gesetzte Drehrichtung vorgedreht und entlang ύer Längsachse in einer Längsbewegung der Spritzkopf zum Anfangspunkt des Spritzvorgangs zurück bewegt, wobei währenddessen die Zerstäuberdruckluft eingeschaltet bleibt, um eventuell auf der beschichteten Oberfläche gebildete Staubpartikel zu entfernen. Vorteilhaft kann der

Spπtzkopf z, B, auch eine halbe Umdrehung mehr oder weniger vorgedreht werden, so dass eine noch gleichmässigere Schichtverteilung erreicht v/erden kann, weil bei der Wahl eines etwas anderen Startpunktes die Schichtmaxima nebeneinander zu liegen kommen.

Der Beschichtungsvorgang wird so lange wiederholt, bis die erwünschte Schichtstärke erreicht ist.

Wie bereits erwähnt, wird das Zerstäubergas bevorzugt zwischen zwei aufeinander folgenden Beschichtungszyklen zur Entfernung von Staubpartikeln auf der beschichteten Oberfläche ununterbrochen weiter zugeführt.

Um z. B, eine Zyiinderbohrung über die gesamte Länge gleichmässig zu beschichten, wird der Spritzkopf während des Beschichiungsvorgangs entlang der Längsachse des Brennerschafts bewegt, wobei die Beschichtung bevorzugt in Gegenrichtung zu einer Gasabsaugung durch den Zylinder durchgeführt wird.

In einem für die Praxis wichtigen Verfahren wird die Rotation um die Längsachse abwechselnd in beide Rotationsrichtungen durchgeführt.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann dabei besonders vorteilhaft für die Beschichtung eines Motorblock aus Aluminium Gusslegierungen und / oder aus Gusseisen mit Lamellen- und / oder Vermikulargraphiten und / oder aus Magnesium Gυsslegierυngen und / oder für einen Motorblock aus Stahl eingesetzt werden.

Dabei kann die Beschichtung im Speziellen so durchgeführt werden, dass eine Oberflächenrauhigkeit erreicht wird, deren Wert Rz kleiner als 12öμm ist. Bei einer weiteren Variante eines erfindunsgemässen Verfahrens werden die folgenden Schritte durchgeführt: Festlegung einer Rotatioπsrichtung des Spritzkopfes im Beschichtungsvorgaπg. Festlegung einer Rotatioπszah! von Umdrehungen des Spπtzkopfes zur Durchführung eines Beschichtungszyklus, Festlegung der Anzahl von Beschichtungszykien und Festlegung einer Startzahl von Drehungen des Spπtzkopfes.

Sodann Drehung des Spritzkopfes gemeinsam mit einem rotationsbewegiichen Drahtvorschub, der zum Beispiel im Brennerschaft oder im Brennerkopf angeordnet sein kann, entgegen der Rotationsrichtung mit einem viertel der Startzahl von Drehungen und anschliessend Drehung des rolationsbeweglichen Drahtvorschubs entgegen der Rolationsnchtung mil einem viertel der Startzahl von Drehungen,

Der Spritzkopf wird dann vor einer zu beschichtenden Oberfläche positioniert und ein erster Beschichtungszyklus gestartet, wobei eine Beschichtung der Oberfläche unter Rotation des Spritzkopfes in Rotationsrichtung um die Längsachse des Brennerschafts, unter gleichzeitiger Bewegung des Brennerkopfes entlang der Längsachse erfolgt.

Wenn der Spritzkopf die Hälfte der vorbestimmten Rotationszahl in der Beschichtungsdrehrichtung erreicht hat, beginnt der Drahtvorschub mit zu drehen und der Beschichtungsvorgang wird abgebrochen, nachdem die Zahl der Umdrehungen des Spnlzkopfes die Rolalionszahi erreicht hat.

Sodann wird der Spritzkopfes entgegen der Rotationsrichtung mit der Hälfte der Startzahl von Drehungen gedreht und der Spritzkopfes entlang der Längsachse bis zum halben Spπtzvorgangsanfangspunkl verschoben.

Der Drahtvorschub fängt dann an mit zu drehen, bis insgesamt die Zahl der vorbestimmten Drehungen erreicht ist. wobei die Zerstäubungsdruckluft eingeschaltet bleibt, um Staubpartikel auf der beschichteten Oberfläche zu entfernen. Der Beschichtungsvorgang selbst wird dabei so oft wiederholt, bis die Anzahl der Beschichtungszyklen erreicht ist.

In einem ganz konkreten Beispiel der Beschichtung einer Zyiinderbohrung kann das zuvor beschriebene Verfahren im Speziellen folgenderrnassen aussehen:

1.} Eine Winkeldüsenverlängerung, die z.B. ein Brennerschaft mit Spπlzkopf ist, wird mit einer an die Hälfte der benötigten Anzahl an Drehungen m der Länge angepasste Drahtführungsschläuche, Stromkabeln und Luftschlauch an ein rotationsbewegiiches Drahtvorschubgetriebe angeschlossen, das ein Drahtvorschub ist und innerhalb oder ausserhalb der Winkeldüsenverlängerung angeschlossen sein kann.

2.) Die Winkeldüsenverlänqerunq wird zusammen mit dem rotationsbeweglichen Drahtvorschubgetriebe um ein viertel der berechneten Anzahl von Drehungen in die zur Beschichlungsdrehrichlung entgegen gesetzte Drehrichtung vorgedreht:

3.) Die Winkeldüsenverlängerung wird um ein viertel der berechneten Anzahl von Drehungen in die zur Beschichtungshchtung entgegen gesetzte Drehrichtung vorgedreht.

4.) Die so vorbereitete Einheit wird in die zu beschichtende Bohrung eingebracht.

5.) Der Spritzvorgang wird gestartet, die Drehbewegung der

Winkeldüsenverlängerung und die Längsbewegung aus der Bohrung entlang der Längsachse wird gestartet. Nachdem die Winkeldüsenverlängerung die Hälfte der vorbestirnmten Drehungen in der Beschichtungsdrehrichtung abgearbeitet hat. fängt das Drahlvorschubgetriebe an mitzudrehen bis die - I A -

vorbestimmte Zahl άer Drehungen erreicht ist. Jetzt wird der Spritzprozess unterbrochen und die Winkeidüsenveriängerung mil der Hälfte der berechneten Anzahl an Drehungen in die zur Beschichtungsdrehrichtung entgegen gesetzte Richtung vorgedreht und durch eine Längsbewegung entlang ύer Längsachse bis zur Hälfte des Spπtzvorgangsanfangspunktes bewegt. Das Drahtvorschubgetriebe fängt an mitzudrehen bis insgesamt die Zahl der vorbestimmten Drehungen erreicht ist, wobei währenddessen die Zerstäuberdruckluft eingeschaltet bleibt, um gebildete Staubpartikel auf der beschichteten Oberfläche zu entfernen.

6.) Der Vorgang 5.) wird so oft wiederholt, bis die erwünschte Schichlslärke erreicht ist.

Sm folgenden wird die Erfindung an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen rotierenden Drahtspritzvorrichtung im Betπebszustand;

Fig. 2 ein zweites ÄusführungsbeispieL

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Drahlspπtzvorπchtung, die gesamlhaft im Folgenden mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird,

Die Drahtspritzvorrichtung 1 gemäss Fig. 1 befindet sich im Betriebszustand, d.h. es wird in Fig. 1 gerade eine Oberfläche 13 einer Zylinderbohrung 131 eines aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht nähert dargestellten Motors für ein Kraftfahrzeug, mit einer thermischen Spritzschicht 1300 beschichtet.

!m Beispiel der Fig. 1 erfolgt die Beschichtung darstellungsgernäss von oben nach unten, indem die Drahtspritzvorrichtung 1 unter Rotation, wie durch den Pfeil 51 angedeutet, von einem ebenfalls nicht gezeigten Roboterarm entlang der Längsachse 5 des Brennerschafts 4, der im vorliegenden Beispiel eine Winkeldüsenverlängerung 4 ist, bewegt wird. Es versteht sich, dass die Beschickung natürlich auch von unten nach oben oder nach einem anderen Bewegungsschema erfolgen kann. Die Beschichtung der Oberfläche 13 der Zylinderbohrung 131 ist dabei noch nicht vollständig abgeschlossen, da erst in einem darstellungsgernäss oberen Bereich die thermische Spritzschicht aufgebracht ist.

Die erfiπdungsgemässe Drahtspritzvorrichtung ύer Fig. 1 weist einen nicht rotierbareπ Brennerkopf 2 auf, in welchem sowohl der Drahtspeicher 7, der einen bestimmten Vorrat an Spritzdraht 81 , 82 bereit hält, als auch eine Drahtzuführung 3, welche das Paar 8 aus den zwei Spritzdrähten 81 , 82 kontinuierlich in den Spritzkopf 8 nachliefert.

Im Spritzkopf 8 bilden die Spritzdrähte 81 , 82 in an sich bekannter Weise ein Eiektrodenpaar zur Initiierung und Aufrechterhaitung des Lichtbogens 10, in welchem die Spritzdrähte 81 , 82 schmelzen und so das

Beschichtungsmaterial 12 bilden, das auf die zu beschichtende Oberfläche 13 mittels eines Zerstäubergases 1 1 , das z.B. Stickstoff, ein Edelgas, z.B. Helium oder Argon, einfache Luft oder ein anderes geeignetes Zerstäubungsgas sein kann, auf die Oberfläche 13 zur Bildung der thermischen Spritzschicht 1300 aufgeschleudert wird.

Die zur Bildung des Lichtbogens 10 benötigte elektrische Energie wir den Spritzdrähten 81 , 82 über elektrische Leitungen 151 , 152 zugeführt, die ihrerseits in an sich bekannter Weise über Schleifkontakte 15. die in der Lagerung 14 vorgesehen sind, die elektrische Energie von einer computergesteuerten Steuer- und Regelungseinrichtung 17 bezieht.

Die Einrichtung 17 stellt ebenfalls das Zerstäubungsgas 1 1 zur Verfügung, dass über die rotationsgekoppelte Durchflusskopplung 17, die ebenfalls in an sich bekannter weise in der Lagerung 14 vorgesehen ist, über eine nicht dargestellte Zuleitung der Zerstäuberdüse 1 1 1 zugeleitet wird. Das Zersläubungsgas 1 1 strömt dann unter einem vorgebbaren Druck aus der Zerstäuberdüse 1 1 1 radial nach aussen aus, und schleudert so zur Bildung der Oberflächenschicht 1300 das im Lichtbogen 10 gebildete

Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche 13 der Zylinderbohrung 131.

Im speziellen Ausiuhrungsbeispiei der Fig. 1 bilden Spnlzkopf 6 und Brennerschaft 4 eine Einheit, die nicht gegeneinander verdrehbar sind.

Vielmehr wird der Brennerschaft 4 gemeinsam mit dem Spritzkopf 8 in der Lagerung 14 durch einen in Fig. 1 nicht gezeigten Antrieb in Rotation versetzt, während der Brennerkopf 2 mit Drahtspeicher 7 und Drahtzuführung 3 nicht rotiert. Somit rotiert der Brennerschaft 4 mit dem Spritzkopf 8 relativ zum Brennerkopf 2. Dabei wird das Paar 8 der Spπtzdrähte 81 , 82 im Inneren des Brennerschafts 4 verdrillt, da das Paar 8 um die Längsachse 5 rotiert. Damit, wenn sich die Spritzdrähte durch die Verdrillung z.B. berühren, kein elektrischer Kurzschluss entsteht, sind die Spritzdrähte 81 , 82 in geeigneter Weise mit einer nicht explizit dargestellten elektrischen Isolierung versehen. Dabei ist die Rotationszahl von Umdrehungen des Spnlzkopfes derart limitiert, dass die Elastizität der Spritzdrähte 81 , 82 ausreicht, so dass die Spritzdrähte 81 , 82 durch die Verdrillung nicht beschädigt werden, und ein kontinuierlicher Vorschub der Spritdrähte 81 , 82 in den Spritzkopf jederzeit voll gewährleistet ist. Da die elektrischen Zuleitungen 151 , 152 über Schleifkontakte, und die nicht dargestellte Leitung für die Zufuhr des Zersläubergases 1 1 zwischen Breπnerkopf 2 und Brennerschaft 4 über die rotationsgekoppelte Durchflusskupplung 16 hergestellt ist, können sowohl die elektrischen Zuleitungen 151 , 152, als auch die nicht dargestellte Zuleitung für das

Zerstäubergas mit dem Brennerkopf 8 und dem Brennerschaft 4 mitrotieren, ohne dass es zu Verdrillungen kommt.

In Fig. 2 ist ausschnitisweise ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Drahtspritzvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Bei diesem Beispiel rotiert die gesamte Anordnung aus Brennerkopf 2 mit Drahtzuführung 3, Brennerschaft 4 und dem in Fig. 2 nicht dargestellten Spritkopf 8 synchron um die Längsachse 5 des Brennerschafts 4, Die Verdriilung der Spritzdrähte 81 , 82 findet in einem Bereich zwischen Brennerkopf 2 und Drahtspeicher 7 statt, der z.B. in etwas grosserer Entfernung zum Brennerkopf 2 platzier! isl. Durch die etwas grossere

Entfernung zwischen Brennerkopf 2 und Drahtspeicher 7 kann die Verdrillung des Paars 8 der Spritzdrähte 81. 82 über eine längere Distanz verteilt werden, so dass z.B. eine grossere Rotationszahl von Drehungen in ein und dieselbe Richtung möglich ist, ohne dass die Spritzdrähte durch die Verdrillυng miteinander Schaden nehmen.

Es versieht sich von selbst, dass alle in dieser Anmeldung explizit diskutierten Ausführungsbeispiele exemplarisch für die Erfindung zu verstehen sind und insbesondere auch alle geeigneten Kombinationen, die für spezielle Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden können, bzw. alle dem Fachmann nahe liegenden Weiterbildungen durch die Erfindung erfasst sind.

Claims

1 . Rotierende Drahtspritzvorrichtung, umfassend eine in einem Brennerkopf (2) angeordnete Drahtzuführung (3), einen Brennerschaft (4) und einen um eine Längsachse (5) des Brennerschafts (4) rotierbaren Spritzkopf (8), wobei dem Spritzkopf (8) aus einem Drahtspeicher (7) über die

Drahtzuführung (3) und durch den Brennerschaf!: (4) ein Paar (8} aus mindestens zwei Spritzdrähten (81 , 82) zuführbar ist, so dass in einem Schmelzbereich (9) zwischen den Spritzdrähten (81 , 82) ein Lichtbogen (10) zündbar ist, wobei der Spritzkopf (8) derart ausgestaltet und am Brennerschaft (4) angeordnet ist, dass mittels eines Zerstäubergases (1 1 ) ein aus den Spritzdrähten (81 , 82) im Lichtbogen (10) gebildetes Beschichtungsmateriai (12) auf eine zu beschichtende Oberfläche (13), in einer in Bezug auf die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) radialen Richtung nach aussen aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet dass das Paar (8) aus zwei Spritzdrähten (81 , 82) relativ zum Brennerkopf (2), insbesondere um die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) rotierbar angeordnet ist,

2. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Brennerschaft (4) und / oder der Brennerkopf (2) und / oder ύer Spritzkopf (6) in einer Lagerung (14) drehbar um die Längsachse (5) des

Brennerschafts (4) gelagert ist.

3. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2₅ wobei die zum Zünden und / oder zum Aufrechterhalten des Lichtbogens (10) benötigte elektrische Energie über einen Schleifkontakt (15) übertragen wird.

4. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zum Zünden und / oder zum Aufrechterhalten des Lichtbogens (10) benötigte elektrische Energie über eine um die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) verdrehbare elektrische Leitung zum Spritzkopf (8) übertragen wird. 5, Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, wobei das Zerstäubergas (1 1 ) über eine rotationsgekoppelte Durchflüsskupplung (16) zum Spritzkopf (6) übertragen wird.

8. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zerstäubergas (1 1 ) über eine um die Längsachse

(5) des Brennerschafts (4) verdrehbare Zuleitung zürn Spritzkopf (8) übertragen wird

7. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Drahtspeicher (7) im Brennerkopf (2) vorgesehen ist.

8, Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Antrieb des Brennerschafts (4) und / oder des Brennerkopfs (2} und / oder des Spritzkopfs (6) ein Drehantrieb vorgesehen ist.

9, Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Manipulation einer Bewegung der Drahtspritzvorrichtung ein Manipulator, insbesondere ein Roboter vorgesehen ist,

10. Rotierende Drahtspritzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Steuerung und / oder Regelung der rotierenden

Drahtspritzvorrichtung, im Speziellen des Manipulators und / oder des Drehantriebs und / oder der elektrischen Energiezufuhr und / oder der Zufuhr des Zerstäubergases (1 1 ) und / oder einer anderen Funktion der rotierenden Drahtspritzvorrichtung eine Steuer- und / oder eine Regeiungseinrichtung (17) vorgesehen ist, die insbesondere zur

Gewährleistung eines vorprogrammierten vollautomatischen Prozessablaufs eine elektronische Datenverarbeitungsanlage umfasst.

1 1 , Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (13) eines Werkstücks (18), insbesondere Oberfläche (13) einer zylindrischen Bohrung mittels einer rotierenden Drahtspritzvorrichtung (1 ), umfassend eine in einem Brennerkopf (2) angeordnete Drahtzuführung (3), einen Brennerschaft (4) und einen um eine Längsachse (5) des Brennerschafts (4) rotierbaren Spritzkopf (8), wobei dem Spritzkopf (6) aus einem Drahtspeicher (7) über die Drahtzuführung (3) und durch den Brennerschaft (4) ein Paar (8) aus mindestens zwei Spritzdrähten (81 , 82) zugeführt wird, und in einem Schrneizbereich (9) zwischen den Spritzdrähten (81 , 82) ein Lichtbogen (10) gezündet wird, wobei der Spritzkopf (6) derart ausgestalte! und am Brennerschaft (4) angeordnet wird, dass während eines Spritzvorgangs mittels eines Zerstäubergases (1 1 ) ein aus den Spritzdrähten (81 , 82) im

Lichtbogen (10) gebildetes Beschichtungsmaterial (12) auf eine zu beschichtende Oberfläche (13), in einer in Bezug auf die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) radialen Richtung, nach aussen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar (8) aus zwei Spritzdrähten (81 , 82) relativ zürn Brennerkopf (2). insbesondere um die Längsachse (5) des

Brennerschafts (4) rotiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Festlegung einer Rotationsrichtung (51 ) des Spritzkopfes (8) im

Beschichtungsvorgang; b) Festlegung einer Rotationszahl von Umdrehungen des Spritzkopfes (8) zur Durchführung eines Beschichtungszykius; c) Festlegung der Anzahl von Beschichtungszyklen; d) Festlegung einer Startzahl von Drehungen des Spritzkopfes (8); e) Drehung des Spritzkopfes (8) entgegen der Rotationsrichtung (51 ) gemäss der Startzahl von Drehungen; f) Positionierung des Spritzkopfes (8) vor einer zu beschichtenden Oberfläche (13); g) Start eines ersten Beschichtungszyklus und Beschichtung der

Oberfläche (13) unter Rotation des Spritzkopfes (6) in Rotationsrichtung (51 ) um die Längsachse (5) des Brennerschafts (4) und Abbruch des Beschichtungsvorgangs nachdem die Zahl der Umdrehungen des Spritzkopfs (6) die Rotationszahl erreicht hat; h) Wiederholung von Schritt g) bis die Anzahl der Beschichtungszykäen erreicht ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei die Startzahl von Drehungen gleich der Rotationszahl von Umdrehungen des Spritzkopfs (8) zur Durchführung eines Beschichtungszyklus gewählt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei das Zerstäubergas (1 1 ) zwischen zwei aufeinander folgenden Beschichtungszykäen zur Entfernung von Staubpartikeln auf όer beschichteten Oberfläche (13) ununterbrochen weiter zugeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei der Spritzkopf (8) während des Beschichtungsvorgangs entlang der Längsachse (5) des Brennerschafts (4) bewegt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 5, wobei die Rotation um die Längsachse (5) abwechselnd in beide Rotationsrichtungen durchgeführt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, wobei die Beschichtung in Gegenrichtung zu einer Gasabsaugung durch den Zylinder durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, wobei eine Beschichtung mit einer Oberflächenrauhigkeit erreicht wird, deren Wert Rz kleiner als

120μm ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, wobei die Beschichtung auf einen Motorblock aus Aluminium Gusslegierungen und / oder aus Gusseisen mit Lamellen- und / oder Vermikulargraphiten und / oder aus Magnesium Gusslegierungen und / oder auf Motorblock aus Stahl aufgebracht wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a) Festlegung einer Rotationsrichtung (51 } des Spritzkopfes (6) im Beschichtungsvorgang; b) Festlegung einer Rotationszahl von Umdrehungen des Spritzkopfes (8) zur Durchführung eines Bescbicbtungszyklus; c) Festlegung der Anzahl von Beschichtungszyklen; d) Festlegung einer Startzahl von Drehungen des Spritzkopfes (8); e) Drehung des Spritzkopfes (6) gemeinsam mit einem rotationsbeweglichen Drahtvorschub entgegen der Rotationsrichtung (51 } mit einem viertel der Startzahl von Drehungen; f) Drehung des Spritzkopfes (6) entgegen der Rotationsrichtung (51 ) mit einem viertel der Startzahl von Drehungen; g) Positionierung des Spiitzkopfes (6) vor einer zu beschichtenden

Oberfiäche (13); h) Start eines ersten Beschichtungszyklus und Beschichtung der

Oberfläche (13) unter Rotation des Spritzkopfes (8) in Rotationsrichtung

(51 ) um die Längsachse (5) des Brennerschafts (4), unter gleichzeitiger Bewegung des Brennerkopfes entlang der Längsachse 5; j) wenn der Spritzkopf die Hälfte der vorbestimmten Rotationszahl in der

Beschichtungsdrehrichtung erreicht hat, beginnt der Drahtvorschub mit zu drehen und Abbruch des Beschichtungsvorgangs nachdem die Zahl der

Umdrehungen des Spritzkopfs (8) die Rotationszahl erreicht hat; k) Drehung des Spritzkopfes (8) entgegen der Rotationsrichtung (51 ) mit der Hälfte der Startzahl von Drehungen und Bewegung des Spritzkopfes

(8) entlang der Längsachse (5) bis zum halben

Sphtzvorgangsanfangspunkt;

I) der Drahtvorschub fängt an mit zu drehen bis isngesamt die Zahl der vorbestimmten Drehungen erreicht ist, wobei die Zerstäubungsdruckluft eingeschaltet bleibt, um Staubpartikel auf der beschichteten Oberfläche zu entfernen. k) Wiederholung von Schritt h) bis I), bis die Anzahl der

Beschichtungszyklen erreicht ist.