WO2016120016A1 - Verfahren zum schichtweisen herstellen und/oder beschichten eines werkstücks mittels metallschutzgasschweissens unter verwendung einer zusätzlichen gegenelektrode - Google Patents

Verfahren zum schichtweisen herstellen und/oder beschichten eines werkstücks mittels metallschutzgasschweissens unter verwendung einer zusätzlichen gegenelektrode Download PDF

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WO2016120016A1
WO2016120016A1 PCT/EP2016/000154 EP2016000154W WO2016120016A1 WO 2016120016 A1 WO2016120016 A1 WO 2016120016A1 EP 2016000154 W EP2016000154 W EP 2016000154W WO 2016120016 A1 WO2016120016 A1 WO 2016120016A1
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WO
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electrode
workpiece
counter electrode
wire electrode
opening
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PCT/EP2016/000154
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Inventor
Erwan Siewert
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Linde Aktiengesellschaft
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    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
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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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    • B05B7/222—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 electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/224—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 electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
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    • B23K9/28—Supporting devices for electrodes
    • B23K9/29—Supporting devices adapted for making use of shielding means
    • B23K9/291—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas
    • B23K9/295—Supporting devices adapted for making use of shielding means the shielding means being a gas using consumable electrode-wire

Definitions

  • the invention relates to a method for producing layers and / or
  • Coating a workpiece by means of metal arc welding wherein a consumable wire electrode is melted by an arc and wherein molten electrode material is detached from the wire electrode, merges with the workpiece and forms a layer of the workpiece, wherein a protective gas through a melting the wire electrode at least partially surrounding protective gas in Direction of the workpiece is supplied, wherein a non-consumable counterelectrode is disposed having at least one opening, wherein the arc between the wire electrode and the counter electrode is ignited and burns.
  • the invention further relates to a corresponding device for producing and / or coating a workpiece by means of metal arc welding with a welding torch with a consumable wire electrode.
  • a three-dimensional object or a workpiece can be produced in layers from a metallic material.
  • the workpiece produced is composed of metallic layers, which are produced one after the other in the course of the additive manufacturing process.
  • an article or a workpiece may also be coated by one or more metallic layers being produced or applied one after the other on this workpiece.
  • additive manufacturing processes are also referred to as rapid prototyping.
  • rapid prototyping for example, tools, workpieces or components can be produced for different purposes.
  • Additive manufacturing processes can work in different areas
  • geometrically very complex three-dimensional structures for example with cavities
  • lightweight structures and multi-walled components can be produced.
  • the individual metallic layers of the workpiece can be produced by applying the metallic material, for example in powder form or in the form of wires or strips, and applying a laser and / or electron beam.
  • the material can in this way, for example, a sintered or
  • Stereolithography or selective laser sintering referred to.
  • Corresponding devices for producing or coating can thus be transported and adjusted only with great effort. Such devices are thus unsuitable for use, for example, at construction sites. In addition, costly protective measures must be taken to protect against laser radiation and the Abschmelz essence is low ..
  • workpieces may also be produced using a consumable wire and arc, referred to as Wire and Are Additive Manufacturing (WAAM).
  • WAAM Wire and Are Additive Manufacturing
  • Abschmelzenden wire electrodes such as welding torch for
  • Coating process can be used. This type of welding will
  • Wire electrode of the welding torch burns an arc.
  • the workpiece and the wire electrode are electrically connected to a power source for this purpose.
  • the workpiece serves as a second electrode.
  • the wire electrode (for example in the form of a wire or a strip) is continuously tracked and melted at its end by the arc. In this case, predominantly formed by the arc, a molten droplets, which is replaced by various forces from the wire electrode and on the produced or coated
  • Melting power and energy input or energy input into the workpiece are coupled to each other in metal arc welding and can not be controlled or only very limited independently.
  • the workpiece can not be controlled or only very limited independently.
  • Metallurgy gas welding results in the problem that melting of the workpiece is often set too high and thus that the degree of mixing when applying individual layers is too large. Individual layers produced may not meet the required (metallurgical) requirements or multiple layers may be applied to produce desired properties. Optionally, the workpiece may even deform.
  • Arc between two continuously conveyed wires burns (see e.g.
  • Sprayed layers have a high porosity, which is usually not desired.
  • Manufacture and / or coating of a workpiece to provide by metal inert gas welding, in particular negative effects on the workpiece to be produced or coated to be reduced.
  • a melting wire electrode is melted by an arc in the course of a material transition.
  • Molten electrode material detaches from the wire electrode, merges with the workpiece to form a layer of the workpiece.
  • a non-consumable counter electrode is disposed having at least one opening. The arc is ignited between the wire electrode and the counter electrode and burns between these electrodes.
  • a protective gas is supplied by a protective gas nozzle which at least partially surrounds the consumable wire electrode in the direction of the workpiece.
  • the non-melting counter-electrode is arranged on the protective gas nozzle, so that the protective gas is supplied only through the at least one opening of the counter electrode in the direction of the workpiece.
  • the corresponding device comprises a welding torch with a consumable wire electrode and a wire electrode at least Abschmelzende counter electrode is arranged, which has at least one opening.
  • the counter electrode is designed such that an arc between the wire electrode and the counter electrode can burn.
  • the counterelectrode is arranged at the end of the shielding gas nozzle and thus a substantially closed space is delimited from the shielding gas nozzle and the counterelectrode, the protective gas flowing through the at least one opening in the direction of the workpiece.
  • the counter electrode and the wire electrode are electrically connected to a welding power source.
  • the counter electrode can be used as an anode or as a cathode.
  • the welding power source may be formed as a DC power source or AC power source, counter electrode and wire electrode may accordingly with
  • the wire electrode is preferably continuously tracked in the form of a wire or a strip and melted at its end, forming a molten droplet.
  • the droplet separates from the wire electrode and passes to the workpiece. For example, the drop is "accelerated" by electromagnetic forces in the direction of the workpiece.
  • the counterelectrode may in particular have at least one opening. This opening is arranged in the counter electrode in particular such that the detaching drops can move through this opening to the workpiece.
  • the individual openings each have a convenient shape, for example, round, elliptical, oval or square.
  • the openings can be realized, for example, in each case as a hole, a hole, a passage or a recess in the counter electrode.
  • a protective gas in the form of a protective gas flow in the direction Protective gas nozzle on.
  • This protective gas nozzle partially transfers the wire electrode. This means that the wire electrode protrudes above the protective gas nozzle.
  • the protective gas nozzle could also completely surround the wire electrode.
  • the shielding gas nozzle could be designed as a Laval nozzle, for example.
  • argon, helium, carbon dioxide, oxygen, nitrogen and / or hydrogen or a mixture of two or more of these gases are supplied as protective gas.
  • other suitable gases can be supplied as a protective gas.
  • the protective gas in particular by a corresponding gas flow of the protective gas, arc characteristics and / or a drop speed, a droplet size and a droplet detachment frequency with which the molten electrode material is transferred to the workpiece, can be influenced.
  • the inert gas is supplied at a gas flow rate between 5 l / min and 100 l / min.
  • a distance between the welding torch and the workpiece can also be increased, in particular since, due to the comparatively high gas flow rate, an increased impulse is transmitted to the separating drops.
  • a distance of welding torch and workpiece between 2 mm and 500 mm is set.
  • the drops can be accelerated by the high protective gas flow and / or chemical properties of the drops can be influenced.
  • the drops can be atomized, for example. The layers produced can thus be applied very evenly and thinly.
  • Welding torch and workpiece are set to a suitable value.
  • the counter electrode is attached to the protective gas nozzle, so that a substantially closed space from the counter electrode and the
  • Shielding gas is delimited and the protective gas is supplied only through the at least one opening of the counter electrode on the workpiece, so no
  • Characteristics flow profile and degree of turbulence of the flow through the geometry the least one opening of the counter electrode has.
  • the shielding gas nozzle simultaneously represents the counterelectrode, a compact welding torch is realized, which can be operated more simply and reliably.
  • the counter electrode could be attached to the protective gas nozzle such that the wire electrode penetrates through the at least one opening in the direction of the
  • Electrode material is not passed through the opening, because the end of the wire electrode, from which the drops peel, is located below the counter electrode.
  • the end of the wire electrode may also be in the opening. This means that the end of the wire electrode of the
  • the layer structure of the workpiece is therefore preferably controlled by the position, the geometry and the angle of the electrodes.
  • the counter electrode is arranged on the protective gas nozzle via a detachable connection.
  • the counter electrode is screwed or attached to the protective gas nozzle or attached via a releasable connecting element (clamp, etc.) to the protective gas nozzle.
  • the counter electrode can be flexibly arranged on a conventional, commercial welding torch.
  • one or more layers are produced with predetermined properties.
  • a predetermined structure of one or more layers is produced as a workpiece layer by layer.
  • a predetermined structure of one or more layers is applied to a workpiece.
  • special layers can also be applied to a workpiece as wear and / or corrosion protection.
  • These structures can be created for example by means of a CAD program.
  • the manufacturing or coating process is carried out in particular automatically or fully automatically.
  • the welding torch can be positioned by machine, for example by a welding robot, to produce or coat the workpiece as specified.
  • Figures created by CAD program can be converted into a sequence plan, according to which the welding robot is controlled accordingly.
  • Manufacturing or coating process can be monitored in particular.
  • suitable sensors such as cameras and / or scanners may be provided.
  • sensors in particular different measured variables of the production or coating process are monitored, controlled and / or regulated, for example a welding current, a wire feed, a gas flow and / or a gas composition of different supplied gases, as described in more detail below.
  • the invention provides a cost effective and flexible way of coating and / or generatively producing workpieces.
  • the workpiece is not electrically connected to the welding power source.
  • the arc does not burn between the wire electrode and the workpiece, the arc is a non-transmitted arc or only partially transmitted. Thermal loads on the workpiece can thus be significantly reduced or much better controlled.
  • the detachment of the drops from the wire electrode can be done safely and controlled. Process irregularities and the formation of spatters can be avoided or at least reduced.
  • the invention enables mobile deployment of the invention on any MSG torch and is easy and quick to install.
  • the energy input into the workpiece can be controlled independently of the Abschmelz analog the consumable wire electrode and set freely.
  • the Abschmelz bronze can be significantly increased regardless of the energy input. Even at high Abschmelztent or at high An excessive melting due to an excessive energy input and an associated excessive mixing or deformation of the workpiece can be prevented.
  • By adjusting the energy input and the degree of mixing can be flexibly adjusted over a wide range.
  • the deposition rate is set in particular by the set wire feed and / or by the diameter of the wire electrode used.
  • a wire feed is set between 0.1 m / min and 20 m / min.
  • a wire electrode with a diameter between 0.6 mm and 3.2 mm is used, more particularly between 0.1 mm and 1.6 mm.
  • a wire electrode with a diameter of 0.8 mm is preferred; 0.9 mm; 1, 0 mm;
  • a ring electrode is used as the counter electrode.
  • Under a ring electrode is in particular a component of an electrically conductive material to understand, which has the at least one opening.
  • the opening can
  • the counter electrode is formed as a plate, in which the at least one opening is introduced.
  • the counterelectrode may preferably also be formed as a wire electrode or rod-shaped electrode, which has been deformed or bent into a round or oval shape, or else as a hollow rod or a hollow wire electrode.
  • the counter electrode may also be preferred as at least one wire electrode melting wire electrode is arranged in each case at a predetermined distance.
  • the counter electrode is contained in a attachment element.
  • This attachment element is arranged on the welding torch, preferably via a releasable connection, for example via a clamp, clamp, clamp or the like.
  • the attachment element comprises two parts which can be arranged around the welding torch. The attachment element and thus the counter electrode can be flexibly connected to a desired position on the
  • welding torch attached and removed again from this.
  • a conventional, commercial welding torch can be retrofitted in a simple manner.
  • the position of the attachment element on the welding torch can be changed flexibly.
  • the distance between the counter electrode and the wire electrode and between the counter electrode and the workpiece can be adjusted.
  • the invention is particularly suitable for low-cost and mobile use.
  • the distance between the counterelectrode and the workpiece is preferably set in order to control energy introduced into the workpiece and / or the transition of the molten electrode material onto the workpiece.
  • the energy which is transferred to the workpiece usually convective, is adjusted and an impact of the drops on the workpiece is influenced.
  • the counter electrode is cooled.
  • the counterelectrode is preferably water cooled and / or air cooled.
  • the counter electrode can also be cooled by means of another suitable cooling fluid, for example by means of liquid nitrogen.
  • the counter electrode is in particular made of an electrically and thermally highly conductive material. This ensures that the counter electrode withstands the thermal stresses.
  • the cooling device has in particular a cooling fluid supply and a cooling fluid discharge Heat exchange on the counter electrode or back away from it.
  • the cooling fluid circuits can be realized.
  • Thedefluidzu- anddefluidabschreib are in particular designed as one or more lines, which are made for example of copper or brass.
  • two lines are provided, wherein one of the two lines for supply and the other of the two lines are provided for discharge, whereby preferably a cooling circuit is realized.
  • preferably four lines may be provided, wherein two lines are provided as a feed and two as discharge and two cooling fluid circuits are realized. If the counterelectrode is designed, for example, as a plate, these lines can be soldered, welded or also screwed onto this plate, in particular.
  • a line of cooling is used for the electrical energization of the counter electrode.
  • the counterelectrode is not directly connected to the welding power source in this case.
  • the cooling device is arranged on the welding torch, preferably via a detachable connection, for example a clamp, clamp, clamp or the like.
  • the individual lines of the cooling device can be arranged in each case via detachable connections to the welding torch or the cooling device can be attached as a whole to the welding torch.
  • Corresponding releasable connecting elements are in particular electrically connected to the welding power source in order to electrically energize the counterelectrode.
  • an insulator is preferably provided on the connecting elements in order to insulate the welding torch from components which are supplied with electrical current.
  • the cooling device may be flexible at a desired position on the
  • the attachment element described above is designed as the cooling device.
  • the counterelectrode is thus integrated into the cooling device on the one hand and the cooling device on the other hand is arranged on the welding torch and in particular on the protective gas nozzle.
  • the counterelectrode is preferably arranged on the protective gas nozzle via the attachment element described above, in which the counterelectrode is introduced.
  • the counter electrode may also be designed as the attachment element itself, which can be arranged on the protective gas nozzle.
  • two attachment elements are provided. Via a first attachment element, the counter electrode is arranged on the protective gas nozzle.
  • a second attachment element is arranged on the welding torch and the counterelectrode or on the welding torch and the first attachment element. About this second attachment element, the counter electrode is cooled in particular. This second attachment element is accordingly designed in particular as a cooling device.
  • Attachment elements are easily and easily replaced and replaced. In the case of a defect of individual elements, therefore, it is not necessary to replace the complete device for layered production and / or coating.
  • the device for layered production and / or coating can thus be realized in particular in a modular design and manufactured inexpensively.
  • an additional gas in the form of at least one additional gas flow is supplied in order to influence properties of the molten electrode material and / or the workpiece.
  • the additional nozzle allows, in Contrary to a global influence and is largely insensitive to demixing and mixing effects.
  • the drops can be accelerated by the additional gas flow and / or chemical properties of the drops can be influenced.
  • the drops can be atomized, for example.
  • the layers produced can thus be applied very evenly and thinly.
  • the distance between the welding torch and the workpiece can be set to an appropriate value.
  • the additional gas flow may be directed in particular to the molten material for influencing it.
  • Additional gas flow can be increased in particular the surface and wetting quality of the layers and structures produced.
  • the structure to be produced in the course of the production or coating process, the layer currently applied or also the complete workpiece can be influenced and / or controlled.
  • a surface tension and / or a degree of oxidation of the structure or the layer currently applied can be influenced.
  • a low roughness, in particular of the uppermost layer of the workpiece to be produced or coated can be achieved.
  • the workpiece can be selectively cooled by the additional gas flow, whereby, for example, a delay minimized and the melt can be stabilized.
  • the structure to be produced can be supported.
  • Additional gas flow can also be exerted a pressure effect on the structure.
  • a pressure effect for example, overhangs can be produced in the structure, in particular in that the additional gas flow counteracts the force of gravity and "supports" the drop that transfers to the workpiece.
  • argon, helium, carbon dioxide, oxygen, nitrogen and / or fed are supplied in particular for cooling the workpiece, oxygen in particular to reduce the surface tension and hydrogen in particular to increase the surface tension and to avoid oxidation.
  • carbon dioxide is supplied in particular for cooling the workpiece, oxygen in particular to reduce the surface tension and hydrogen in particular to increase the surface tension and to avoid oxidation.
  • other suitable gases can be supplied as additional gas.
  • the additional gas nozzle or additional gas nozzles can each be designed, for example, as a straight, a concave or a convex nozzle or else as a special nozzle, e.g. as a Laval nozzle.
  • the additional gas nozzles can in particular be arranged concentrically around the protective gas nozzle.
  • openings of the counter electrode can be arranged relative to the auxiliary gas nozzles such that the respective additional gas flow can be guided through the respective opening to a predetermined location on the workpiece, in particular to a location near the location of the drop impact.
  • additional gas nozzles can also be arranged on the counter electrode or on the corresponding attachment element.
  • At least one consumable filler wire is melted.
  • the counter electrode is disposed between the at least one consumable filler wire electrode and the workpiece.
  • an additional arc is ignited between each of the at least one consumable filler wire electrode and the non-consumable counterelectrode and burns between the counterelectrode and the respective filler wire electrode.
  • Molten electrode material of the at least one additional wire electrode passes over the counter electrode or passes through the at least one opening of the counter electrode to the workpiece.
  • Such use of multiple consumable wire electrodes is referred to as multi-wire technology. This makes it possible to increase the deposition rate, or to produce alloys in situ for electrodes of different composition or to create graded layers and structures.
  • the apparatus for producing and / or coating the workpiece in layers preferably has at least one melting off
  • the counter electrode is configured and arranged in such a way and the counter electrode can burn, and that molten
  • Electrode material of the at least one additional wire electrode can be passed past the counter electrode or through the at least one opening of the counter electrode.
  • the apparatus comprises a plurality of additional welding torch with ⁇ each of the consumable filler wire electrodes.
  • the counter electrode for each of the additional wire electrodes may have its own opening.
  • the counter electrode for each of the additional wire electrodes may have its own opening.
  • Additional wire electrodes may be provided a common opening, for example an oval opening.
  • each of the additional wire electrodes is in each case electrically connected to one pole of its own welding current source.
  • Each of these welding power sources may be formed as a DC or AC power source.
  • the counterelectrode is in each case electrically connected to the other pole of the individual welding current sources.
  • an individual arc type can be set for the individual additional wire electrodes.
  • the individual additional wire electrodes can each be made of different or even the same materials. In particular, for the individual
  • Additional wire electrodes each set an individual Abschmelz antique.
  • the different layers can each be generated in particular from predetermined mixtures of different materials.
  • the apparatus for layered production and / or coating of the workpiece in particular has two welding torches (tandem burner).
  • the welding torch advantageously has at least one non-consumable electrode.
  • each of these non-consumable electrodes is arranged such that in addition to the (main) arc in each case a further arc between the workpiece and the respective non-consumable electrode can burn.
  • openings of the counter electrode relative to the non-consumable electrodes may be arranged such that the respective additional arc can burn between the respective non-consumable electrode and a predetermined location on the workpiece, particularly near the drop impact.
  • the non-melting electrodes in particular at the
  • Counter electrode or be arranged on the corresponding attachment element.
  • an electrically non-conductive workpiece is used as a workpiece. Since the workpiece need not be energized to ignite and sustain the arc, the invention also makes it possible to coat an electrically non-conductive workpiece.
  • an electrically non-conductive material is advantageously introduced into the workpiece to be produced.
  • the electrically non-conductive material can be applied molten to the workpiece to be produced.
  • the introduced nonconductive material may mix with the molten electrode material.
  • electrically non-conductive material can be introduced into the workpiece to be produced, without the welding process being influenced.
  • the invention thus makes it possible to produce mixed compounds of electrically conductive and non-conductive materials, for example of steel-ceramic compounds.
  • the counter electrode and the workpiece are electrically connected to the same pole of a current source when the workpiece is electrically conductive.
  • Counter electrode and workpiece are placed in particular to the same potential.
  • an adjustable resistor and / or one or more power switches are provided. Resistance and / or (between the counter electrode and the power source) is provided.
  • the electrical current flow to the counter electrode and the workpiece can be divided in a targeted manner by means of this adjustable resistor or by the power switches.
  • the energy input into the workpiece can thus be adjusted even more flexibly. As a result, the additional effort for additional electrodes and multiple power sources is not necessary.
  • the counter electrode is as a
  • Insert element formed This insert element can in particular in a Gartial. Carrying element, such as a plate, are introduced.
  • the insert element can be fastened by means of a detachable connection, for example screwed in.
  • a thread is provided for this purpose in the corresponding holding or carrying element.
  • the counter electrode formed as an insert element can also be fastened by means of a releasable connecting element (clamp, etc.).
  • the counter-electrode may have suitable mounting aids for mounting, for example a slot or key surfaces, to which a tool for fastening and for releasing the counter-electrode can be attached.
  • the formed as an insert element counter electrode thus represents a spare part, which can be replaced if necessary without much effort.
  • the insert element is introduced into the attachment element described above, in particular screwed.
  • the insert element comprises two sections arranged one above the other in the direction of the wire electrode.
  • each of these sections is formed as a ring.
  • these two are arranged one above the other
  • Sections made of different materials are made of different materials.
  • a first of these two superimposed portions is made of the same material as the consumable wire electrode of the welding torch.
  • the arc is applied exclusively or at least largely to this first section on the counterelectrode.
  • This first section can in particular by the
  • Arc are at least partially melted, whereby in particular the underlying material of the counter electrode is protected, so that the
  • the counter electrode and the wire electrode are at least partially made of the same material.
  • the counterelectrode may for example be composed of several sections, which may be made of different materials.
  • the counter electrode can be attached to a
  • the arc can in particular attach to this section on the counter electrode, which is made of the same material as the wire electrode.
  • This section can be at least partially melted, in particular by the arc, whereby in particular the underlying material of the counter electrode is protected. Furthermore, thus favorable exit conditions and a stable arc approach are possible.
  • the wire electrode is made of steel, aluminum, titanium, nickel or copper or an alloy of two or more of these materials.
  • Wire electrode is made in particular of an electrically conductive material.
  • the wire electrode is made of a material which has the predetermined composition of the layers to be produced.
  • Wire electrode may be formed as a solid wire or as a Guidhtelektrode.
  • the counter electrode is made of copper or tungsten or of an alloy of two or more of these materials.
  • the counter electrode is formed from a material with high thermal and electrical conductivity and / or with a comparatively high melting point.
  • the at least one opening or individual one of the openings of the counter electrode in each case has a diameter which corresponds to 1.5 times to 10 times the diameter of the wire electrode, in particular three to eight times the diameter of the wire electrode.
  • the at least one opening or individual of the openings in the direction In addition, the diameter of the at least one opening decreases or
  • one of the openings preferably at least partially in the direction of the wire electrode to this and / or away.
  • the openings in the direction of the wire electrode expands away from this or in the direction of the workpiece toward it.
  • the direction to the wire electrode is opposite to the direction of the workpiece.
  • the opening in the direction of the wire electrode has a first section with a constant diameter and a second section with a diameter which decreases in the direction of the wire electrode toward the latter.
  • the first section of constant diameter extends over a length between 1 mm and 3 mm in the direction of the wire electrode, or over a length which is between one-tenth and one-third of the thickness of
  • the opening in the direction of the wire electrode has a first section and a second section.
  • the first section is in particular a welding torch-side section of the
  • the second section is in particular a workpiece side portion of the counter electrode.
  • the diameter of the opening in the first section increases toward the wire electrode.
  • the diameter of the opening in the second section increases toward the workpiece. Between these two sections, the diameter of the opening is thus the smallest. From there, the diameter increases in both directions, ie both in the direction of the wire electrode and in the direction of the workpiece.
  • Figure 1 shows schematically a preferred embodiment of a device according to the invention, which is adapted to an embodiment of a
  • Figure 2 shows schematically a further preferred embodiment of
  • Figure 3 shows schematically a further preferred embodiment of
  • FIG. 4 schematically shows a further preferred embodiment of the invention
  • FIG. 5 schematically shows the embodiment of the device according to the invention from FIG. 4 in a perspective view.
  • FIG. 6 schematically shows a first embodiment of a counter electrode of FIG.
  • Figure 7 shows schematically a second embodiment of a counter electrode of a preferred embodiment of the device according to the invention in a perspective view.
  • Figure 8 shows schematically the counter electrode of Figure 7 in a sectional view.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention for the layered production and / or coating of an electrically conductive, or electrically non-conductive workpiece is shown schematically in a sectional view and designated 10.
  • the apparatus comprises a welding torch for gas metal arc welding 100.
  • the welding torch 100 has a current-carrying wire electrode 110 in the form of a wire, which is enclosed by a current contact nozzle 140.
  • the wire electrode 110 may be made of, for example, steel, aluminum, titanium, nickel, copper, or an alloy thereof.
  • the wire electrode 110 has a diameter of 1.2 mm.
  • a workpiece 200 having a predetermined structure is produced in layers.
  • a workpiece 200 having a predetermined structure is produced in layers.
  • Welding torch 100, a workpiece 200 are also coated with one or more layers.
  • the counterelectrode can be formed, for example, as a ring electrode 320, into which an opening 310, for example a bore, is introduced.
  • the ring electrode 320 may be made of, for example, copper, tungsten or a copper-tungsten alloy.
  • the current contact nozzle 140 and the counter electrode 300 are each electrically connected to one pole of a welding power source. This welding power source is not shown in the figure. Electric current flows into the wire electrode 110 via the current contact nozzle 140.
  • the wire electrode 110 is therefore live.
  • An arc 120 is ignited between the wire electrode 110 and the counter electrode 300 and burns between these electrodes. Due to the high temperatures, the wire electrode 110 is melted at its tip. Thus, drops 111 of molten wire are formed.
  • the wire 1 10 is continuously tracked. The drops 111 detach from the wire electrode 110. The drops move through the opening 310 and pass over to the workpiece 200.
  • the welding torch 100 further comprises a protective gas nozzle 130 for supplying protective gas in the form of an inert gas flow 131 in the direction of the workpiece.
  • the opening 310 in the ring electrode 320 has a first portion 311 and a second portion 312.
  • the diameter of the opening 310 is constant within the first portion 311. For example, this constant diameter is 7 mm.
  • the diameter in the direction of the wire electrode 110 decreases toward this or increases toward the workpiece 200 toward it.
  • Counter electrode 300 the diameter of the opening 310, for example, 13 mm.
  • a thickness of the counter electrode 300 or one of the extension of the counter electrode 300 in the direction of the wire electrode is for example 7 mm.
  • the first portion 311 of the opening has, for example, a thickness of 2 mm, the second portion 312 a thickness of, for example, 5 mm.
  • the counterelectrode 300 is an attachment element
  • the protective gas flow can be supplied only through the opening 310 on the workpiece 200.
  • the geometry of the counter electrode 320 is described in more detail in FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 2 shows a further preferred embodiment of the invention
  • Device 10 shown schematically in a sectional view.
  • the device 10 has a cooling device 400 for cooling the counterelectrode 300.
  • the cooling device 400 comprises a first line 410 and a second line 420. Via the first line 410, a cooling fluid, for example water, is supplied to a carrying element 450. Via the second line 420, the cooling fluid is discharged from the support member 450 again. In this support member 450, the counter electrode 300 is introduced. Due to the cooling fluid flow in the support element 450 around the counter electrode 300, the counter electrode 300 is cooled.
  • the cooling device 400 is thus designed as an attachment element, in which the continue to be placed on the welding torch 100. Such a case is shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the invention
  • Device 10 shown schematically in a perspective view.
  • the device 10 likewise comprises a cooling device 400 designed as a top element.
  • the cooling device 400 has four lines 410 to 440 in this example.
  • the cooling fluid for example water
  • the cooling fluid is supplied to the carrying element 450 via a first and a third line 410 or 430.
  • the cooling fluid is again from the carrying element 450
  • Carrying element 450 discharged.
  • two cooling fluid circuits are realized.
  • a releasable connection member 470 such as a clamp
  • Cooling device 400 are attached to the welding torch 100.
  • the position of the cooling device 400 on the welding torch 100 can be easily changed by means of the clamp 470.
  • the clamp 470 are in particular
  • Cooling fluid ports 460 are provided to supply the cooling fluid of the first and third lines 410 and 430, respectively, and to discharge from the second and fourth lines 420 and 440, respectively.
  • the clamp 470 can be electrically connected to the welding power source 150, in particular for electrical energization of the counterelectrode 300. Power is in this case via the lines 410 to 440 on the support member 450 and on the
  • an electrical insulator 480 is disposed between the clamp 470 and the welding torch 100.
  • recesses 490 are further introduced.
  • a non-consumable electrode or an additional gas nozzle can be arranged via these recesses 490.
  • FIG. 5 Such a preferred embodiment of the device 10 according to the invention is shown schematically in Figure 4 in a sectional view.
  • the device 10 Through the recesses 490 in the support member of the cooling device 400, first and second non-consumable electrodes 51 1 and 521 are disposed. Each of these non-consumable electrodes 511 and 521 is electrically connected to a power source. Furthermore, the (electrically conductive) workpiece 200 is electrically connected to these power sources.
  • a first further arc 512 is ignited between the workpiece 200 and the first non-consumable electrode 511.
  • a second further arc 522 is ignited.
  • FIG. 6 schematically illustrates a preferred embodiment of the counterelectrode 300 according to a preferred embodiment of the device 10 according to the invention in a perspective view.
  • the counter electrode 300 is formed in this example as an insert element, which can be introduced into the support member 450 of the cooling device or the attachment element 400.
  • the counter electrode 300 has an assembly aid 330 in the form of two slots.
  • a tool can be attached to these slots 330 in order to fix the counter-electrode 300 in the support element 450 (see FIG. 3) or to remove or release it from it.
  • FIG. 7 schematically shows a further preferred embodiment of the counterelectrode 300 according to a preferred embodiment of the device 10 according to the invention in a perspective view.
  • this preferred embodiment of the counterelectrode 300 from FIG. 7 is shown schematically in a sectional view.
  • the counter electrode 300 is formed in this example as a cylindrical attachment element, which can be arranged on the protective gas nozzle 130.
  • the counter electrode 300 has a fastening mechanism 340, via which the counter electrode can be attached to the protective gas nozzle 130, for example plugged or screwed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks (200) mittels Metallschutzgasschweißens sowie eine entsprechende Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks (200) mittels Metallschutzgasschweißens, wobei eine abschmelzende Drahtelektrode (110) durch einen Lichtbogen (120) aufgeschmolzen wird und wobei aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial (111) sich von der Drahtelektrode (110) ablöst, auf das Werkstück (200) übergeht und dort eine Schicht des Werkstücks (200) bildet, wobei eine nicht-abschmelzende Gegenelektrode (300) angeordnet wird, wobei der Lichtbogen (120) zwischen der Drahtelektrode (110) und der Gegenelektrode (300) gezündet wird und brennt und wobei die Gegenelektrode (300) am Ende der Schutzgasdüse (130) befestigt wird und damit ein im Wesentlichen geschlossene Raum von der Schutzgasdüse (130) und der Gegenelektrode abgegrenzt wird, wobei das Schutzgas durch die wenigsten eine Öffnung (310) in Richtung des Werkstückes (200) fließt.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM SCHICHTWEISEN HERSTELLEN UND/ODER BESCHICHTEN EINES WERKSTÜCKS MITTELS METALLSCHUTZGASSCHWEISSENS UNTER VERWENDUNG EINER ZUSÄTZLICHEN GEGENELEKTRODE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen und/oder
Beschichten eines Werkstücks mittels Metallschutzgasschweißens, wobei eine abschmelzende Drahtelektrode durch einen Lichtbogen aufgeschmolzen wird und wobei aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial sich von der Drahtelektrode ablöst, auf das Werkstück übergeht und dort eine Schicht des Werkstücks bildet, wobei ein Schutzgas durch eine die abschmelzende Drahtelektrode mindestens teilweise umgebende Schutzgasdüse in Richtung des Werkstückes zugeführt wird, wobei eine nicht-abschmelzende Gegenelektrode angeordnet wird, die wenigstens eine Öffnung aufweist, wobei der Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und der Gegenelektrode gezündet wird und brennt.
.Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks mittels Metallschutzgasschweißens mit einem Schweißbrenner mit einer abschmelzenden Drahtelektrode.
Stand der Technik Im Zuge generativer bzw. additiver Fertigungsverfahren kann ein dreidimensionaler Gegenstand bzw. ein Werkstück schichtweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden. Das hergestellte Werkstück setzt sich aus metallischen Schichten zusammen, die im Zuge des additiven Fertigungsverfahrens einzeln nacheinander erzeugt werden. Alternativ kann ein Gegenstand bzw. ein Werkstück auch beschichtet werden, indem eine oder mehrere metallische Schichten einzeln nacheinander auf diesem Werkstück erzeugt bzw. aufgetragen werden.
Je nach Anwendungsgebiet werden additive Fertigungsverfahren auch als Rapid Prototyping bezeichnet. Im Zuge eines Rapid Prototyping können beispielsweise Werkzeuge, Werkstücke oder Bauelemente für unterschiedliche Zwecke hergestellt werden. Additive Fertigungsverfahren können in unterschiedlichen Gebieten
Anwendung finden, beispielsweise in der Architektur, im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik oder in der Aütomobilindustrie. Mittels derartiger generativer Fertigungsverfahren können auch geometrisch sehr aufwendige dreidimensionale Strukturen beispielsweise mit Hohlräumen hergestellt werden. Beispielsweise können günstig Leichtbaustrukturen und mehrwandige Bauteile hergestellt werden. Mit herkömmlichen spangebende Fertigungsverfahren könnten solche Strukturen nur äußerst aufwendig und kostenintensiv hergestellt werden, zumeist als mehrere einzelne Bauteile, welche wiederum zu der vorgegebenen Struktur zusammengefügt werden müssen. Die einzelnen metallischen Schichten des Werkstücks können erzeugt werden, indem der metallische Werkstoff beispielsweise in Pulverform oder in Form von Drähten oder Bändern aufgebracht und mit einem Laser- und/oder Elektronenstrahl beaufschlagt wird. Der Werkstoff kann auf diese Weise beispielsweise einem Sinter- oder
Schmelzprozess unterzogen werden, wodurch der Werkstoff verfestigt wird. Nach Erzeugen einer metallischen Schicht kann die nächste Schicht auf analoge Weise erzeugt werden. Derartige Verfahren werden als selektives Laserschmelzen,
Stereolithographie oder selektives Lasersintern bezeichnet.
Geeignete Laser sind jedoch teuer, schwer und praktisch nicht oder wenig mobil.
Entsprechende Vorrichtungen zum Herstellen bzw. Beschichten können somit nur mit großem Aufwand transportiert und justiert werden. Derartige Vorrichtungen sind somit ungeeignet, um beispielsweise an Baustellen eingesetzt zu werden. Zudem müssen kostenintensive Schutzmaßnahmen zum Schutz vor Laserstrahlung vorgenommen werden und die Abschmelzleistung ist gering..
Die einzelnen metallischen Schichten zum Herstellen bzw. Beschichten des
Werkstücks können beispielsweise auch mit Hilfe eines abschmelzenden Drahtes und eines Lichtbogens erzeugt werden, was als Wire and Are Additive Manufacturing (WAAM) bezeichnet wird. Zu diesem Zweck können Schweißbrenner mit
abschmelzenden Drahtelektroden, beispielsweise Schweißbrenner zum
Metallschutzgasschweißen, für additive Fertigungsverfahren bzw.
Beschichtungsverfahren verwendet werden. Diese Art des Schweißens wird
formgebendes Schweißen oder regeneratives Schweißen genannt. Zwischen dem herzustellenden bzw. zu beschichtenden Werkstück und der
Drahtelektrode des Schweißbrenners brennt ein Lichtbogen. Das Werkstück und die Drahtelektrode sind zu diesem Zweck mit einer Stromquelle elektrisch verbunden. Das Werkstück dient dabei als zweite Elektrode. Die Drahtelektrode (beispielsweise in Form eines Drahtes oder eines Bandes) wird kontinuierlich nachgeführt und an ihrem Ende durch den Lichtbogen aufgeschmolzen. Dabei bildet sich überwiegend durch den Lichtbogen ein schmelzflüssiger Tropfen, welcher sich durch verschiedene Kräfte von der Drahtelektrode ablöst und auf das herzustellende bzw. zu beschichtende
Werkstück übergeht.
Abschmelzleistung und Energieeintrag bzw. Energieeinbringung in das Werkstück sind beim Metallschutzgasschweißen aneinander gekoppelt und können nicht oder nur sehr begrenzt unabhängig voneinander gesteuert werden. Wird beispielsweise die
Drahtförderrate bzw. der Drahtvorschub erhöht, muss auch die Schweißstromstärke erhöht werden. Somit wird auch mehr Energie in das Werkstück eingebracht.
Für schichtweises Herstellen bzw. Beschichten von Werkstücken mittels
Metallschutzgasschweißen ergibt sich dabei das Problem, dass eine Aufschmelzung des Werkstücks oftmals zu stark eingestellt wird und dass damit der Aufmischungsgrad beim Auftragen einzelner Schichten zu groß ist. Einzelne erzeugte Schichten genügen dabei gegebenenfalls nicht den geforderten (metallurgischen) Ansprüchen oder es müssen mehrere Schichten aufgetragen werden, um gewünschte Eigenschaften zu erzeugen. Gegebenenfalls kann sich das Werkstück dabei sogar verformen.
Insbesondere beim generativen Schweißen kommt es durch das kontinuierliche Überschweißen der vorhergehenden Schichten und durch schlechte Wärmeableitung der erzeugten Struktur zu einem kontinuierlichen Aufheizen der erzeugten Struktur, sodass es zum Abbrand von Legierungselementen, zu Problemen des Lagenaufbaus sowie zu metallurgischen Problemen kommt. Weiterhin sind Spritzverfahren bekannt, die einen Lichtbogen als Energiequelle verwenden, um Schichten aufzutragen. Hierbei wird das Zusatzmaterial (meist in Pulverform) durch den Lichtbogen auf- oder angeschmolzen, zerstäubt und stark beschleunigt. Die auf dem Werkstück auftreffenden Partikel verklammern mit
Oberflächenunebenheiten des Grundmaterials. Die Haftung beruht auf mechanischer Vorrichtungen sind beispielshaft in DE102009005078A1 oder DD97830A1
beschrieben. Ein ähnliches Verfahren ist das Drahtspritzen, wobei hierbei der
Lichtbogen zwischen zwei kontinuierlich geförderten Drähten brennt (siehe z.B.
CN000103480519. Gespritzte Schichten weisen eine hohe Porosität auf, welche in der Regel nicht gewünscht ist.
Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte Möglichkeit zum schichtweisen
Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks mittels Metallschutzgasschweißens bereitzustellen, wobei insbesondere negative Effekte auf das herzustellende bzw. zu beschichtende Werkstück reduziert werden sollen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks mittels Metallschutzgasschweißens sowie eine entsprechende Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks mittels Metallschutzgasschweißens mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Zuge eines Werkstoffübergangs eine abschmelzende Drahtelektrode durch einen Lichtbogen aufgeschmolzen.
Aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial löst sich von der Drahtelektrode ab, geht auf das Werkstück über und bildet dort eine Schicht des Werkstücks. Eine nicht- abschmelzende Gegenelektrode wird angeordnet, die wenigsten eine Öffnung aufweist. Der Lichtbogen wird zwischen der Drahtelektrode und der Gegenelektrode gezündet und brennt zwischen diesen Elektroden. Ein Schutzgas wird durch eine die abschmelzende Drahtelektrode wenigstens teilweise umgebende Schutzgasdüse in Richtung des Werkstückes zugeführt. Die nicht-abschmelzende Gegenelektrode wird an der Schutzgasdüse angeordnet, sodass das Schutzgas nur durch die wenigstens eine Öffnung der Gegenelektrode in Richtung des Werkstückes zugeführt wird.
Die entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Schweißbrenner mit einer abschmelzenden Drahtelektrode und eine die Drahtelektrode wenigstens abschmelzende Gegenelektrode wird angeordnet, die wenigsten eine Öffnung aufweist. Die Gegenelektrode ist derart ausgestaltet, dass ein Lichtbogen zwischen der Drahtelektrode und der Gegenelektrode brennen kann. Die Gegenelektrode wird am Ende der Schutzgasdüse angeordnet und damit ein im Wesentlichen geschlossene Raum von der Schutzgasdüse und der Gegenelektrode abgegrenzt wird, wobei das Schutzgas durch die wenigsten eine Öffnung in Richtung des Werkstückes fließt.
Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung jeweils in analoger Art und Weise.
Die Gegenelektrode und die Drahtelektrode sind mit einer Schweißstromquelle elektrisch verbunden. Die Gegenelektrode kann als Anode oder als Kathode verwendet werden. Die Schweißstromquelle kann als Gleichstromquelle oder Wechselstromquelle ausgebildet sein, Gegenelektrode und Drahtelektrode können demgemäß mit
Gleichstrom oder Wechselstrom bestromt werden.
Die Drahtelektrode wird bevorzugt in Form eines Drahtes oder eines Bandes kontinuierlich nachgeführt und an ihrem Ende aufgeschmolzen, wobei sich ein schmelzflüssiger Tropfen bildet. Durch verschiedene Kräfte löst sich der Tropfen von der Drahtelektrode ab und geht auf das Werkstück über. Beispielsweise wird der Tropfen durch elektromagnetische Kräfte in Richtung des Werkstücks "beschleunigt".
Die Gegenelektrode kann insbesondere wenigstens eine Öffnung aufweisen. Diese Öffnung ist in der Gegenelektrode insbesondere derart angeordnet, dass sich die ablösenden Tropfen durch diese Öffnung hindurch auf das Werkstück bewegen können.
Die einzelnen Öffnungen weisen jeweils eine zweckmäßige Form auf, beispielsweise rund, elliptisch, oval oder auch quadratisch. Die Öffnungen können beispielsweise jeweils als eine Bohrung, ein Loch, ein Durchgang bzw. eine Aussparung in der Gegenelektrode realisiert sein.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzgas in Form einer Schutzgasströmung in Richtung Schutzgasdüse auf. Diese Schutzgasdüse gibt die Drahtelektrode teilweise um. Das heißt, dass die Drahtelektrode sich über die Schutzgasdüse ragt. Die Schutzgasdüse könnte die Drahtelektrode auch völlig umgeben. Die Schutzgasdüse könnte als z.B. Lavaldüse ausgebildet Bevorzugt werden Argon, Helium, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Wasserstoff oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Gase als Schutzgas zugeführt. Selbstverständlich können auch weitere geeignete Gase als Schutzgas zugeführt werden.
Durch das Schutzgas, insbesondere durch einen entsprechenden Gasdurchfluss des Schutzgases, können Lichtbogeneigenschaften und/oder eine Tropfengeschwindigkeit, eine Tropfengröße und eine Tropfenablösefrequenz mit welcher das abgeschmolzene Elektrodenmaterial auf das Werkstück übergeht, beeinflusst werden. Durch das zugeführte Schutzgas bzw. durch den Impuls des zugeführten Schutzgases werden die Tropfen insbesondere in Richtung des Werkstücks "gedrückt". Insbesondere wird das Schutzgas mit einem Gasdurchfluss zwischen 5 l/min und 100 l/min zugeführt. Bei vergleichsweise hohen Gasdurchflüssen kann auch ein Abstand von Schweißbrenner und Werkstück erhöht werden, insbesondere da aufgrund des vergleichsweise hohen Gasdurchflusses ein erhöhter Impuls auf die sich ablösenden Tropfen übertragen wird. Insbesondere wird bei Gasdurchflüssen zwischen 5 l/min und 100 l/min ein Abstand von Schweißbrenner und Werkstück zwischen 2 mm und 500 mm eingestellt.
Insbesondere können die Tropfen durch die hohe Schutzgasströmung beschleunigt werden und/oder chemische Eigenschaften der Tropfen können beeinflusst werden. Weiterhin können die Tropfen beispielsweise zerstäubt werden. Die hergestellten Schichten können somit sehr gleichmäßig und dünn aufgetragen werden.
Insbesondere kann zu diesem Zweck zusätzlich der Abstand zwischen
Schweißbrenner und Werkstück auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist die Gegenelektrode an der Schutzgasdüse befestigt, sodass ein im Wesentlichen geschlossener Raum von der Gegenelektrode und der
Schutzgasdüse abgegrenzt wird und das Schutzgas nur durch die wenigstens eine Öffnung der Gegenelektrode auf dem Werkstück zugeführt wird, sodass kein
Schutzgas seitlich zwischen Gegenelektrode und Schweißbrenner entweichen kann und der notwendige Bauraum minimiert wird. Dadurch ist es auch möglich die
Charakteristik (Strömungsprofil und Turbulenzgrad) der Strömung durch die Geometrie die wenigsten eine Öffnung der Gegenelektrode hat. Durch diese Anordnung, dass die Schutzgasdüse gleichzeitig die Gegenelektrode darstellt, wird ein Kompakt- Schweißbrenner realisiert, welcher einfacher und zuverlässiger betrieben werden kann. Alternativ könnte die Gegenelektrode derart an der Schutzgasdüse befestigt werden, dass die Drahtelektrode durch die wenigstens eine Öffnung in Richtung des
Werkstückes hindurch geführt wird. In diesem Fall wird das aufgeschmolzene
Elektrodenmaterial nicht durch die Öffnung hindurch geführt, weil das Ende der Drahtelektrode, von dem die Tropfen sich ablösen, sich unterhalb der Gegenelektrode befindet. In eine andere Ausführungsform kann das Ende der Drahtelektrode sich auch in der Öffnung befinden. Das heißt, dass das Ende der Drahtelektrode von der
Gegenelektrode radial umgeben wird. Durch diese spezielle Position könnte die Tropfenbildung, die im Wesentlichen am Ende der Drahtelektrode stattfindet, von der Geometrie der wenigsten eine Öffnung kontrolliert werden. Die Kräfte, die
Tropfenbildung sowie die Tropfenbeschaffenheit wie Oberflächenspannung,
Tropfengröße und Geschwindigkeit beeinflussen, sind je nach der relativen Position der Gegenelektrode und der Drahtelektrode und der Geometrie der Öffnung
unterschiedlich. Der Schichtaufbau des Werkstückes wird daher vorzugsweise durch die Position, die Geometrie und den Winkel der Elektroden kontrolliert.
Vorzugsweise wird die Gegenelektrode an der Schutzgasdüse über eine lösbare Verbindung angeordnet. Beispielsweise ist die Gegenelektrode an der Schutzgasdüse angeschraubt oder aufgesteckt oder über ein lösbares Verbindungselement (Schelle, usw.) an der Schutzgasdüse angebracht. Die Gegenelektrode kann flexibel an einem herkömmlichen, handelsüblichen Schweißbrenner angeordnet werden.
Im Zuge des generativen Fertigungsprozesses bzw. des Beschichtungsprozesses werden eine oder mehrere Schichten mit vorgegebenen Eigenschaften hergestellt. Insbesondere wird im Zuge des generativen Fertigungsprozesses eine vorgegebene Struktur aus einer oder mehreren Schichten als Werkstück schichtweise hergestellt. Im Zuge des Beschichtungsprozesses wird insbesondere eine vorgegebene Struktur aus einer oder mehreren Schichten auf ein Werkstück aufgebracht. Beispielsweise können im Zuge des Beschichtungsprozesses auch spezielle Schichten als Verschleiß- und/oder Korrosionsschutz auf ein Werkstück aufgebracht werden. Diese Strukturen können beispielsweise mittels eines CAD-Programms erstellt werden. Der Fertigungs- bzw. Beschichtungsprozess wird insbesondere automatisch oder vollautomatisch durchgeführt. Zu diesem Zweck kann der Schweißbrenner maschinell positioniert werden, beispielsweise durch einen Schweißroboter, um das Werkstück wie vorgegeben herzustellen bzw. zu beschichten. Mittels CAD-Programms erstellte Figuren können in einen Abfolgeplan umgesetzt werden, gemäß welchem der Schweißroboter entsprechend angesteuert wird.
Fertigungs- bzw. Beschichtungsprozess können insbesondere überwacht werden. Zu diesem Zweck können geeignete Sensoren wie Kameras und/oder Scanner vorgesehen sein. Mit Hilfe dieser Sensoren werden insbesondere unterschiedliche Messgrößen des Fertigungs- bzw. Beschichtungsprozesses überwacht, gesteuert und/oder geregelt, beispielsweise eine Schweißstromstärke, ein Drahtvorschub, ein Gasdurchfluss und/oder eine Gaszusammensetzung unterschiedlicher zugeführter Gase, wie weiter unten noch detailliert beschrieben.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt eine kostengünstige und flexible Möglichkeit zum Beschichten und/oder zum generativen Herstellen von Werkstücken bereit. Das Werkstück ist nicht mit der Schweißstromquelle elektrisch verbunden. Im Gegensatz zum Stand der Technik brennt der Lichtbogen somit nicht zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, der Lichtbogen ist ein nicht-übertragener Lichtbogen bzw. nur teilweise übertragener. Thermische Belastungen des Werkstücks können somit erheblich reduziert bzw. sehr viel besser gesteuert werden. Durch Verwendung der
Gegenelektrode kann das Ablösen der Tropfen von der Drahtelektrode sicher und kontrolliert erfolgen. Prozessunregelmäßigkeiten sowie die Bildung von Spritzern können vermieden oder zumindest reduziert werden. Konstruktiv ermöglicht die Erfindung, den mobilen Einsatz der Erfindung an jedem beliebigen MSG- Schweißbrenner und ist einfach und schnell zu installieren.
Durch die Erfindung kann der Energieeintrag in das Werkstück unabhängig von der Abschmelzleistung der abschmelzenden Drahtelektrode gesteuert und frei eingestellt werden. Andererseits kann die Abschmelzleistung unabhängig vom Energieeintrag deutlich erhöht werden. Auch bei hohen Abschmelzleistungen bzw. bei hohen Ein zu starkes Aufschmelzen aufgrund eines zu hohen Energieeintrags und ein damit verbundenes zu starkes Aufmischen oder Verformen des Werkstücks kann verhindert werden. Durch Einstellen des Energieeintrags kann auch der Aufmischungsgrad über einen weiten Bereich flexibel eingestellt werden.
Durch die Erfindung können geforderte Abmessungen des herzustellenden bzw. zu beschichtenden Werkstücks sowie dessen Güte auf aufwandsarme und
kostengünstige Weise eingehalten werden. Es können einzelne Schichten hergestellt werden, welche geforderten Ansprüchen genügen und geforderte Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können beim Beschichten des Werkstücks auf einfache Weise Schichten erzeugt werden, welche die Eigenschaften des zu beschichtenden Werkstücks aufweisen.
Die Abschmelzleistung wird insbesondere durch den eingestellten Drahtvorschub und/oder durch den Durchmesser der verwendeten Drahtelektrode eingestellt.
Insbesondere wird ein Drahtvorschub zwischen 0,1 m/min und 20 m/min eingestellt. Es wird insbesondere eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser zwischen 0,6 mm und 3,2 mm verwendet, weiter insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 ,6 mm. Bevorzugt wird eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,8 mm; 0,9 mm; 1 ,0 mm;
1 ,2 mm oder 1 ,6 mm verwendet.
Vorteilhafterweise wird eine Ringelektrode als Gegenelektrode verwendet. Unter einer Ringelektrode ist insbesondere ein Bauteil aus einem elektrisch leitenden Werkstoff zu verstehen, welche die wenigstens eine Öffnung aufweist. Die Öffnung kann
beispielsweise als eine Bohrung, ein Loch, ein Durchgang bzw. eine Aussparung in das entsprechende Bauteil eingebracht sein.
Bevorzugt ist die Gegenelektrode als eine Platte ausgebildet, in welche die wenigstens eine Öffnung eingebracht ist. Die Gegenelektrode kann vorzugsweise auch als eine Drahtelektrode bzw. stabförmige Elektrode ausgebildet sein, welche in eine runde oder ovale Form verformt bzw. gebogen wurde, oder auch als ein hohler Stab bzw. eine hohle Drahtelektrode.
Alternativ kann die Gegenelektrode bevorzugt auch als wenigstens eine Drahtelektrode abschmelzende Drahtelektrode jeweils in einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist die Gegenelektrode in einem Aufsatzelement enthalten. Dieses Aufsatzelement ist an dem Schweißbrenner angeordnet, vorzugsweise über eine lösbare Verbindung, beispielsweise über eine Schelle, Klemme, Klammer oder dergleichen. Insbesondere umfasst das Aufsatzelement zwei Teile, welche um den Schweißbrenner herum angeordnet werden können. Das Aufsatzelement und somit die Gegenelektrode können flexibel an einer gewünschten Position an dem
Schweißbrenner angebracht und wieder von diesem entfernt werden. Somit kann ein herkömmlicher, handelsüblicher Schweißbrenner auf einfache Weise nachgerüstet werden. Weiterhin kann die Position des Aufsatzelements an dem Schweißbrenner flexibel verändert werden. Somit kann der Abstand zwischen der Gegenelektrode und der Drahtelektrode sowie zwischen der Gegenelektrode und dem Werkstück eingestellt werden. Hierdurch und durch die im Folgenden beschriebene Art der Kühlung und elektrischen Kontaktierung eignet sich die Erfindung besonders für den günstigen und mobilen Einsatz.
Bevorzugt wird der Abstand zwischen der Gegenelektrode und dem Werkstück eingestellt, um in das Werkstück eingebrachte Energie und/oder den Übergang des aufgeschmolzenen Elektrodenmaterials auf das Werkstück zu steuern. Insbesondere wird die auf das Werkstück übergehende, zumeist konvektive Energie eingestellt sowie ein Aufprall der Tropfen auf dem Werkstück beeinflusst. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die Gegenelektrode gekühlt. Der
Schweißbrenner weist zu diesem Zweck vorteilhafterweise eine Kühlvorrichtung auf. Die Gegenelektrode wird vorzugsweise wassergekühlt und/oder luftgekühlt. Die Gegenelektrode kann auch mittels eines anderen geeigneten Kühlfluids gekühlt werden, beispielsweise mittels flüssigen Stickstoffs. Weiterhin ist die Gegenelektrode insbesondere aus einem elektrisch und thermisch gut leitenden Material gefertigt. Somit wird gewährleistet, dass die Gegenelektrode den thermischen Belastungen standhält.
Die Kühlvorrichtung weist insbesondere eine Kühlfluidzufuhr und eine Kühlfluidabfuhr Wärmetauschs auf die Gegenelektrode bzw. wieder von dieser weg zu leiten. Somit werden insbesondere ein oder mehrere Kühlfluidkreisläufe realisiert. Die Kühlfluidzu- und Kühlfluidabfuhr sind insbesondere als eine oder mehrere Leitungen ausgebildet, die beispielsweise aus Kupfer oder Messing gefertigt sind. Vorzugsweise sind zwei Leitungen vorgesehen, wobei eine der zwei Leitungen zur Zufuhr und die andere der zwei Leitungen zur Abfuhr vorgesehen sind, wodurch bevorzugt ein Kühlkreislauf realisiert ist. Alternativ können vorzugsweise auch vier Leitungen vorgesehen sein, wobei zwei Leitungen als Zufuhr und zwei als Abfuhr vorgesehen sind und zwei Kühlfluidkreisläufe realisiert sind. Wenn die Gegenelektrode beispielsweise als eine Platte ausgebildet ist, können diese Leitungen insbesondere an dieser Platte angelötet, angeschweißt oder auch angeschraubt sein.
Vorteilhafterweise wird eine Leitung der Kühlung zur elektrischen Bestromung der Gegenelektrode verwendet. Insbesondere können auch mehrere Leitungen und weiter insbesondere sämtliche Leitungen der Kühlung zur elektrischen Bestromung der Gegenelektrode verwendet werden. Leitungen der Kühlvorrichtung werden somit elektrisch mit der Schweißstromquelle verbunden und der Schweißstrom wird über die Kühlvorrichtung auf die Gegenelektrode geführt. Die Gegenelektrode ist in diesem Fall insbesondere nicht direkt mit der Schweißstromquelle verbunden.
Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung an dem Schweißbrenner angeordnet, bevorzugt über eine lösbare Verbindung, beispielsweise eine Schelle, Klemme, Klammer oder dergleichen. Dabei können beispielsweise die einzelnen Leitungen der Kühlvorrichtung jeweils über lösbare Verbindungen an dem Schweißbrenner angeordnet werden oder die Kühlvorrichtung kann als Ganzes an dem Schweißbrenner angebracht werden. Entsprechende lösbare Verbindungselemente (Schellen, usw.) sind insbesondere mit der Schweißstromquelle elektrisch verbunden, um die Gegenelektrode elektrisch zu bestromen. Bevorzugt ist brennerseitig an den Verbindungselementen ein Isolator vorgesehen, um den Schweißbrenner von elektrisch bestromten Bauteilen zu isolieren.
Die Kühlvorrichtung kann flexibel an einer gewünschten Position an dem
Schweißbrenner angebracht und wieder von diesem entfernt werden. Ein
herkömmlicher, handelsüblicher Schweißbrenner kann flexibel nachgerüstet werden. Insbesondere kann durch Einstellen der Position der Kühlvorrichtung an dem Schweißbrenner auch die Position der Gegenelektrode relativ zu der Drahtelektrode bzw. relativ zu dem Werkstück eingestellt werden.
Bevorzugt ist das oben beschriebene Aufsatzelement als die Kühlvorrichtung ausgebildet. Die Gegenelektrode ist somit einerseits in die Kühlvorrichtung integriert und die Kühlvorrichtung ist andererseits an dem Schweißbrenner und insbesondere an der Schutzgasdüse angeordnet.
Vorzugsweise ist die Gegenelektrode über das oben beschrieben Aufsatzelement, in welchem die Gegenelektrode eingebracht ist, an der Schutzgasdüse angeordnet.
Alternativ kann die Gegenelektrode auch selbst als das Aufsatzelement ausgebildet sein, welches an der Schutzgasdüse angeordnet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Aufsatzelemente vorgesehen. Über ein erstes Aufsatzelement ist die Gegenelektrode an der Schutzgasdüse angeordnet. Ein zweites Aufsatzelement ist an dem Schweißbrenner und der Gegenelektrode oder an dem Schweißbrenner und dem ersten Aufsatzelement angeordnet. Über dieses zweite Aufsatzelement wird die Gegenelektrode insbesondere gekühlt. Dieses zweite Aufsatzelement ist demgemäß insbesondere als Kühlvorrichtung ausgebildet.
Insbesondere ist die Gegenelektrode über das zweite Aufsatzelement mit der
Schweißstromquelle elektrisch verbunden.
Somit können herkömmliche Schweißbrenner auf einfache Weise nachgerüstet werden. Weiterhin können einzelne Elemente durch Ausbildung als derartige
Aufsatzelemente leicht und problemlos ausgetauscht und ersetzt werden. Im Falle eines Defektes einzelner Elemente muss somit nicht die komplette Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten ersetzt werden. Die Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten kann somit insbesondere in modularer Bauweise realisiert werden und kostengünstig hergestellt werden.
Vorzugsweise wird ein Zusatzgas in Form von wenigstens einer Zusatzgasströmung zugeführt, um Eigenschaften des aufgeschmolzenen Elektrodenmaterials und/oder des Werkstücks zu beeinflussen. Zu diesem Zweck weist der Schweißbrenner
vorzugsweise wenigstens eine Zusatzgasdüse auf. Die Zusatzdüse erlaubt es, im Gegensatz zu einer globalen Beeinflussung und ist weitestgehend unempfindlich gegen Entmischungs- und Vermischungseffekte.
Insbesondere können die Tropfen durch die Zusatzgasströmung beschleunigt werden und/oder chemische Eigenschaften der Tropfen können beeinflusst werden. Weiterhin können die Tropfen beispielsweise zerstäubt werden. Die hergestellten Schichten können somit sehr gleichmäßig und dünn aufgetragen werden. Insbesondere kann zu diesem Zweck zusätzlich der Abstand zwischen Schweißbrenner und Werkstück auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Die Zusatzgasströmung kann insbesondere auf das aufgeschmolzene Material zu dessen Beeinflussung gerichtet sein. Durch eine auf das Werkstück gerichtete
Zusatzgasströmung kann insbesondere die Oberflächen- und Benetzungsqualität der hergestellten Schichten und Strukturen erhöht werden. Insbesondere kann die im Zuge des Herstellungs- bzw. Beschichtungsprozesses herzustellende Struktur, die aktuell aufgetragene Schicht oder auch das komplette Werkstück beeinflusst und/oder kontrolliert werden.
Insbesondere kann eine Oberflächenspannung und/oder ein Oxidationsgrad der Struktur bzw. der aktuell aufgetragenen Schicht beeinflusst werden. Somit kann eine geringe Rauigkeit insbesondere der obersten Schicht des herzustellenden bzw. zu beschichtenden Werkstücks erreicht werden. Somit ist es nicht notwendig, dass das hergestellte bzw. beschichtete Werkstück nachbearbeitet werden muss, beispielsweise spanend. Weiterhin kann das Werkstück durch die Zusatzgasströmung gezielt abgekühlt werden, wodurch beispielsweise ein Verzug minimiert und die Schmelze stabilisiert werden kann.
Insbesondere kann die herzustellende Struktur gestützt werden. Durch die
Zusatzgasströmung kann auch eine Druckwirkung auf die Struktur ausgeübt werden. Durch diese Druckwirkung können in der Struktur beispielsweise Überhänge hergestellt werden, insbesondere indem die Zusatzgasströmung der Schwerkraft entgegenwirkt und den auf das Werkstück übergehende Tropfen "stützt".
Vorzugsweise wird Argon, Helium, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und/oder zugeführt. Kohlendioxid wird insbesondere zum Kühlen des Werkstücks zugeführt, Sauerstoff insbesondere zu Reduzierung der Oberflächenspannung und Wasserstoff insbesondere zur Erhöhung der Oberflächenspannung sowie zum Vermeiden von Oxidation. Selbstverständlich können auch weitere geeignete Gase als Zusatzgas zugeführt werden.
Die Zusatzgasdüse bzw. Zusatzgasdüsen kann bzw. können jeweils beispielsweise als eine gerade, eine konkave oder eine konvexe Düse ausgebildet sein oder auch als Sonderdüse, z.B. als Lavaldüse. Die Zusatzgasdüsen können insbesondere konzentrisch um die Schutzgasdüse herum angeordnet werden. Beispielsweise können Öffnungen der Gegenelektrode relativ zu den Zusatzgasdüsen derart angeordnet sein, dass die jeweilige Zusatzgasströmung durch die jeweilige Öffnung hindurch auf eine vorgegebene Stelle auf dem Werkstück geführt werden kann, insbesondere auf eine Stelle nahe der Stelle des Tropfenaufpralls. Alternativ oder zusätzlich können Zusatzgasdüsen auch an der Gegenelektrode oder an dem entsprechenden Aufsatzelement angeordnet sein.
Vorzugsweise wird zusätzlich zu der abschmelzenden Drahtelektrode wenigstens eine abschmelzende Zusatzdrahtelektrode aufgeschmolzen. Die Gegenelektrode wird zwischen der wenigstens einen abschmelzenden Zusatzdrahtelektrode und dem Werkstück angeordnet. Zwischen jeder der wenigstens einen abschmelzenden Zusatzdrahtelektrode und der nicht-abschmelzenden Gegenelektrode wird jeweils ein Zusatzlichtbogen gezündet und brennt zwischen der Gegenelektrode und der jeweiligen Zusatzdrahtelektrode. Aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial der wenigstens einen Zusatzdrahtelektrode geht an der Gegenelektrode vorbei oder durch die wenigstens eine Öffnung der Gegenelektrode hindurch auf das Werkstück über. Eine derartige Verwendung mehrerer abschmelzenden Drahtelektroden wird als Mehrdrahttechnik bezeichnet. Hierdurch ist es möglich die Abschmelzleistung zu erhöhen, oder bei Elektroden unterschiedlicher Zusammensetzung Legierungen in-situ zu erzeugen bzw. gradierte Schichten und Strukturen zu erstellen.
Die Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten des Werkstücks weist zu diesem Zweck vorzugsweise wenigstens eine abschmelzende
Zusatzdrahtelektrode auf. Die Gegenelektrode ist derart ausgestaltet und angeordnet, und der Gegenelektrode brennen kann, und dass aufgeschmolzenes
Elektrodenmaterial der wenigstens einen Zusatzdrahtelektrode an der Gegenelektrode vorbei oder durch die wenigstens eine Öffnung der Gegenelektrode hindurch geführt werden kann. Vorzugsweise weist die Vorrichtung mehrere Zusatzschweißbrenner mit ■ jeweils einer der abschmelzenden Zusatzdrahtelektroden auf.
Beispielweise kann die Gegenelektrode für jede der Zusatzdrahtelektroden eine eigene Öffnung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann für mehrere der
Zusatzdrahtelektroden eine gemeinsame Öffnung vorgesehen sein, beispielsweise eine ovale Öffnung.
Insbesondere ist jede der Zusatzdrahtelektroden jeweils mit einem Pol einer eigenen Schweißstromquelle elektrisch verbunden. Jede dieser Schweißstromquellen kann als Gleichstrom- oder Wechselstromquelle ausgebildet sein. Die Gegenelektrode ist insbesondere jeweils mit dem anderen Pol der einzelnen Schweißstromquellen elektrisch verbunden. Insbesondere können für die einzelnen Zusatzdrahtelektroden jeweils ein individueller Lichtbogentyp eingestellt werden.
Mit dieser Mehrdrahttechnik werden insbesondere gradierte bzw. graduelle
Eigenschaften in dem herzustellenden bzw. zu beschichtenden Werkstück erzeugt. Die einzelnen Zusatzdrahtelektroden können jeweils aus unterschiedlichen oder auch aus denselben Werkstoffen gefertigt sein. Insbesondere kann für die einzelnen
Zusatzdrahtelektroden jeweils eine individuelle Abschmelzleistung eingestellt werden. Somit können die unterschiedlichen Schichten jeweils insbesondere aus vorgegebenen Mischungen unterschiedlicher Werkstoffe erzeugt werden.
Insbesondere wird eine Tandemtechnik verwendet, bei welcher neben der
abschmelzenden Drahtelektrode eine abschmelzende Zusatzdrahtelektrode
vorgesehen ist. Die Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten des Werkstücks weist dabei insbesondere zwei Schweißbrenner auf (Tandembrenner).
Vorteilhafterweise wird zusätzlich zu dem (Haupt-)Lichtbogen wenigstens ein weiterer Lichtbogen zwischen dem (elektrisch leitenden) Werkstück und jeweils einer weiteren nicht-abschmelzenden Elektrode gezündet, der zwischen dem Werkstück und der Lichtbögen wird insbesondere Energie in die herzustellende Schicht, das Werkstück bzw. die herzustellende Struktur eingebracht.
Zu diesem Zweck weist der Schweißbrenner vorteilhafterweise wenigstens eine nicht- abschmelzende Elektrode auf. Insbesondere ist jede dieser nicht-abschmelzenden Elektroden derart angeordnet, dass zusätzlich zu dem (Haupt-)Lichtbogen jeweils ein weiterer Lichtbogen zwischen dem Werkstück und der jeweiligen nicht- abschmelzenden Elektrode brennen kann. Beispielsweise können Öffnungen der Gegenelektrode relativ zu den nicht-abschmelzenden Elektroden derart angeordnet sein, dass der jeweilige zusätzliche Lichtbogen zwischen der jeweiligen nicht- abschmelzenden Elektrode und einer vorgegebenen Stelle auf dem Werkstück brennen kann, insbesondere nahe dem Tropfenaufprall. Alternativ oder zusätzlich können die nicht-abschmelzenden Elektroden insbesondere auch an der
Gegenelektrode oder an dem entsprechenden Aufsatzelement angeordnet sein.
Vorteilhafterweise wird ein elektrisch nicht leitendes Werkstück als Werkstück verwendet. Da das Werkstück nicht bestromt werden muss, um den Lichtbogen zu zünden und aufrecht zu erhalten, ermöglicht es die Erfindung, auch ein elektrisch nicht leitendes Werkstück zu beschichten. Alternativ oder zusätzlich wird vorteilhafterweise ein elektrisch nicht leitender Werkstoff in das herzustellende Werkstück eingebracht. Beispielsweise kann der elektrisch nicht leitende Werkstoff schmelzflüssig auf das herzustellende Werkstück aufgetragen werden. Der eingebrachte nicht leitende Werkstoff kann sich mit dem aufgeschmolzenen Elektrodenmaterial vermischen. Im Zuge des Herstellungsprozesses kann elektrisch nicht leitender Werkstoff in das herzustellende Werkstück eingebracht werden, ohne dass der Schweißprozess beeinflusst wird. Die Erfindung ermöglicht es somit, Mischverbindungen aus elektrisch leitenden und nicht leitenden Werkstoffen herzustellen, beispielsweise aus Stahl- Keramik-Verbindungen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden die Gegenelektrode und das Werkstück mit demselben Pol einer Stromquelle elektrisch verbunden, wenn das Werkstück elektrisch leitend ist. Gegenelektrode und Werkstück werden insbesondere auf das gleiche Potential gelegt. Insbesondere sind dabei ein einstellbarer Widerstand und/oder einer oder mehrere Leistungsschalter vorgesehen. Widerstand und/oder (zwischen Gegenelektrode und der Stromquelle) vorgesehen. Durch diesen einstellbaren Widerstand bzw. durch die Leistungsschalter kann insbesondere der elektrische Stromfluss auf die Gegenelektrode und das Werkstück gezielt aufgeteilt werden. Insbesondere kann somit der Energieeintrag in das Werkstück noch flexibler eingestellt werden. Hierdurch ist der Mehraufwand für Zusatzelektroden und mehrere Stromquellen nicht notwendig.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Gegenelektrode als ein
Einsatzelement ausgebildet. Dieses Einsatzelement kann insbesondere in ein Haltebzw. Trageelement, beispielsweise eine Platte, eingebracht werden. Insbesondere kann das Einsatzelement mittels einer lösbaren Verbindung befestigt, beispielsweise eingeschraubt werden. In dem entsprechenden Halte- bzw. Trageelement ist zu diesem Zweck insbesondere ein Gewinde vorgesehen. Die als Einsatzelement ausgebildete Gegenelektrode kann auch mittels eines lösbaren Verbindungselements (Schelle, usw.) befestigt werden. Die Gegenelektrode kann zur Montage geeignete Montagehilfen aufweisen, beispielsweise einen Schlitz oder Schlüsselflächen, an welchen ein Werkzeug zum Befestigen und zum Lösen der Gegenelektrode angesetzt werden kann. Die als Einsatzelement ausgebildete Gegenelektrode stellt somit ein Ersatzteil dar, welches bei Bedarf ohne großen Aufwand ausgetauscht werden kann. Vorteilhafterweise ist das Einsatzelement in das oben beschriebene Aufsatzelement eingebracht, insbesondere eingeschraubt.
Vorzugsweise umfasst das Einsatzelement zwei in Richtung der Drahtelektrode übereinander angeordnete Abschnitte. Insbesondere ist jeder dieser Abschnitte als ein Ring ausgebildet. Vorzugsweise sind diese zwei übereinander angeordneten
Abschnitte aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt. Bevorzugt ist ein erster dieser zwei übereinander angeordneten Abschnitte aus demselben Werkstoff gefertigt, wie die abschmelzende Drahtelektrode des Schweißbrenners. Der Lichtbogen setzt insbesondere ausschließlich oder zumindest größtenteils auf diesem ersten Abschnitt an der Gegenelektrode an. Dieser erste Abschnitt kann insbesondere durch den
Lichtbogen zumindest teilweise aufgeschmolzen werden, wodurch insbesondere das darunterliegende Material der Gegenelektrode geschützt wird, sodass die
Strombelastbarkeit und somit die maximale Abschmelzleistung steigt. Weiterhin werden somit günstige Austrittsbedingungen und ein stabiler Lichtbogenansatz Bevorzugt sind die Gegenelektrode und die Drahtelektrode zumindest teilweise aus demselben Werkstoff gefertigt. Die Gegenelektrode kann beispielsweise aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein, welche aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein können. Insbesondere kann die Gegenelektrode an einer
schweißbrennerseitigen Oberfläche einen Abschnitt bzw. eine Schicht aufweisen, welche aus demselben Werkstoff gefertigt ist, wie die Drahtelektrode. Wie oben in Bezug auf die als Einsatzelement ausgebildete Gegenelektrode beschrieben, kann der Lichtbogen insbesondere an diesem Abschnitt an der Gegenelektrode ansetzen, welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, wie die Drahtelektrode. Dieser Abschnitt kann insbesondere durch den Lichtbogen zumindest teilweise aufgeschmolzen werden, wodurch insbesondere das darunterliegende Material der Gegenelektrode geschützt wird. Weiterhin werden somit günstige Austrittsbedingungen und ein stabiler Lichtbogenansatz ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Drahtelektrode aus Stahl, Aluminium, Titan, Nickel oder Kupfer oder aus einer Legierung von zwei oder mehr dieser Werkstoffe gefertigt. Die
Drahtelektrode ist insbesondere aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefertigt. Insbesondere ist die Drahtelektrode aus einem Werkstoff gefertigt, welcher die vorgegebene Zusammensetzung der herzustellenden Schichten aufweist. Die
Drahtelektrode kann als eine Massivdraht- oder auch als eine Fülldrahtelektrode ausgebildet sein.
Bevorzugt ist die Gegenelektrode aus Kupfer oder Wolfram oder aus einer Legierung von zwei oder mehr dieser Werkstoffe gefertigt. Insbesondere ist die Gegenelektrode aus einem Werkstoff mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit und/oder mit einem vergleichsweise hohen Schmelzpunkt ausgebildet.
Vorzugsweise weist die wenigstens eine Öffnung bzw. einzelne der Öffnungen der Gegenelektrode jeweils einen Durchmesser auf, welcher dem 1 ,5-fachen bis zehnfachen Durchmesser der Drahtelektrode entspricht, insbesondere dem dreifachen bis achtfachen Durchmesser der Drahtelektrode.
Bevorzugt weist die wenigstens eine Öffnung bzw. einzelne der Öffnungen in Richtung zusätzlich verkleinert sich der Durchmesser der wenigstens einen Öffnung bzw.
einzelner der Öffnungen bevorzugt zumindest teilweise in Richtung Drahtelektrode zu dieser hin und/oder von dieser weg. Insbesondere weitet sich die Öffnungen in Richtung Drahtelektrode von dieser weg bzw. in Richtung des Werkstücks zu diesem hin aus. Die Richtung zur Drahtelektrode verläuft entgegengesetzt zur Richtung zum Werkstück.
Besonders bevorzugt weist die Öffnung in Richtung Drahtelektrode einen ersten Abschnitt mit konstantem Durchmesser auf und einen zweiten Abschnitt mit einem Durchmesser, der sich in Richtung Drahtelektrode zu dieser hin verkleinert.
Insbesondere erstreckt sich der erste Abschnitt mit konstantem Durchmesser über eine Länge zwischen 1 mm und 3 mm in Richtung der Drahtelektrode, bzw. über eine Länge, welche zwischen einem Zehntel und einem Drittel der Dicke der
Gegenelektrode entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Öffnung in Richtung Drahtelektrode einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist dabei insbesondere ein schweißbrennerseitiger Abschnitt der
Gegenelektrode, der zweite Abschnitt ist insbesondere ein werkstückseitiger Abschnitt der Gegenelektrode. Der Durchmesser der Öffnung in dem ersten Abschnitt vergrößert sich zur Drahtelektrode hin. Der Durchmesser der Öffnung in dem zweiten Abschnitt vergrößert sich zum Werkstück hin. Zwischen diesen beiden Abschnitten ist der Durchmesser der Öffnung somit am geringsten. Von dort aus nimmt der Durchmesser in beide Richtungen zu, also sowohl in Richtung der Drahtelektrode, als auch in Richtung des Werkstücks.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, in einer Schnittansicht.
Figur 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht. Figur 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 4 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht.
Figur 5 zeigt schematisch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 6 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung einer Gegenelektrode einer
bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 7 zeigt schematisch eine zweite Ausgestaltung einer Gegenelektrode einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 8 zeigt schematisch die Gegenelektrode aus Figur 7 in einer Schnittansicht.
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder baugleiche Elemente. In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines elektrisch leitenden, oder auch elektrisch nicht leitenden Werkstücks schematisch in einer Schnittansicht dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung umfasst einen Schweißbrenner zum Metallschutzgasschweißen 100. Der Schweißbrenner 100 weist eine stromführende Drahtelektrode 110 in Form eines Drahts auf, der von einer Stromkontaktdüse 140 umschlossen ist. Die Drahtelektrode 110 kann beispielsweise aus Stahl, Aluminium, Titan, Nickel, Kupfer oder aus einer Legierung derselben gefertigt sein. Beispielsweise besitzt die Drahtelektrode 110 einen Durchmesser von 1 ,2 mm.
Mittels des Schweißbrenners 100 wird ein Werkstück 200 mit einer vorgegebenen Struktur schichtweise hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann mittels des
Schweißbrenners 100 ein Werkstück 200 auch mit einer oder mehreren Schichten beschichtet werden.
Zwischen das Werkstück 200 und den Schweißbrenner 100 wird eine Gegenelektrode 300 angeordnet. Die Gegenelektrode kann beispielsweise als eine Ringelektrode 320 ausgebildet sein, in welche eine Öffnung 310, beispielsweise eine Bohrung, eingebracht ist. Die Ringelektrode 320 kann beispielsweise aus Kupfer, Wolfram oder eine Kupfer-Wolfram-Legierung gefertigt sein. Die Stromkontaktdüse 140 und die Gegenelektrode 300 werden jeweils mit einem Pol einer Schweißstromquelleelektrisch verbunden. Diese Schweißstromquelle wird in der Figur nicht gezeigt. Über die Stromkontaktdüse 140 fließt elektrischer Strom in die Drahtelektrode 110. Die Drahtelektrode 110 ist daher stromführend. Ein Lichtbogen 120 wird zwischen der Drahtelektrode 110 und der Gegenelektrode 300 gezündet und brennt zwischen diesen Elektroden. Durch die hohen Temperaturen wird die Drahtelektrode 110 an ihrer Spitze aufgeschmolzen. Somit bilden sich Tropfen 111 aufgeschmolzenen Drahts. Der Draht 1 10 wird kontinuierlich nachgeführt. Die Tropfen 111 lösen sich von der Drahtelektrode 1 10 ab. Die Tropfen bewegen sich durch die Öffnung 310 hindurch und gehen auf das Werkstück 200 über.
Der Schweißbrenner 100 weist weiterhin eine Schutzgasdüse 130 auf, um Schutzgas in Form einer Schutzgasströmung 131 in Richtung des Werkstücks zuzuführen. In dieser bevorzugten Ausgestaltung weist die Öffnung 310 in der Ringelektrode 320 einen ersten Abschnitt 311 und einen zweiten Abschnitt 312 auf. Der Durchmesser der Öffnung 310 ist innerhalb des ersten Abschnitts 311 konstant. Beispielsweise beträgt dieser konstante Durchmesser 7 mm. In dem zweiten Abschnitt 312 verkleinert sich der Durchmesser in Richtung Drahtelektrode 110 zu dieser hin bzw. vergrößert sich in Richtung Werkstück 200 zu diesem hin. Am werkstückseitigen Ende der
Gegenelektrode 300 beträgt der Durchmesser der Öffnung 310 beispielweise 13 mm.
Eine Dicke der Gegenelektrode 300 bzw. eine der Ausdehnung der Gegenelektrode 300 in Richtung der Drahtelektrode beträgt beispielsweise 7 mm. Der erste Abschnitt 311 der Öffnung besitzt beispielsweise eine Dicke von 2 mm, der zweite Abschnitt 312 eine Dicke von beispielsweise 5 mm.
Wie in Figur 1 ersichtlich ist, ist die Gegenelektrode 300 als Aufsatzelement
ausgebildete und über den Befestigungsmechanismus 340 an der Schutzgasdüse 130 des Schweißbrenners 100 angeordnet, beispielsweise aufgesteckt oder angeschraubt. sodass kein Schutzgas seitlich zwischen Gegenelektrode 300 und Schweißbrenner
100 entweichen kann. Die Schutzgasströmung kann nur durch die Öffnung 310 auf dem Werkstück 200 zugeführt werden. Die Geometrie der Gegenelektrode 320 wird in Figuren 7 und 8 genauer beschrieben.
In Figur 2 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10 in einer Schnittansicht schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung 10 weist in diesem Beispiel eine Kühlvorrichtung 400 zum Kühlen der Gegenelektrode 300 auf. Die Kühlvorrichtung 400 umfasst eine erste Leitung 410 und eine zweite Leitung 420. Über die erste Leitung 410 wird ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, auf ein Trageelement 450 zugeführt. Über die zweite Leitung 420 wird das Kühlfluid wieder von dem Trageelement 450 abgeführt. In diesem Trageelement 450 ist die Gegenelektrode 300 eingebracht. Durch den Kühlfluidfluss in dem Trageelement 450 um die Gegenelektrode 300 herum wird die Gegenelektrode 300 gekühlt.
Die Kühlvorrichtung 400 ist somit als ein Aufsatzelement ausgebildet, in welchem die weiterhin an dem Schweißbrenner 100 angeordnet werden. Ein derartiger Fall ist in Figur 3 dargestellt.
In Figur 3 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung 10 umfasst in dieser Ausgestaltung ebenfalls eine als Aufsatzelement ausgebildete Kühlvorrichtung 400. Die Kühlvorrichtung 400 weist in diesem Beispiel vier Leitungen 410 bis 440 auf.
Über eine erste und eine dritte Leitung 410 bzw. 430 wird jeweils das Kühlfluid, beispielsweise Wasser, auf das Trageelement 450 zugeführt. Über eine zweite und eine vierte Leitung 420 bzw. 440 wird das Kühlfluid jeweils wieder von dem
Trageelement 450 abgeführt. Somit sind zwei Kühlfluidkreisläufe realisiert. Über ein lösbares Verbindungselement 470, beispielsweise eine Schelle, kann die
Kühlvorrichtung 400 an dem Schweißbrenner 100 befestigt werden. Die Position der Kühlvorrichtung 400 an dem Schweißbrenner 100 kann mittels der Schelle 470 auf einfache Weise verändert werden. In der Schelle 470 sind insbesondere
Kühlfluidanschlüsse 460 vorgesehen, um das Kühlfluid der ersten und dritten Leitung 410 bzw. 430 zuzuführen und um aus der zweiten und vierten Leitung 420 bzw. 440 abzuführen.
Die Schelle 470 kann insbesondere zur elektrischen Bestromung der Gegenelektrode 300 mit der Schweißstromquelle 150 elektrisch verbunden werden. Strom wird in diesem Fall über die Leitungen 410 bis 440 auf das Trageelement 450 und auf die
Gegenelektrode 300 geführt. Zwischen der Schelle 470 und dem Schweißbrenner 100 ist ein elektrischer Isolator 480 angeordnet.
In dem Trageelement 450 sind weiterhin Aussparungen 490 eingebracht. Über diese Aussparungen 490 kann jeweils beispielsweise eine nicht-abschmelzende Elektrode oder eine Zusatzgasdüse angeordnet werden.
Eine derartige bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in Figur 4 in einer Schnittansicht schematisch dargestellt. In Figur 5 ist die Vorrichtung 10 Über die Aussparungen 490 in dem Trageelement der Kühlvorrichtung 400 sind eine erste und eine zweite nicht-abschmelzende Elektrode 51 1 und 521 angeordnet. Jede dieser nicht-abschmelzenden Elektroden 511 bzw. 521 ist mit einer Stromquelle elektrisch verbunden. Weiterhin ist das (elektrisch leitende) Werkstück 200 mit diesen Stromquellen elektrisch verbunden.
Zusätzlich zu dem (Haupt-)Lichtbogen 120 wird zwischen dem Werkstück 200 und der ersten nicht-abschmelzenden Elektrode 511 ein erster weiterer Lichtbogen 512 gezündet. Zwischen dem Werkstück 200 und der zweiten nicht-abschmelzenden Elektrode 521 wird ein zweiter weiterer Lichtbogen 522 gezündet. Durch die
zusätzlichen Lichtbögen 512 und 522 wird insbesondere Energie in das herzustellende Werkstück 200 eingebracht.
In Figur 6 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Gegenelektrode 300 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt.
Die Gegenelektrode 300 ist in diesem Beispiel als ein Einsatzelement ausgebildet, welches in das Trageelement 450 der Kühlvorrichtung bzw. des Aufsatzelements 400 eingebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist die Gegenelektrode 300 eine Montagehilfe 330 in Form von zwei Schlitzen auf. An diesen Schlitzen 330 kann beispielsweise ein Werkzeug angesetzt werden, um die Gegenelektrode 300 in dem Trageelement 450 (vgl. Figur 3) zu befestigen oder wieder aus diesem zu entfernen bzw. zu lösen.
In Figur 7 ist eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Gegenelektrode 300 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt. In Figur 8 ist diese bevorzugte Ausgestaltung der Gegenelektrode 300 aus Figur 7 schematisch in einer Schnittansicht dargestellt.
Die Gegenelektrode 300 ist in diesem Beispiel als zylinderförmiges Aufsatzelement ausgebildet, welches an der Schutzgasdüse 130 angeordnet werden kann. Zu diesem Zweck weist die Gegenelektrode 300 einen Befestigungsmechanismus 340 auf, über welchen die Gegenelektrode an der Schutzgasdüse 130 befestigt werden kann, beispielsweise aufgesteckt oder angeschraubt.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten
100 Schweißbrenner zum Metallschutzgasschweißen
110 Drahtelektrode
111 abgeschmolzene Drahtelektrode, Tropfen
120 Lichtbogen
130 Schutzgasdüse
131 Schutzgas, Schutzgasströmung
140 Stromkontaktdüse
150 Schweißstromquelle
200 Werkstück 300 Gegenelektrode
310 Öffnung, Bohrung
311 erster Abschnitt
312 zweiter Abschnitt
320 Platte
330 Montagehilfe, Schlitz
340 Befestigungsmechanismus
400 Kühlvorrichtung, Aufsatzelement
410 erste Leitung
420 zweite Leitung
430 dritte Leitung
440 vierte Leitung
450 Trageelement
460 Kühlfluidanschluss
470 lösbares Verbindungselement, Schelle
480 Isolator
490 Aussparung
511 erste nicht-abschmelzende Elektrode zweite nicht-abschmelzende Elektrode zweiter weiterer Lichtbogen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks (200) mittels Metallschutzgasschweißens,
- wobei eine abschmelzende Drahtelektrode (1 10) durch einen Lichtbogen (120) aufgeschmolzen wird und wobei aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial (11 1) sich von der Drahtelektrode (110) ablöst, auf das Werkstück (200) übergeht und dort eine Schicht des Werkstücks (200) bildet,
- wobei ein Schutzgas durch eine die abschmelzende Drahtelektrode (110)
mindestens teilweise umgebende Schutzgasdüse(130) in Richtung des
Werkstückes zugeführt wird,
- wobei eine nicht-abschmelzende Gegenelektrode (300) angeordnet wird, die wenigstens eine Öffnung (310) aufweist,
- wobei der Lichtbogen(120) zwischen der Drahtelektrode (110) und der
Gegenelektrode (300) gezündet wird und brennt.
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht-abschmelzende Gegenelektrode (300) an der Schutzgasdüse angeordnet wird, sodass das Schutzgas nur durch die wenigstens eine Öffnung (310) der
Gegenelektrode (300) in Richtung des Werkstückes zugeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial (111) durch die Öffnung(310) der Gegenelektrode (300) hindurch auf das Werkstück (200) übergeht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen der
Gegenelektrode (300) und dem Werkstück (200) eingestellt wird, um in das
Werkstück (200) eingebrachte Energie und/oder den Übergang des
aufgeschmolzenen Elektrodenmaterials (1 1) auf das Werkstück (200) zu steuern.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gegenelektrode (300) gekühlt wird und wobei eine Leitung (410, 420, 430, 440) der Kühlung zur elektrischen Bestromung der Gegenelektrode (300) verwendet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu der abschmelzenden Drahtelektrode (110) wenigstens eine abschmelzende
Zusatzdrahtelektrode aufgeschmolzen wird,
- wobei die Gegenelektrode (300) zwischen der wenigstens einen
abschmelzenden Zusatzdrahtelektrode und dem Werkstück (200) angeordnet wird,
- wobei zwischen jeder der wenigstens einen abschmelzenden
Zusatzdrahtelektrode und der nicht-abschmelzenden Gegenelektrode (300) jeweils ein Zusatzlichtbogen gezündet wird und brennt und
- wobei aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial der wenigstens einen
Zusatzdrahtelektrode an der Gegenelektrode (300) vorbei oder durch die wenigstens eine Öffnung (310) der Gegenelektrode (300) hindurch auf das Werkstück (200) übergeht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein elektrisch nicht leitendes Werkstück als Werkstück verwendet und beschichtet wird und/oder wobei ein elektrisch nicht leitender Werkstoff in das herzustellende Werkstück eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gegenelektrode (300) und das Werkstück (200) mit demselben Pol einer Stromquelle elektrisch verbunden werden, wenn das Werkstück elektrisch leitend ist.
Vorrichtung (10) zum schichtweisen Herstellen und/oder Beschichten eines Werkstücks (200) mittels Metallschutzgasschweißens, aufweisend einen
Schweißbrenner (100) mit einer abschmelzenden Drahtelektrode (110), eine die Drahtelektrode mindestens teilweise umgebende Schutzgasdüse (130) und eine vom Werkstück (200) unterschiedliche, nicht-abschmelzende
Gegenelektrode(300), die wenigsten eine Öffnung (310) aufweist, wobei die Gegenelektrode (300) derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtbogen (120) zwischen der Drahtelektrode (110) und der Gegenelektrode (300) brennen kann, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenelektrode (300) am Ende der Schutzgasdüse (130) befestigt wird und damit ein im Wesentlichen geschlossene Raum von der Schutzgasdüse (130) und der Gegenelektrode abgegrenzt wird, wobei das Schutzgas durch die wenigsten eine Öffnung (310) in Richtung des Werkstückes (200) fließt.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Gegenelektrode (300) als eine
Ringelektrode oder als eine Platte (320) mit der wenigstens einen Öffnung (310) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Gegenelektrode (300) in einem Aufsatzelement enthalten ist und wobei dieses Aufsatzelement an der Schutzgasdüse (130) angeordnet ist.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei das Aufsatzelement als eine
Kühlvorrichtung (400) zur Kühlung der Gegenelektrode (300) ausgebildet ist. 12. Vorrichtung (10) nach Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Drahtelektrode(110) durch die Öffnung (310) herausragt.
13. Vorrichtung (10) nach Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Gegenelektrode (300) sich zwischen der Drahtelektrode (110) und dem Werkstück (200) befindet, sodass aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial (1 11) durch die wenigsten eine Öffnung(310) der Gegenelektrode (300) hindurch auf das
Werkstück (200) übergeht.
14. Vorrichtung (10) nach Ansprüchen 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Drahtelektrode (100), von dem das aufgeschmolzenes
Elektrodenmaterial (11 1) sich ablöst, sich in der Öffnung(310) befindet.
15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Gegenelektrode (300) als ein Einsatzelement ausgebildet ist und wobei das Einsatzelement in das Aufsatzelement eingebracht ist.
16. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 15 mit wenigstens einer
abschmelzenden Zusatzdrahtelektrode, wobei die Gegenelektrode (300) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass jeweils ein Zusatzlichtbogen zwischen der kann, und dass aufgeschmolzenes Elektrodenmaterial (111) der wenigstens einen Zusatzdrahtelektrode an der Gegenelektrode (300) vorbei oder durch die wenigstens eine Öffnung (310) der Gegenelektrode (300) hindurch geführt werden kann.
17. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die wenigstens eine Öffnung (310) der Gegenelektrode einen Durchmesser aufweist, welcher dem 1 ,5- fachen bis zehnfachen Durchmesser der Drahtelektrode (110) entspricht, insbesondere dem dreifachen bis achtfachen Durchmesser der Drahtelektrode (110).
18. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei die wenigstens eine Öffnung (310) in Richtung Drahtelektrode (110) zumindest teilweise einen konstanten Durchmesser aufweist und/oder wobei sich der Durchmesser der wenigstens einen Öffnung (310) in Richtung Drahtelektrode zu dieser hin und/oder von dieser weg zumindest teilweise verkleinert.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18 mit wenigstens einer weiteren nicht-abschmelzenden Elektrode (511, 521).
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