WO2013083672A1 - Plasmaspritzgerät, sowie beschichtungsverfahren - Google Patents

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WO2013083672A1
WO2013083672A1 PCT/EP2012/074595 EP2012074595W WO2013083672A1 WO 2013083672 A1 WO2013083672 A1 WO 2013083672A1 EP 2012074595 W EP2012074595 W EP 2012074595W WO 2013083672 A1 WO2013083672 A1 WO 2013083672A1
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plasma
coating
treatment
plasma torch
spray gun
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PCT/EP2012/074595
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Inventor
Peter Ernst
Jürg WIPF
Thomas LÖHKEN
Original Assignee
Sulzer Metco Ag
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Publication date
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0627—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
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    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes

Definitions

  • Plasma sprayer as well as coating process
  • the invention relates to a plasma spraying apparatus for coating a
  • Plasma spray guns are generally used for coating of thermally or mechanically highly stressed parts by a
  • a corresponding material such as a ceramic or a suitable metal alloy
  • a gas flow on the surface to be coated As long as the surface to be coated is easily accessible from the outside, it can be coated with a conventional plasma spray gun.
  • a plasma spraying device with a plasma jet which emerges axially with respect to its longitudinal axis, this is highly inefficient, since only a negligible part of the plasma jet is used molten coating material is also effectively applied to the wall.
  • Cylinder running surfaces of internal combustion engines wherein corresponding coatings are applied by various thermal spraying methods in the prior art.
  • this is particularly, but not only, widely used in engines for automobiles, aircraft, boats and ships of all kinds.
  • Plasma torch or at a certain angle of inclination to
  • Rotation axis from the plasma torch and is, for example, with the aid of a pressurized gas stream, which may often be formed by a noble gas, or an inert gas such as nitrogen, or simply formed by air, to form the desired surface layer on the cylindrical convex surface.
  • a pressurized gas stream which may often be formed by a noble gas, or an inert gas such as nitrogen, or simply formed by air.
  • a thermal spray powder as the starting material for the coating.
  • Such a rotary plasma spraying device is e.g. already in the
  • EP0601968 A1 discloses. State-of-the-art devices such as Sulzer Metco's SM-F210 burners have long been very successful in use and firmly established in the market. But also solutions using injection wires in rotating burners are known, as shown for example in WO 2008/037514.
  • the corresponding cylinder surfaces are usually activated by various methods prior to the thermal coating, for example by corundum blasting, chilled cast iron, high pressure water jets, various laser processes or by other known activation process.
  • Substrates made of light metal alloys based on Al or Mg are most often pretreated and subsequently coated. The activation of the surfaces guarantees in particular a better adhesion of the thermally sprayed coatings.
  • Multilayer systems appear advantageous, one after the other
  • the applied layer very special chemical, physical, topological or other properties obtained, for example, on the
  • Can change layer thickness e.g. applied directly to the surface of a first coating that guarantees good adhesion to the cylinder wall.
  • This first adhesive layer may then be coated e.g.
  • a second layer is applied, which finally forms the cylinder surface in a motor and has good lubricating, friction, and running properties, so that a piston runs optimally on such a coated surface.
  • Sandblasting device must be removed after sandblasting, the surface to be coated cleaned, possibly dried, the environment of the engine block from the remainder of sandblasting either cleaned or brought the engine block for subsequent coating in another environment, such as in a Coating booth in which the rotatable plasma torch is located.
  • a first adhesive layer of a first material is applied to the activated cylinder surface by the rotating burner.
  • a first adhesive layer of a first material is applied to the activated cylinder surface by the rotating burner.
  • the surface layer which is later to form the cylinder surface, either the plasma torch is changed or a supply of another coating material is connected to the plasma torch, and the surface layer is thermally sprayed on.
  • the object of the invention is therefore to provide a plasma spraying apparatus and a coating method for coating a curved surface, in particular a convex inner surface of a bore or
  • the invention thus relates to a plasma spraying apparatus for coating a curved surface, in particular a convex inner surface of a bore or pipe wall.
  • a first plasma torch for generating a coating beam from a first coating material by means of an arc is provided on a burner shaft of the plasma spraying device such that the first plasma torch is rotatable about a shaft axis of the burner shaft for coating the curved surface.
  • Burner shaft for carrying out a surface treatment on Burner shaft additionally provided a rotatable about the shaft axis arranged treatment device
  • Essential to the invention is thus that for carrying out a
  • Coating process is performed on the burner shaft nor a rotatable about the shaft axis arranged treatment device is provided, so that at the same time or with one and the same plasma spray gun
  • the at least one additional rotatable treatment device on the burner shaft can preferably be an additional plasma coating device, so that with one and the same plasma spraying device in one or successive processing steps, e.g. a multilayer coating system can be sprayed on.
  • the additional treatment device is a device for activating the surface to be coated.
  • the treatment device may be e.g. an energy ray, in the
  • Spezielen a laser beam or very particularly preferably provide a second plasma jet available, whereby the surface can be previously activated for the coating process, so that in particular an improved adhesion of the sprayed surface layer can be achieved.
  • additional treatment device may be provided on one and the same burner shaft.
  • a further treatment device eg an energy beam, preferably a laser beam, or a treatment device providing a plasma jet, may be provided can, with which prior to the coating process, the surface can be activated.
  • a plasma phtapparat according to the invention depends on the specific application. So it may be possible in very special cases that an activation of the surface is not necessary, but a two- or multi-layer coating system is to be sprayed. In such a case, the inventive
  • Plasma spraying device via two plasma torches both being designed for applying a thermal spray coating either as a powder spraying device or as a wire spraying device in a conventional manner.
  • the surface may be activated in two steps with two different plasma jets or in one step with a laser and in another step with a plasma jet.
  • a plasma spray gun of the present invention has two additional ones in addition to the first plasma torch
  • Such cylinder liners often have an enormous size.
  • cylinder liners with a height of 2.5 m and more with a diameter of 1 m are quite common.
  • a corresponding plasma spraying device according to the invention can be equipped with virtually any number of plasma torches and / or additional treatment devices, since sufficient space is available in such large cylinder liners.
  • the invention by no means refers to the coating of inner walls of cylinders of internal combustion engines of all kinds.
  • a plasma spraying device according to the invention can also be used for coating other objects, even very large objects, in which a rotating plasma spraying device can be advantageously used.
  • the internal coating of boilers e.g. from
  • the inner coating of pipeline pipes for transporting oil, gas or other fluids called, often chemically or mechanically are aggressive, so that the inner walls must be protected by thermal spray coatings.
  • the present invention for the first time a plasma spray gun and a coating method for coating a curved surface, in particular a convex inner surface of a bore or pipe wall available, with the effort for the activation and for the application of multilayer coatings significantly reduced and at the same time easier and cheaper to handle than known from the prior art devices and methods and thus also a much higher degree of automation can be achieved.
  • the treatment device can be, for example, a second, known per se plasma torch for providing a
  • treatment beam in the form of a plasma jet in another preferred embodiment, can also provide the treatment beam, for example in the form of an energy beam, in particular in the form of a laser beam.
  • the power generation source so for example a
  • Laser device is provided on the burner shaft itself. In another embodiment, it is also quite possible that the
  • Power generation source e.g. a laser is provided outside of the burner shaft away from it and the energy beam is transmitted via a suitable line, in the case of a laser e.g. is supplied via a laser light guide to the burner shaft for use as an activation source.
  • the treatment beam is preferably arranged in such a way and can be controlled in particular by means of a drive device that the
  • the surface is activated with the treatment beam.
  • the treatment steel which is preferably a plasma jet, a second Be coating material supplied, so that even with the treatment beam, a thermal coating is feasible.
  • the first plasma torch and the treatment device can be arranged offset relative to one another with respect to the shaft axis or can also be arranged at the same axial height with respect to the shaft axis.
  • the first plasma torch and / or the treatment device is arranged pivotably on the burner shaft, so that an angle below that of the coating jet of the first
  • Treatment device individually, depending on the application is adjustable.
  • the first plasma torch and the treatment device at a predeterminable angle, preferably at an angle between 0 ° and +/- 180 0, in particular at an angle of approximately +/- 45 ° or + / -90 ", more preferably at an angle of about 80 ° to each other.
  • the first plasma torch and the processing means are rotatable around the circumferential direction at different rotational speeds, e.g. two different rotary drives are provided or for example by the rotary drives of the plasma torch and the treatment device are coupled together via a suitable gear, so that the plasma torch and the treatment device it
  • Burner stems are rotatable.
  • thermal spray materials in particular wettable powders or sprayed wires, are suitable as spray materials for forming the coating on the surface to be coated. That is, the first plasma torch and / or the treatment device
  • the coating material may be supplied in the form of a wettable powder, in the form of a spray wire or in any other suitable form.
  • the invention further relates to a coating method for coating a curved surface, in particular a convex inner surface of a bore or pipe wall, by means of a plasma spraying device.
  • the first plasma torch is rotated to coat the curved surface around a shaft axis of the burner shaft.
  • Performing a surface treatment on the burner shaft additionally provided a treatment device which is rotated about the shaft axis for the treatment of the surface.
  • the treatment means in the form of a second plasma torch to provide a
  • Treatment beam provided in the form of a plasma jet and is preferably used to activate the surface of the object to be coated.
  • the object to be coated is preferably used to activate the surface of the object to be coated.
  • Treatment beam in the form of an energy beam, in particular provided in the form of a laser beam and preferably used to activate the surface of the object to be coated.
  • a second coating material may be supplied to the treatment steel, and a coating may be performed with the second treatment beam.
  • FIG. 1 a first embodiment of an inventive device
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment according to FIG. 1, plasma torch and treatment device being axially offset from each other;
  • Fig. 3 shows another embodiment with two
  • Coating equipment and different rotation. 1 shows a schematic representation of a first simple embodiment of a plasma spraying device according to the invention when coating a cylinder running surface of a cylinder
  • a first plasma torch 4 for generating a coating jet 5 from a first coating material 6 by means of an arc is provided on a burner shaft 3 of the plasma spraying device 1, the first plasma torch 4 for coating the curved surface 21 rotatable about a shaft axis A of the burner shaft 3 is arranged.
  • the burner shaft 3 itself rotates, as indicated by the arrow U.
  • a treatment device 7, 71 arranged rotatably about the shaft axis A is additionally provided on the burner shaft 3, which in the exemplary embodiment of FIG. 1 is a further plasma torch.
  • coating substrate or other boundary conditions may be predetermined, be optimally adjusted. It is also possible that, for example, the directions of the treatment beam 8, 81 and / or the first
  • Plasma torch 4 adjustable i. Are controllable and / or controllable, e.g. by the direction being influenced by suitable means such as servomotors, hydraulic or pneumatic actuating means or other suitable known means of adjustment so that an optimal work result is achieved. That is, both the first plasma torch 4 and the
  • Treatment device 7, 71 can be arranged pivotably on the burner shaft 3 in one or more spatial directions.
  • the first plasma torch 4 and the treatment device 7, 71 are preferably in relation to a circumferential direction U about the shaft axis A at a predetermined angle a, preferably at an angle a of about 90 °, particularly preferably, as shown in Fig. 1, offset at an angle ⁇ of about 180 ° to each other.
  • the advantage here is that between the activation of the surface 21 and the subsequent
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment with two
  • the treatment device 7, 71 although also a plasma torch, but this is designed so that it is not the surface 21 is activated, Instead, the treatment device 7, 71 serves to apply another coating 221 to the coating 22 applied by the first plasma torch 4 in the long term.
  • the treatment device 7, 71 is provided on an inner part of the shaft 31 within the burner shaft 3, wherein on the burner shaft 3, a window F is provided so suitable that the treatment beam 81, which here is a second coating beam 81, unhindered outside on the substrate to be coated can escape.
  • the outer burner shaft 3 and the inner sub-shaft 31 may be e.g. be mounted on a common axis through which e.g. Also, all the necessary supply lines for the devices are routed to the burner shaft 3 and to the subshaft 31 and, for example, the burner shaft 3 and subshaft 31 can be coupled by means of a suitable gear mechanism so that both can have a different rotational speed, e.g. leads to the fact that the first layer 22 and the 221 injected thereon have different thickness, because the exposure time of the two different coating jets is different.
  • outer burner shaft 3 and the inner sub-shaft 31 each have a separate drive, so that their respective rotational speeds are individually adjustable.
  • Embodiments is limited and in particular all suitable combinations of the illustrated embodiments are covered by the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät (1) zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche (21), insbesondere konvexe innere Oberfläche (21) einer Bohrungs- oder Rohrwand. An einem Brennerschaft (3) des Plasmaspritzgeräts (1) ist ein erster Plasmabrenner (4) zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls (5) aus einem ersten Beschichtungsmaterial (6) mittels eines Lichtbogens derart vorgesehen, dass der erste Plasmabrenner (4) zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche (21) um eine Schaftachse (A) des Brennerschafts (3) rotierbar ist. Erfindungsgemäss ist zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft (3) zusätzlich eine um die Schaftachse (A) rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung (7, 71) vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche.

Description

Plasmaspritzgerat, sowie Beschichtungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät zur Besch ichtung einer
gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand, sowie ein Beschichtungsverfahren zur
Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Plasmaspritzgeräte werden im allgemeinen zum Beschichten von thermisch oder mechanisch hoch beanspruchten Teilen eingesetzt, indem ein
entsprechendes Material, beispielsweise eine Keramik oder eine geeignete Metallegierung, durch den im Plasmabrenner erzeugten Lichtbogen geschmolzen und mittels Unterstützung einer Gasströmung auf die zu beschichtende Flache aufgetragen wird. Solange die zu beschichtende Fläche leicht von aussen her zugänglich ist, kann diese mit einem herkömmlichen Plasmaspritzgerät beschichtet werden. Sollen jedoch z.B. Innenwandungen von Bohrungen oder Rohren beschichtet werden, so stellen sich gewisse Probleme. Wird eine solche Wandung durch ein Plasmaspritzgerät mit einem in Bezug auf seine Längsachse axial austretendem Plasmastrahl beschichtet, so ist dies höchst ineffizient, da nur ein verschwindend geringer Teil des geschmolzenen Beschichtungsmaterials auch effektiv auf die Wandung aufgetragen wird.
Diese Problematik tritt z.B. auch beim thermischen Beschichten von
Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren auf, wobei entsprechende Beschichtungen durch verschiedene thermische Spritzverfahren im Stand der Technik aufgebracht werden. Dies ist heutzutage insbesondere, aber nicht nur, bei Motoren für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Boote und Schiffe aller Art in weit verbreiteter Anwendung.
Dabei ist es heute üblich, Plasmaspritzvorrichtungen mit einem rotierenden Plasmabrenner zur Beschichtung der konvexen Innenflächen der Zylinder zu verwenden. Bei diesen speziellen Plasmaspritzvorrichtungen tritt ein
Beschichtungsstrahl entweder senkrecht zur Rotationsachse des
Plasmabrenners oder unter einem bestimmten Neigungswinkel zur
Rotationsachse aus dem Plasmabrenner aus und wird zum Beispiel unter zu Hilfenahme eines Druck beaufschlagten Gasstroms, der häufig von einem Edelgas, oder einem Inertgas wie Stickstoff, oder auch einfach durch Luft gebildet sein kann, zur Bildung der gewünschten Oberflächenschicht auf die zylindrische konvexe Oberfläche geschleudert. Dabei gibt es Brenner, die alsa Ausgangmaterial für die Beschichtung ein thermisches Spritzpulver benützen. Ein solche rotierende Plasmaspritzvorrichtung ist z.B. bereits in der
EP0601968 A1 offenbart. Hochmoderne Geräte wie z.B. die Brenner SM- F210 der Firma Sulzer Metco sind seit langem sehr erfolgreich in Gebrauch und fest im Markt etabliert. Aber auch Lösungen, die Spritzdrähte in rotierenden Brenner verwenden sind bekannt, wie beispielweise in der WO 2008/037514 gezeigt.
Dabei werden gewöhnlich die entsprechenden Zylinderlaufflächen durch verschiedene Verfahren vor dem thermischen Beschichten aktiviert, z.B. durch Korundstrahlen, Hartgussstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen, diverse Laserverfahren oder durch andere an sich bekannte Aktivierungsverfahren. Am häufigsten werden dabei Substrate aus leichtmetallischen Legierungen auf AI oder Mg Basis vorbehandelt und anschliessend beschichtet. Die Aktivierung der Oberflächen garantiert dabei insbesondere eine bessere Haftung der thermisch aufgespritzen Beschichtungen. Dabei gibt es durchaus auch spezielle Anwendungsbeispiele, wo
Mehrschichtsysteme vorteilhaft erscheinen, die nacheinander aus
verschiedenen Beschichtungsmaterialien aufgespritzt werden, oder die zwar aus dem gleichen Material bestehen aber unter Verwendung von
unterschiedlichen Spritzparametern aufgebracht werden, so dass die aufgebrachte Schichte ganz spezielle chemische, physikalische, topologische oder andere Eigenschaften erhalten, die sich zum Beispiel über die
Schichtdicke ändern können. So kann z.B. direkt auf die Oberfläche eine erste Beschichtung aufgebracht werden, die eine gute Haftung an der Zylinderwand garantiert. Auf diese erste Haftschicht kann dann z.B. eine zweite Schicht aufgebracht werden, die schliesslich die Zylinderlauffläche in einem Motor bildet und gute Schmier-, Reib-, und Laufeigenschaften hat, so dass ein Kolben optimal auf einer solchen beschichteten Oberfläche läuft.
Nachteilig ist dabei, dass sowohl die Aktivierung der Oberflächen vor dem Beschichten als auch beispielweise die Bildung eines Mehrschichtsystems verschiedene Arbeitschritte braucht, was sehr zeitaufwändig ist, einen
Wechsel des Equipments erfordert und damit teuer ist.
So kann es z.B. zur Bildung einer zwei- oder mehrlagigen Beschichtung auf einer Zylinderoberfläche notwendig sein, dass die Oberfläche zunächst mittels eines Sandstrahlverfahren aktiviert wird, die entsprechende
Sandstrahlvorrichtung muss nach dem Sandstrahlen entfernt werde, die zu beschichtende Oberfläche muss gereinigt, eventuell getrocknet werden, die Umgebung des Motorblocks von den Resten des Sandstrahlens entweder gereinigt werden oder der Motorblock zum anschliessenden Beschichten in eine andere Umgebung gebracht werden, beispielweise in eine Beschichtungsbude in der sich der rotierbare Plasmabrenner befindet.
Sodann wird eine erste Haftschicht aus einem ersten Material auf die aktivierte Zylinderoberfläche durch den rotierenden Brenner aufgebracht. Anschliessend wird zum Aufbringen der Oberflächenschicht, die später die Zylinderlauffläche bilden soll, entweder der Plasmabrenner gewechselt oder ein Vorrat mit einem anderen Beschichtungsmaterial an den Plasmabrenner angeschlossen, und die Oberflächenschicht thermisch aufgespritzt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Plasmaspritzgerät sowie ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere einer konvexen inneren Oberfläche einer Bohrungs- oder
Rohrwand zur Verfügung zu stellen, welches den Aufwand für die Aktivierung und / oder das Aufbringen mehrlagiger Schichten deutlich reduziert und gleichzeitig einfacher und kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu handhaben ist und womit ein deutlich höherer Automatisierungsgrad erreichbar ist.
Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gekennzeichnet.
Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung betrifft somit ein Plasmaspritzgerät zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand. An einem Brennerschaft des Plasmaspritzgeräts ist ein erster Plasmabrenner zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls aus einem ersten Beschichtungsmaterial mittels eines Lichtbogens derart vorgesehen, dass der erste Plasmabrenner zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche um eine Schaftachse des Brennerschafts rotierbar ist.
Erfindungsgemäss ist zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft zusätzlich eine um die Schaftachse rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung vorgesehen
Wesentlich für die Erfindung ist somit, dass zur Durchführung einer
Oberflächenbehandlung, die zusätzlich zu mindestens einem
Beschichtungsvorgang durchgeführt wird, am Brennerschaft noch eine um die Schaftachse rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung vorgesehen ist, so dass mit ein und demselben Plasmaspritzgerät gleichzeitig oder
nacheinander neben einem Beschichtungsvorgang mindestens noch ein weiterer Behandlungsvorgang durchführbar ist. Die mindestens eine zusätzliche rotierbare Behandlungseinrichtung am Brennerschaft kann dabei bevorzugt eine zusätzliche Plasmabeschichtungseinnchtung sein, so dass mit ein und demselben Plasmaspritzgerät in einem oder aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritte z.B. ein mehrlagiges Schichtsystem aufgespritzt werden kann. Besonders bevorzugt ist die zusätzliche Behandlungseinrichtung eine Einrichtung zur Aktivierung der zu beschichtenden Oberfläche. Zu diesem Zweck kann die Behandlungseinrichtung z.B. einen Energiestrahl, im
Spezielen einen Laserstrahl, oder ganz besonders bevorzugt einen zweiten Plasmastrahl zur Verfügung stellen, womit die Oberfläche vorgängig zum Beschichtungsvorgang aktiviert werden kann, so dass insbesondere eine verbesserte Haftung der aufgespritzten Oberflächenschicht erreichbar ist.
Es versteht sich von selbst, dass natürlich im Prinzip mehr ais eine
zusätzliche Behandlungseinrichtung an ein und demselben Brennerschaft vorgesehen sein kann. So ist es zum Beispiel möglich, dass mindestens zwei verschiedne Plasmabrenner vorgesehen sind, mit denen mindestens zwei gleiche oder verschiedene Beschichtungen aufgebracht werden können, wobei zusätzlich noch eine weitere Behandlungseinrichtung, z.B. eine einen Energiestrahl, bevorzugt Laserstrahl, oder eine einen Plasmastrahl bereitstellende Behandlungseinrichtung vorgesehen sein kann, mit welcher vorgängig zum Beschichtungsvorgang die Oberfläche aktiviert werden kann. Die konkrete Ausführung eines erfindungsgemässen Plasmasphtzgeräts hängt dabei natürlich von der speziellen Anwendung ab. So kann es in ganz speziellen Fällen möglich sein, dass eine Aktivierung der Oberfläche gar nicht notwendig ist, aber ein zwei oder mehrlagiges Schichtsystem aufgespritzt werden soll. In einem solchen Fall verfügt das erfindungsgemässe
Plasmaspritzgerät über zwei Plasmabrenner, wobei beide zum Aufbringen einer thermischen Spritzschicht entweder als Pulverspritzgerät oder als Drahtspritzgerät in an sich bekannter Weise ausgeführt sind.
Oder aber es soll zwar nur ein Einschichtsystem aufgebracht werden; jedoch muss die Oberfläche aus bestimmten Gründen, die z.B. aus den beteiligten Materialien, den gewünschten Schichteigenschaften, den
Bearbeitungsbedingungen usw. resultieren können, die Oberfläche in zwei Schritten mit zwei verschidenen Plasmastrahlen oder in einem Schritt mit einem Laser und in einem anderen Schritt mit einem Plasmastrahl aktiviert werde. In dem Fall verfügt ein Plasmaspritzgerät der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum ersten Plasmabrenner über zwei zusätzliche
Behandlungseinrichtungen zur Durchführung des komplexen
Aktivierungsprozesses.
Auch wenn in der Praxis sehr komplexe Plasmaspritzgeräte mit mehreren zusätzlichen rotierbaren Behandlungseinrichtungen sicher nicht die Regel sein werden, sind diese für spezielle Anwendungen durchaus möglich. Die genaue Ausführung solcher komplexen Plasmaspritzgeräte hängt dabei im Speziellen nicht nur von den gewünschten Behandlungsschritten ab, sondern auch von den Möglichkeiten, insbesondere den räumlichen Randbedingungen, die gewisse Grenzen setzen, aber auch Möglichkeiten bieten können. So wird es sicher schwieriger sein, zur Beschichtung von axial sehr kurzen Bohrungen, und / oder von Bohrungen mit relativ kleinem Durchmesser sehr komplex aufgebaute Plasmaspritzgeräte mit gleich mehreren zusätzlichen rotierbaren Behandlungseinrichtungen zu verwenden, da solche Plasmaspritzgeräte, allein schon wegen den notwendigen Zuführungen für das Spritzmaterial, elektrische Energie, Kühlung usw. viel Platz brauchen. Ganz abgesehen von dem Platz, den die Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtungen an sich beanspruchen. Betrachtet man aber Anwendungen, wie z.B. die Innenbeschichtung von Zylinderlinern von Grossdieselmotoren, z.B. Zweitakt-Grossdieselmotoren wie sie in Schiffen oder zum Antrieb von Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, tritt das Raumproblem deutlich in den
Hintergrund. Solche Zylinderliner haben nämlich oft eine enorme Grösse. Beispielsweise sind Zylinderliner mit einer Höhe von 2.5m und mehr mit einem Durchmesser von 1 m durchaus üblich. Wenn solche enormen Zylinderliner beschichtet werden sollen, kann ein entsprechendes erfindungsgemasses Plasmaspritzgerät mit nahezu beliebig vielen Plasmabrennern und / oder zusätzlichen Behandlungseinrichtungen ausgerüstet werden, weil in solchen grossen Zylinderlinern ausreichend Platz vorhanden ist.
Ausserdem ist zu beachten, dass sich die Erfindung keineswegs auf die Beschichtung von Innenwänden von Zylinder von Verbrennungsmotoren aller Art bezieht. Ein erfindungsgemässes Plasmaspritzgerät kann natürlich auch zur Beschichtung anderer, auch sehr grosser Objekte verwendet werden, bei welchen ein rotierendes Plamaspritzgerät vorteilhaft angewendet werden kann. So ist z.B. die Innenbeschichtung von Kesseln, z.B. von
Verbrennungskesseln, Heizkesseln, Behältern für Wasser, Öl, Gas oder auch Kesseln oder Behälter für andere Stoffe, auch für feste Stoffe möglich, die eine ausreichende Grösse haben können, so dass auch ein sehr komplex aufgebautes erfindungsgemässes Plasmaspritzgerät verwendet werden kann. Als konkretes Anwendungsbeispiel sei hier stellvertretend für viel mögliche Anwendungen die Innenbeschichtung von Pipeline Rohren zum Transport von Öl, Gas oder anderen Fluiden genannt, die häufig chemisch oder mechanisch aggressiv sind, so dass die Innenwände durch thermische Spritzschichten geschützt werden müssen.
Damit stellt die vorliegende Erfindung erstmals ein Plasmaspritzgerät sowie ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere einer konvexen inneren Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand zur Verfügung, mit dem der Aufwand für die Aktivierung bzw. für das Aufbringen mehrlagiger Schichten deutlich reduziert und gleichzeitig einfacher und kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu handhaben ist und womit auch ein deutlich höherer Automatisierungsgrad erreichbar ist.
Wie bereits erwähnt, kann die Behandlungseinrichtung beispielweise ein zweiter, an sich bekannter Plasmabrenner zur Bereitstellung eines
Behandlungsstrahls in Form eines Plasmastrahls sein, wobei in einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Behandlungseinrichtung den Behandlungsstrahl auch beispielweise in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitstellen kann. In dem Fall ist es möglich, dass die Energieerzeugungsquelle, also beispielweise eine
Lasereinrichtung, am Brennerschaft selbst vorgesehen wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist es aber auch durchaus möglich, dass die
Energieerzeugungsquelle, also z.B. ein Laser, ausserhalb vom Brennerschaft entfernt von diesem vorgesehen wird und der Energiestrahl über eine geeignete Leitung, im Fall eines Lasers z.B. über einen Laserlichtleiter dem Brennerschaft zur Nutzung als Aktivierungsquelle zugeführt wird.
Der Behandlungsstrahl wird dabei bevorzugt derart angeordnet und ist im Speziellen mittels einer Ansteuereinrichtung ansteuerbar, dass zur
Verbesserung einer Haftung einer Beschichtung auf der Oberfläche, die Oberfläche mit dem Behandlungsstrahl aktivierbar ist.
Dabei kann, wie ebenfalls weiter oben bereits ausführlich ausgeführt wurde, dem Behandlungsstahl, der bevorzugt ein Plasmastrahl ist, ein zweites Besch ichtungsmaterial zuführbar sein, so dass auch mit dem Behandlungsstrahl eine thermische Beschichtung durchführbar ist.
Dabei kann der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung je nach Anwendung in Bezug auf die Schaftachse zueinander versetzt angeordnet oder auch in Bezug auf die Schaftachse auch auf gleicher axialer Höhe angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist der erste Plasmabrenner und / oder die Behandlungseinrichtung schwenkbar am Brennerschaft angeordnet, so dass ein Winkel unter dem der Beschichtungsstrahl des ersten
Plasmabrenners und / oder der Behandlungsstrahl der
Behandlungseinrichtung individuell, je nach Anwendung einstellbar ist.
In Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Schaftachse sind dabei der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung unter einem vorgebbaren Winkel, bevorzugt unter einem Winkel zwischen 0° und +/-1800, im Speziellen unter einem Winkel von ca. +/-45° oder +/-90", besonders bevorzugt unter einem Winkel von ca. 80° zueinander angeordnet.
Im Speziellen sind der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten um die Umfangsrichtung rotierbar, indem z.B. zwei verschiedene Rotationsantriebe vorgesehen sind oder beispielweise indem die Rotationsantriebe des Plasmabrenners und der Behandlungseinrichtung über ein geeignetes Getriebe miteinander gekoppelt sind, so dass der Plasmabrenner un die Behandlungseinrichtung it
verschiednen Rotationsbeschwindigkeiten in Umfangsrichtung des
Brennerschafts rotierbar sind.
Dabei kommen als Spritzmaterialien zur Bildung der Beschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche im Prinzip alle an sich bekannten thermischen Spritzmaterialien, insbesondere Spritzpulver oder Spritzdrähte in Frage. D.h., dem ersten Plasmabrenner und / oder der Behandlungseinrichtung
insbesondere dem zweiten Plasmabrenner, kann das Beschichtungsmaterial in Form eines Spritzpulvers, in Form eines Spritzdrahtes oder in jeder anderen geeigneten Form zuführbar sein. Die Erfindung betrifft weiter ein Beschichtungsverfahren zur Besch ichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand, mittels eines Plasmaspritzgeräts. Dabei wird an einem Brennerschaft des Plasmaspritzgeräts ein erster Plasmabrenner zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls aus einem ersten
Beschichtungsmatenal mittels eines Lichtbogens vorgesehen, und der erste Plasmabrenner wird zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche um eine Schaftachse des Brennerschafts rotiert. Erfindungsgemäss wird zur
Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft zusätzlich eine Behandlungseinrichtung vorgesehen, die zur Behandlung der Oberfläche um die Schaftachse rotiert wird.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Behandlungseinrichtung in Form eines zweiten Plasmabrenners zur Bereitstellung eines
Behandlungsstrahls in Form eines Plasmastrahls vorgesehen und wird bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der
Behandlungsstrahls in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitgestellt und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts verwendet. Im Speziellen kann dem Behandlungsstahl ein zweites Beschichtungsmatenal zugeführt werden, und mit dem zweiten Behandlungsstrahl ebenfalls eine Beschichtung durchgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Plasmaspritzgeräts beim Beschichten einer Zylinderlauffläche; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 , wobei Plasmabrenner und Behandlungseinrichtung zueinander axial versetzt sind;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei
Beschichtungseinrichtungen und unterschiedlicher Rotation. Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Plasmaspritzgeräts beim Beschichten einer Zylinderlauffläche eines Zylinders einer
Hubkol benbrennkraftmaschine.
Mit dem erfindungsgemässen Plasmaspritzgerät, das im Folgenden
gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, wird in Fig. 1 gerade eine Beschichtung 22 auf einer gekrümmten Oberfläche 21 , die hier die konvexe innere Oberfläche 21 einer Zylinderbohrung 2 ist, aufgebracht. In an sich bekannter Weise ist an einem Brennerschaft 3 des Plasmaspritzgeräts 1 ein erster Plasmabrenner 4 zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls 5 aus einem ersten Beschichtungsmaterial 6 mittels eines Lichtbogens vorgesehen, der erste Plasmabrenner 4 zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche 21 um eine Schaftachse A des Brennerschafts 3 rotierbar angeordnet ist. Im speziellen Beispiel der Fig. 1 rotiert dabei der Brennerschaft 3 selbst, wie durch den Pfeil U angedeutet ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung, die hier eine Aktivierung der Oberfläche 21 ist, am Brennerschaft 3 zusätzlich eine um die Schaftachse A rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung 7, 71 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein weiterer Plasmabrenner ist.
Der Behandlungsstrahl 8, der hier wie gesagt ein Plasmastrahl 81 ist, ist dabei derart angeordnet und mittels einer nicht dargestellten Ansteuereinrichtung so ansteuerbar, dass zur Verbesserung einer Haftung der Beschichtung 22 auf der Oberfläche 21 , die Oberfläche 21 mit dem Behandlungsstrahl 8, 81 aktivierbar ist. Das heisst, durch die Ansteuereinrichtung kann z.B. die Stärke bzw. die Intensität des Plasmastrahls in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern, die z.B. durch das Beschichtungsmaterial 6, das zu
beschichtende Substrat oder andere Randbedingungen vorgegeben sein können, optimal eingestellt werden. Auch ist es möglich, dass zum Beispiel die Richtungen des Behandlungsstrahls 8, 81 und / oder des ersten
Plasmabrenners 4 einstellbar, d.h. Steuer- und / oder regelbar sind, z.B. indem mit geeigneten Mitteln wie Servomotoren, hydraulischen oder pneumatischen Stellmitteln oder sonstigen geeigneten an sich bekannten Stellmitteln die Richtung derart beeinflusst wird, dass ein optimales Arbeitsergebnis erreicht wird. D.h., sowohl der erste Plasmabrenner 4 als auch die
Behandlungseinrichtung 7, 71 können in eine oder mehrere Raumrichtungen schwenkbar am Brennerschaft 3 angeordnet sein.
Dabei sind der erste Plasmabrenner 4 und die Behandlungseinrichtung 7, 71 bevorzugt in Bezug auf eine Umfangsrichtung U um die Schaftachse A unter einem vorgebbaren Winkel a, bevorzugt unter einem Winkel a von ca. 90°, besonders bevorzugt, wie in Fig. 1 dargestellt, unter einem Winkel α von ca. 180° versetzt zueinander angeordnet.
Anhand der Fig. 2 ist ein weiteres für die Praxis wichtiges Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem der erste Plasmabrenner 4 und die
Behandlungseinrichtung 7, 71 in Bezug auf die Schaftachse A zueinander axial versetzt angeordnet sind. Ansonsten ist das Plasmaspritzgerät 1 im Wesentlichen identisch zu demjenigen der Fig. 1 . Der Vorteil ist hier, dass zwischen der Aktivierung der Oberfläche 21 und dem anschliessenden
Beschichten mittels des ersten Plasmabrenners 4 eine grössere Zeitspanne vergeht. Da die Behandlungseinrichtung 7, 71 darstellungsgemäss unterhalb des ersten Plasmabrenners 4 angeordnet ist, muss das Plasmaspritzgerät 1 der Fig. 5 darstellungsgemäss von oben in Richtung des Pfeils P während des Beschichtungsvorgangs bewegt werden, damit sichergestellt ist, dass die Aktivierung der Oberfläche 21 vor deren Beschichtung stattfindet.
Fig. 3 zeigt schliesslich ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei
Beschichtungseinrichtungen und unterschiedlicher Rotation. D.h., hier ist die Behandlungseinrichtung 7, 71 zwar ebenfalls ein Plasmabrenner, diese ist aber so ausgestaltet, dass mit ihr nicht die Oberfläche 21 aktiviert wird, sondern die Behandlungseinrichtung 7, 71 dient hier dazu, auf die durch den ersten Plasmabrenner 4 aufgetragene Beschichtung 22 nachgängig noch eine andere Beschichtung 221 aufzubringen.
Eine weitere Besonderheit ist, dass die Behandlungseinrichtung 7, 71 an einem inneren Teilschaft 31 innerhalb des Brennerschafts 3 vorgesehen ist, wobei am Brennerschaft 3 ein Fenster F derart geeignet vorgesehen ist, dass der Behandlungsstrahl 81 , der hier ein zweiter Beschichtungsstrahl 81 ist, ungehindert nach aussen auf das zu beschichtende Substrat austreten kann. Der äussere Brennerschaft 3 und der innere Teilschaft 31 können dabei z.B. auf einer gemeinsamen Achse montiert sein, durch die z.B. auch alle notwendigen Versorgungsleitungen für die Einrichtungen am Brennerschaft 3 und am Teilschaft 31 verlegt sind, und beispielweise können Brennerschaft 3 und Teilschaft 31 mittels eines geeigneten Getriebemechanismus gekoppelt sein, so dass beide eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit haben können, was z.B. dazu führt, dass die erste Schicht 22 und die darauf gespritzte 221 unterschiedliche Dicke habe, weil die Einwirkungszeit der beiden verschiedenen Beschichtungsstrahlen unterschiedlich ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der äussere Brennerschaft 3 und der innere Teilschaft 31 jeweils einen separaten Antrieb haben, so dass deren jeweilige Rotationsgeschwindigkeiten individuell einstellbar sind.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist und insbesondere auch alle geeigneten Kombinationen der dargestellten Ausführungsbeispiele von der Erfindung erfasst sind.

Claims

Patentansprüche
1 . Plasmaspritzgerät zur Besch ichtung einer gekrümmten Oberfläche (21 ), insbesondere konvexe innere Oberfläche (21 ) einer Bohrungs- oder Rohrwand, wobei an einem Brennerschaft (3) des Plasmaspritzgeräts ein erster Plasmabrenner (4) zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls (5) aus einem ersten Beschichtungsmaterial (6) mittels eines Lichtbogens derart vorgesehen ist, dass der erste Plasmabrenner (4) zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche (21 ) um eine Schaftachse (A) des
Brennerschafts (3) rotierbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft (3) zusätzlich eine um die Schaftachse (A) rotierbar angeordnete
Behandlungseinrichtung (7, 71 ) vorgesehen ist.
2. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1 , wobei die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) ein zweiter Plasmabrenner (71 ) zur Bereitstellung eines
Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Plasmastrahls (81 ) ist.
3. Plasmaspritzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die
Behandlungseinrichtung (7, 71 ) den Behandlungsstrahl (8, 81 ) in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitstellt.
4. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Behandlungsstrahl (8, 81 ) derart angeordnet und mittels einer
Ansteuereinrichtung ansteuerbar ist, dass zur Verbesserung einer Haftung einer Beschichtung (22) auf der Oberfläche (21 ), die Oberfläche (21 ) mit dem Behandlungsstrahl (8, 81 ) aktivierbar ist.
5. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Behandlungsstahl (8, 81 ) ein zweites Beschichtungsmaterial zuführbar ist, so dass mit dem Behandlungsstrahl (8, 81 ) eine Beschichtung
durchführbar ist.
6. Plasmaspritzgerat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Bezug auf die Schaftachse (A) zueinander versetzt angeordnet sind.
7. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und / oder die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) schwenkbar am Brennerschaft (3) angeordnet sind.
8. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Bezug auf eine Umfangsrichtung (U) um die Schaftachse (A) unter einem vorgebbaren Winkel (a), bevorzugt unter einem Winkel (a) von ca. 90°, besonders bevorzugt unter einem Winkel (a) von ca. 180° zueinander angeordnet sind.
9. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten um die Umfangsrichtung (U) rotierbar sind.
10. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem ersten Plasmabrenner (4) und / oder der Behandlungseinrichtung (7, 71 ) insbesondere dem zweiten Plasmabrenner (71 ), das
Beschichtungsmaterial (6) in Form eines Spritzpulvers zuführbar ist.
1 1 . Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem ersten Plasmabrenner (4) und / oder der Behandlungseinrichtung (7, 71 ) insbesondere dem zweiten Plasmabrenner (71 ), das
Beschichtungsmaterial (6) in Form eines Spritzdrahtes zuführbar ist.
12. Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche (21 ), insbesondere konvexe innere Oberfläche (21 ) einer Bohrungs- oder Rohrwand, mittels eines Plasmaspritzgeräts (1 ), wobei an einem
Brennerschaft (3) des Plasmaspritzgeräts (1 ) ein erster Plasmabrenner (4) zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls (5) aus einem ersten Beschichtungsmatenal (6) mittels eines Lichtbogens vorgesehen wird, und der erste Plasmabrenner (4) zur Beschichtung der gekrümmten
Oberfläche (2) um eine Schaftachse (A) des Brennerschafts (3) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer
Oberflächenbehandlung am Brennerschaft (3) zusätzlich eine
Behandlungseinrichtung (7, 71 ) vorgesehen wird, die zur Behandlung der Oberfläche um die Schaftachse (A) rotiert wird.
13. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die
Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Form eines zweiten Plasmabrenners (71 ) zur Bereitstellung eines Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Plasmastrahls (81 ) vorgesehen wird und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche (2) verwendet wird.
14. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitgestellt wird und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche (2) verwendet wird.
15. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei dem Behandlungsstahl (8, 81 ) ein zweites Beschichtungsmatenal zugeführt wird, und mit dem zweiten Behandlungsstrahl (8, 81 ) eine Beschichtung durchgeführt wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223202A1 (de) * 2013-11-14 2015-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Geometriebedingte Spritzfleckanpassung bei Beschichtungsverfahren
CN105018878A (zh) * 2014-04-17 2015-11-04 北京廊桥材料技术有限公司 旋转等离子喷涂设备
CN106086758A (zh) * 2016-07-22 2016-11-09 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 一种多功能超音速喷涂装置
DE102021005106A1 (de) 2021-10-08 2023-04-13 Technische Universität Chemnitz, Körperschaft des öffentlichen Rechts Verfahren zum Beschichten einer Innenfläche einer Zylinderlaufbuchse oder eines Zylinders aus einem Leichtmetall zur Realisierung einer Innenlauffläche für einen Kolben eines Verbrennungsmotors und derartig ausgebildete Beschichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0601968A1 (de) 1992-12-05 1994-06-15 Plasma Technik Ag Plasmaspritzgerät
EP0839924A1 (de) * 1996-10-29 1998-05-06 Ingersoll-Rand Company Verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum zweifachen Beschichten durch thermisches Spritzen von zylindrischen Bohrungen
DE19934991A1 (de) * 1998-12-18 2000-06-21 Volkswagen Ag Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Innenraumes und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
WO2008037514A1 (de) 2006-09-27 2008-04-03 Sulzer Metco Osu Gmbh Rotierende drahtspritzvorrichtung, sowie verfahren zum beschichten einer oberfläche eines werkstücks

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0601968A1 (de) 1992-12-05 1994-06-15 Plasma Technik Ag Plasmaspritzgerät
EP0839924A1 (de) * 1996-10-29 1998-05-06 Ingersoll-Rand Company Verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum zweifachen Beschichten durch thermisches Spritzen von zylindrischen Bohrungen
DE19934991A1 (de) * 1998-12-18 2000-06-21 Volkswagen Ag Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Innenraumes und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
WO2008037514A1 (de) 2006-09-27 2008-04-03 Sulzer Metco Osu Gmbh Rotierende drahtspritzvorrichtung, sowie verfahren zum beschichten einer oberfläche eines werkstücks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SERRES N ET AL: "Microstructures of Metallic NiCrBSi Coatings Manufactured via Hybrid Plasma Spray and In Situ Laser Remelting Process", JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY, vol. 20, no. 1-2, 12 November 2010 (2010-11-12), ASM International [US], pages 336 - 343, XP055018677, ISSN: 1059-9630, DOI: 10.1007/s11666-010-9565-1 *
ZIERIS R ET AL: "Investigation of AISi coatings prepared by laser-assisted atmospheric plasma spraying of internal surfaces of tubes", PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL THERMAL SPRAY CONFERENCE (ITSC), OSAKA [JP] MAY 10 - 12, 2004, 10 May 2004 (2004-05-10), DVS-Verlag, Düsseldorf [DE], pages 651 - 656, XP009156349, ISBN: 3-87155-792-7 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223202A1 (de) * 2013-11-14 2015-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Geometriebedingte Spritzfleckanpassung bei Beschichtungsverfahren
CN105018878A (zh) * 2014-04-17 2015-11-04 北京廊桥材料技术有限公司 旋转等离子喷涂设备
CN106086758A (zh) * 2016-07-22 2016-11-09 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 一种多功能超音速喷涂装置
DE102021005106A1 (de) 2021-10-08 2023-04-13 Technische Universität Chemnitz, Körperschaft des öffentlichen Rechts Verfahren zum Beschichten einer Innenfläche einer Zylinderlaufbuchse oder eines Zylinders aus einem Leichtmetall zur Realisierung einer Innenlauffläche für einen Kolben eines Verbrennungsmotors und derartig ausgebildete Beschichtung

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