WO2021058337A1 - Arc torch and method for coating metal surfaces - Google Patents

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WO2021058337A1 PCT/EP2020/075776 EP2020075776W WO2021058337A1 WO 2021058337 A1 WO2021058337 A1 WO 2021058337A1 EP 2020075776 W EP2020075776 W EP 2020075776W WO 2021058337 A1 WO2021058337 A1 WO 2021058337A1
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Steffen HEIDEMANN
Christian Weinmann
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Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
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Abstract

Providing an adhesive surface (28) on parts of an arc torch (10) ensures that particles (31) adhering to the housing (15) remain there and do not detach and arrive at the metal layer (13) to be produced. Thus, a problem that arises in the prior art in which anti-adhesive coatings are used is remedied. Because the anti-adhesive coatings allow for an at least loose deposit of metal particles, such particles can arrive at the coating of the metal layer, for example of a cylinder lining, if large areas of the loose deposits detach during a coating process. Such a workpiece would then be rejected. The adhesive surface (28) according to the invention prevents such occurrences.

Description

Lichtbogenbrenner und Verfahren zur Beschichtung von Me tallOberflächen Arc torch and process for coating metal surfaces
[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Metall schicht sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Metall oberflächen mit einer Metallschicht. The invention relates to an arc torch for coating metal surfaces with a metal layer and a method for coating metal surfaces with a metal layer.
[0002] Zur Beschichtung von Metallflächen sind Lichtbo genbrenner im Gebrauch, die mittels der in einem Lichtbogen erzeugten Wärme Material aufschmelzen, welches dann, zum Beispiel mittels eines Gasstrahls, auf einer Werkstückober fläche geblasen wird. Das Material wird typischerweise in Form von mindestens einem Draht zugeführt. Während die weitaus meisten Metalltröpfchen auf der Werkstückoberfläche abgelagert werden, können einzelne Tropfen abprallen. Auch sonstige Effekte können dazu führen, dass ein gewisser Pro zentsatz der Metalltropfen nicht auf die Werkstückoberflä che gelangt sondern fehl geht. Diese vagabundierenden Trop fen ergeben einen Staub, der abgesaugt werden kann. Lagert sich solcher Staub oder noch breiige oder flüssige Tröpf chen, so genannter Overspray jedoch an Flächen des Lichtbo genbrenners an, bilden sich Ablagerungen. Solche Ablagerun gen können sich in Stücken lösen und auf die zu beschich tende Metallfläche gelangen. Dies beeinträchtigt die Gleichmäßigkeit und Qualität der zu erzeugenden Metallbe schichtung. [0003] Die EP 2941 493 Bl sieht dazu einen Brenner vor, der mit einem abnehmbaren Kunststoff- oder Gummimantel ver sehen ist, der zu Wartungszwecken von dem Brenner abgenom men wird. Dies geht aber mit einem Verschleiß des Kunst stoff- und/oder Gummimantels einher, weswegen in der EP 2 941 493 Bl im weiteren vorgeschlagen wird, das Gehäuse des Brenners mit einem Antihaft- und Isolierschichtsystem zu versehen, wobei eine von dem Brenner nicht lösbare Anti- haftoberflache auf einer elektrisch und thermisch isolie rende Schicht angeordnet ist, welche ihrerseits auf dem Ge häuse angeordnet ist. For coating metal surfaces arc burners are in use, which melt material by means of the heat generated in an arc, which material is then blown onto a workpiece surface, for example by means of a gas jet. The material is typically supplied in the form of at least one wire. While the vast majority of metal droplets are deposited on the workpiece surface, individual droplets can ricochet off. Other effects can also mean that a certain percentage of the metal droplets do not get onto the workpiece surface but go wrong. These stray droplets produce a dust that can be sucked off. If such dust or pulpy or liquid droplets, so-called overspray, accumulate on surfaces of the arc burner, deposits form. Such deposits can dissolve in pieces and get onto the metal surface to be coated. This affects the uniformity and quality of the Metallbe coating to be produced. To this end, EP 2941 493 B1 provides a burner which is provided with a removable plastic or rubber jacket that is removed from the burner for maintenance purposes. However, this is accompanied by wear of the plastic and / or rubber jacket, which is why EP 2 941 493 B1 further proposes to provide the housing of the burner with a non-stick and insulating layer system, with an anti - Adhesive surface is arranged on an electrically and thermally insulating layer, which in turn is arranged on the housing.
[0004] Durch die Antihaftbeschichtung soll die Anhaftung von Overspray und/oder Spritzstaub auf der Vorrichtung ver mieden werden. Die Schaffung von Antihaftflächen, die kei nerlei Staubanlagerung zulässt, hat sich aber als schwierig erwiesen. The non-stick coating is intended to prevent overspray and / or spray dust from adhering to the device. The creation of non-stick surfaces that do not allow any accumulation of dust, however, has proven to be difficult.
[0005] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein sicheres und zuverlässiges Konzept zum Schutz einer zu er zeugenden Metallschicht vor Fremdkörpereinlagerung anzuge ben. Based on this, it is the object of the invention to provide a safe and reliable concept for protecting a metal layer to be produced from the storage of foreign bodies.
[0006] Diese Aufgabe wird mit dem Brenner nach Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren nach Anspruch 15 gelöst: This object is achieved with the burner according to claim 1 and with the method according to claim 15:
[0007] Der erfindungsgemäße Brenner dient insbesondere zur Beschichtung von Metalloberflächen mit einer Metall schicht, zum Beispiel zur Beschichtung einer Aluminiumober fläche mit einer Stahlschicht. Der Brenner weist ein Gehäu se auf, dem über eine Anschlusseinrichtung drahtförmiges Beschichtungswerkstoff, als Pulver oder beispielsweise in Form eines oder mehrerer Drähte, zugeführt wird. Außerdem ist dem Brenner über die Anschlusseinrichtung ein Energie träger, wie z.B. Strom oder Brenngas, zur Speisung einer Wärmequelle zuführbar. Ist der Energieträger elektrischer Strom, kann er zur Speisung eines Lichtbogens dienen, der die Wärmequelle zum Aufschmelzen eines Beschichtungswerkstoffs bil den kann. Dem Brenner kann auch Gas zugeführt werden, um in einem Innenraum des Gehäuses z.B. mittels des Lichtbogens und mittels des zugeführten Gas einen Sprühstahl zu erzeu gen, der flüssigen Beschichtungswerkstoff, insbesondere flüssige Metalltropfen enthält. Der Sprühstrahl wird durch ein Fenster aus dem Gehäuse entlassen, wobei das Gehäuse eine Haftoberfläche aufweist. Das Gehäuse bezieht dabei be grifflich den Brennerschaft mit ein. Auch an diesem kann die Haftoberfläche ausgebildet sein. The burner according to the invention is used in particular for coating metal surfaces with a metal layer, for example for coating an aluminum surface with a steel layer. The burner has a housing to which wire-shaped coating material, as powder or, for example, in the form of one or more wires, is supplied via a connection device. In addition, the burner via the connection device is an energy carrier, such as electricity or fuel gas, for feeding a Heat source can be supplied. If the energy source is electrical current, it can be used to feed an arc that can form the heat source for melting a coating material. Gas can also be fed to the burner in order to generate a spray steel containing liquid coating material, in particular liquid metal droplets, in an interior of the housing, for example by means of the arc and by means of the supplied gas. The spray jet is released from the housing through a window, the housing having an adhesive surface. The housing conceptually includes the burner shaft. The adhesive surface can also be formed on this.
[0008] Die Haftoberfläche ist Teil des Gehäuses und so mit vorzugsweise fest mit diesem verbunden. Die Haftober fläche kann unmittelbar an der Gehäusewand ausgebildet sein. The adhesive surface is part of the housing and is preferably firmly connected to it. The upper surface can be formed directly on the housing wall.
[0009] Insbesondere kann die Haftoberfläche das Fenster des Gehäuses vollständig umschließen und/oder die Außenflä che des Gehäuses vollständig einnehmend ausgebildet sein. Die Haftoberfläche wirkt als Staub- und Tropfenfang. Me talltröpfchen oder Staubpartikel, die von der Haftoberflä che aufgenommen sind, verbleiben dort und bilden einen Me tallniederschlag. Dieser haftet an der Haftoberfläche so fest, dass eine Ablösung während des Betriebs nicht er folgt. Deswegen kann er die von dem Sprühstrahl auf dem Werkstück erzeugte Metallschicht nicht mehr beeinträchti gen. In particular, the adhesive surface can completely enclose the window of the housing and / or the outer surface of the housing can be designed to be completely occupying. The adhesive surface acts as a dust and drip catcher. Metal droplets or dust particles that are picked up by the surface of the adhesive remain there and form a metal precipitate. This adheres so firmly to the adhesive surface that it does not become detached during operation. Therefore, it can no longer impair the metal layer produced on the workpiece by the spray jet.
[0010] Auch weitere Oberflächen, beispielsweise eine in dem Innenraum des Gehäuses angeordnete Düse oder derglei chen, können eine Haftoberfläche aufweisen. [0011] Das Gehäuse kann ein Metallgehäuse beispielsweise ein Aluminiumgehäuse sein. Die Düse kann aus Metall oder Keramik bestehen. Die Haftoberfläche ist vorzugsweise eine Oberfläche, die mit einer Verankerungsstruktur versehen ist. Diese weist vorzugsweise eine regellose Form auf. Ins besondere kann die Verankerungsstruktur durch eine Rau struktur gebildet sein. Diese weist vorzugsweise Rauheits kennwerte von Rz = 15 bis 30 (vorzugsweise 20) und/oder Ra = 5,5 bis 7 Mikrometer (vorzugsweise 6,3 Mikrometer) auf.Other surfaces, for example a nozzle or the like arranged in the interior of the housing, can have an adhesive surface. The housing can be a metal housing, for example an aluminum housing. The nozzle can be made of metal or ceramic. The adhesive surface is preferably a surface that is provided with an anchoring structure. This preferably has a random shape. In particular, the anchoring structure can be formed by a rough structure. This preferably has roughness parameters of R z = 15 to 30 (preferably 20) and / or R a = 5.5 to 7 micrometers (preferably 6.3 micrometers).
Es hat sich gezeigt, dass vagabundierende Metalltröpfchen auf einer solchen Fläche ausreichend Halt finden, um sich mechanisch mit der Oberfläche zu verzahnen und so während des Betriebs des Lichtbogenbrenners sicher gehalten blei ben. Andererseits lassen sie sich durch mechanische Einwir kung, wie Bürsten, Strahlen, Abkratzen oder dergleichen, relativ leicht von der Haftoberfläche lösen, ohne dies zu beschädigen. Damit kann die Haftoberfläche als verschleiß freie Fläche angesehen werden, die über die Standzeit des Lichtbogenbrenners erhalten bleibt. It has been shown that stray metal droplets find sufficient support on such a surface to mechanically interlock with the surface and thus remain securely held during operation of the arc torch. On the other hand, they can be released relatively easily from the adhesive surface by mechanical action, such as brushing, blasting, scraping or the like, without damaging it. This means that the adhesive surface can be viewed as a wear-free area that is retained over the life of the arc torch.
[0012] Die Haftoberfläche ist vorzugsweise eine nichtme tallische anorganische Schicht, beispielsweise eine Kera mikschicht oder eine Aluminiumoxidschicht. Die Alumini umoxidschicht kann zum Beispiel eine auf einem Aluminiumge häuse ausgebildete durch anodische Oxidation erzeugte Oxid schicht sein, die auch als Eloxalschicht bezeichnet wird. Vorzugsweise weist die Aluminiumoxidschicht eine so geringe Dicke auf, dass die Rauheit der Aluminiumoberfläche, auf der sie aufgewachsen ist, auch die Rauheit der Alumini umoxidschicht bestimmt. The adhesive surface is preferably a non-metallic inorganic layer, for example a ceramic layer or an aluminum oxide layer. The aluminum oxide layer can be, for example, an oxide layer formed on an aluminum housing by anodic oxidation, which oxide layer is also referred to as an anodized layer. The thickness of the aluminum oxide layer is preferably so small that the roughness of the aluminum surface on which it is grown also determines the roughness of the aluminum oxide layer.
[0013] Alternativ kann die Haftoberfläche durch eine aufgebrachte Beschichtung gebildet sein, zum Beispiel eine keramische Beschichtung. Zur Aufbringung einer keramischen Beschichtung zur Ausbildung der Haftoberfläche ist jedes Beschichtungsverfahren, insbesondere PVD-Verfahren, CVD- Verfahren oder sonstige Verfahren zur Gasphasenabscheidung geeignet. Alternatively, the adhesive surface can be formed by an applied coating, for example a ceramic coating. For applying a ceramic Any coating process, in particular PVD processes, CVD processes or other processes for gas phase deposition, is suitable for forming the adhesive surface.
[0014] Vorzugsweise weist die Haftoberfläche eine im Hinblick auf die Temperatur und die Tröpfchengröße sowie die Materialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl enthalte nen Metalltröpfchen eine solche Härte und eine solche Tem peraturbeständigkeit auf, dass eine stoffliche Bindung zwi schen Metallniederschlag, d.h., auf der Haftoberfläche auf treffenden Metalltröpfchen, und der Haftoberfläche ausge schlossen ist. Insbesondere wird es als vorteilhaft angese hen, wenn die Schmelztemperatur des Materials, aus dem die Haftoberfläche besteht, höher ist als die Schmelztemperatur des Materials, das die Tröpfchen bildet. Außerdem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Material der Haftober fläche auch nicht auf andere Weise, beispielsweise durch Zersetzung, durch die geschmolzenen Metalltröpfchen an greifbar ist. Die Haftoberfläche weist außerdem im Hinblick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie die Materialbe schaffenheit der in dem Sprühstrahl enthaltenen Metall tröpfchen vorzugsweise eine solche Härte auf, dass die Haftoberfläche durch mechanisches Ablösen des Metallnieder schlags nicht veränderbar ist. Anders als bei Überzügen aus Kunststoff oder Gummi verändern auf die Haftoberfläche auf treffende Metalltröpfchen somit weder die chemische Be schaffenheit der Haftoberfläche noch wird diese von dem Me talltröpfchen verformt oder anderweitig angegriffen. Die Haftoberfläche ist somit gegenüber den auftreffenden Me talltröpfchen inert. Preferably, the adhesive surface has in terms of the temperature and the droplet size and the material properties of the metal droplets contained in the spray jet of such a hardness and such a temperature resistance that a material bond between metal precipitate, ie, on the adhesive surface hitting metal droplets, and the adhesive surface is excluded. In particular, it is considered advantageous if the melting temperature of the material from which the adhesive surface is made is higher than the melting temperature of the material which forms the droplets. In addition, it is considered advantageous if the material of the adhesive surface is not accessible in any other way, for example by decomposition, by the molten metal droplets. With regard to the temperature and droplet size as well as the material nature of the metal droplets contained in the spray jet, the adhesive surface preferably has such a hardness that the adhesive surface cannot be changed by mechanical detachment of the metal deposit. In contrast to coatings made of plastic or rubber, metal droplets that hit the adhesive surface do not change the chemical nature of the adhesive surface, nor is it deformed or otherwise attacked by the metal droplets. The adhesive surface is thus inert to the impinging metal droplets.
[0015] Vorzugsweise weist die Haftoberfläche eine Härte auf, die größer ist, als die Härte der Gehäusewand. Weiter vorzugsweise ist die Härte des Materials, aus dem die Haft oberfläche besteht, mindestens so groß, wie die Härte des Beschichtungsmaterials. Dies trägt dazu bei, dass beim me chanischen Ablösen des Metallniederschlags von der Haft oberfläche, die Oberflächenstruktur derselben nicht verän dert wird. Preferably, the adhesive surface has a hardness that is greater than the hardness of the housing wall. Continue The hardness of the material from which the adhesive surface is made is preferably at least as great as the hardness of the coating material. This helps ensure that when the metal deposit is mechanically detached from the adhesive surface, the surface structure of the same is not changed.
[0016] Vorzugsweise ist die Rauheit der Haftoberfläche so eingestellt, dass die bei einem Ablöseversuch zu messen de HaftZugfestigkeit zwischen dem Metallniederschlag auf der Haftoberfläche und der unterliegenden Haftoberfläche zwischen 2 MPa und 30 MPa liegt. Damit ist einerseits si chergestellt, dass sich der Metallniederschlag von der Haftoberfläche im Betrieb nicht löst und andererseits im Reinigungsvorgang ablösbar ist. Vorzugsweise beträgt der Haftzugwert wenigstens 5 MPa. Preferably, the roughness of the adhesive surface is adjusted so that the tensile strength to be measured in a detachment attempt between the metal deposit on the adhesive surface and the underlying adhesive surface is between 2 MPa and 30 MPa. This ensures, on the one hand, that the metal deposit does not detach from the adhesive surface during operation and, on the other hand, can be detached during the cleaning process. The tensile adhesive strength is preferably at least 5 MPa.
[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 15 nutzt das Gehäuse des Lichtbogenbrenners als Staub- und Oversprayfänger, indem die Haftoberfläche auftreffende Me talltröpfchen und darin eingebetteten Metallstaub als Me tallniederschlag sicher festhält und nicht auf die zu er zeugenden Oberflächen gelangen lässt. The inventive method according to claim 15 uses the housing of the arc torch as a dust and overspray catcher by securely holding the adhesive surface metal droplets impinging on it and metal dust embedded therein as metal precipitation and not allowing it to reach the surfaces to be generated.
[0018] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungs formen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Be schreibung oder von Ansprüchen. Es zeigen: Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject of the drawing, the description or the claims. Show it:
[0019] Figur 1 einen Lichtbogenbrenner beim Beschich ten einer Metalloberfläche, in schematischer Darstellung,[0019] FIG. 1 shows an arc torch when coating a metal surface, in a schematic representation,
[0020] Figur 2 den Lichtbogenbrenner nach Figur 1, in ausschnittweiser schematisierter und geschnittener Darstel lung, [0021] Figur 3 einen Ausschnitt aus der Gehäusewand des Lichtbogenbrenners nach Figur 1 und 2, in vergrößerter Darstellung. FIG. 2 shows the arc torch according to FIG. 1, in a fragmentary, schematic and sectional representation, Figure 3 shows a section of the housing wall of the arc burner according to Figures 1 and 2, in an enlarged view.
[0022] In Figur 1 ist ein Lichtbogenbrenner 10 veran schaulicht, der dazu dient, die Oberfläche 11 eines Werk stücks 12 mit einer Metallschicht 13 zu versehen. Der Lichtbogenbrenner 10 dient zur Veranschaulichung der Erfin dung, die auch an Plasmabrennern, Gasbrennern oder anderen zur Beschichtung einer Oberfläche geeigneten und vorgesehe nen Brennern Anwendung finden kann. Der Beschichtungsvor gang hinterlässt eine Schicht aus einem Beschichtungswerk stoff, vorzugsweise eine Metallschicht aus einem dem Bren ner z.B. in Form eines oder mehrerer Drähte oder Bänder o- der als Pulver zugeführten metallischen Beschichtungsmate rial. In FIG. 1, an arc torch 10 is illustrated, which is used to provide the surface 11 of a workpiece 12 with a metal layer 13. The arc torch 10 is used to illustrate the inven tion, which can also be used on plasma torches, gas torches or other suitable and provided torches for coating a surface. The coating process leaves a layer of a coating material, preferably a metal layer of a metallic coating material supplied to the burner, e.g. in the form of one or more wires or strips or as a powder.
[0023] Der hier beispielhaft veranschaulichte Lichtbo genbrenner 10 erzeugt einen Sprühstrahl 14, der ein Gehäuse 15 des Lichtbogenbrenners 10 an einem Fenster 16 verlässt und gegen die Oberfläche 11 gerichtet ist. The arc burner 10 illustrated here by way of example generates a spray jet 14 which leaves a housing 15 of the arc burner 10 at a window 16 and is directed towards the surface 11.
[0024] Der Sprühstrahl 14 besteht aus geschmolzenen Me talltröpfchen 22, beispielsweise aus Stahl, die mittels ei nes Gasstrahls, beispielsweise StickstoffStrahls, auf die Oberfläche 11 getragen werden. Figur 2 zeigt dazu den prin zipiellen Aufbau des Lichtbogenbrenners 10. Diese weist ei ne Lichtbogenerzeugungseinrichtung 17 auf, zu der zum Bei spiel mindestens ein Draht 18 und eine Gegenelektrode 19 gehören können, zwischen denen ein Lichtbogen 20 brennt.The spray jet 14 consists of molten metal droplets 22, for example made of steel, which are carried onto the surface 11 by means of a gas jet, for example a nitrogen jet. FIG. 2 shows the basic structure of the arc burner 10. This has an arc generation device 17, which can include at least one wire 18 and a counter electrode 19 between which an arc 20 burns.
Der Draht 18 wird über eine nicht weiter dargestellte För dereinrichtung in Richtung auf die Gegenelektrode 19 zuge führt, wie in Figur 2 durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Während die Gegenelektrode 19 aus einem sich nicht verbrau chendem Material, beispielsweise Wolfram oder einer Wolf ramlegierung, ausgebildet ist, besteht der Draht 18 aus dem auf die Oberfläche 11 aufzubringenden Material, das von dem Lichtbogen 20 aufgeschmolzen wird. Dieses wird in Form von Metalltröpfchen 22 ausgetragen, die den Sprühstrahl 14 bil den. Zur Erzeugung desselben dient eine Gasdüse 23, der über einen Kanal 24 Gas, beispielsweise Stickstoff, zuge führt wird. Die dem Lichtbogen 20 benachbarte Gasdüse 23 bläst einen Gasstrahl durch den Lichtbogen 20. Der entste hende Sprühstrahl 14 kann dabei eine Maske oder Düse 25 passieren, die an der der Gasdüse 23 gegen überliegenden Seite des Lichtbogens 20 angeordnet ist. Die Düse 25 ist optional, sie kann auch entfallen. The wire 18 is fed via a conveyor device, not shown, in the direction of the counter electrode 19, as indicated by an arrow 21 in FIG. While the counter electrode 19 is made of a non-consuming material, for example tungsten or a tungsten ram alloy, the wire 18 consists of the material to be applied to the surface 11, which is melted by the arc 20. This is in the form of Metal droplets 22 discharged, which the spray 14 bil the. To generate the same, a gas nozzle 23 is used, which is supplied via a channel 24 with gas, for example nitrogen. The gas nozzle 23 adjacent to the arc 20 blows a gas jet through the arc 20. The resulting spray jet 14 can pass a mask or nozzle 25 which is arranged on the side of the arc 20 opposite the gas nozzle 23. The nozzle 25 is optional, it can also be omitted.
[0025] Die Betriebsmedien, d.h., der elektrische Strom zum Betrieb des Lichtbogens 20 sowie das Gas für die Düse 23 werden dem Lichtbogenbrenner 10 über eine Schnittstelle 26 zugeführt, über die der Lichtbogenbrenner 10 an eine entsprechende Beschichtungsmaschine angeschlossen ist. The operating media, i.e. the electrical current for operating the arc 20 and the gas for the nozzle 23 are fed to the arc torch 10 via an interface 26 via which the arc torch 10 is connected to a corresponding coating machine.
[0026] Das Gehäuse 15 weist eine aus Figur 3 ersichtli che Gehäusewand 27 auf, die außen eine Haftoberfläche 28 aufweist. Die Haftoberfläche 28 umgibt zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsform das Fenster 16 vollständig und erstreckt sich in einer weiter bevorzugten Ausführungsform über die gesamte Außenfläche des Gehäuses 15. The housing 15 has a housing wall 27 which can be seen from FIG. 3 and which has an adhesive surface 28 on the outside. In at least one preferred embodiment, the adhesive surface 28 completely surrounds the window 16 and, in a further preferred embodiment, extends over the entire outer surface of the housing 15.
[0027] Das Gehäuse 15 weist außerdem einen Schaft 29 auf, auf den sich die Haftoberfläche 28 erstrecken kann.The housing 15 also has a shaft 29 on which the adhesive surface 28 can extend.
Die Haftoberfläche 28 kann bis zu der Schnittstelle 26 rei chen und somit auch den Schaft 29 mit einnehmen, der Teil des Gehäuses 15 ist. The adhesive surface 28 can range up to the interface 26 and thus also take up the shaft 29, which is part of the housing 15.
[0028] Die Haftoberfläche 28 ist aus Figur 3 gesondert ersichtlich. Sie ist an der Außenseite der Gehäusewand 27 vorgesehen, kann aber auch dem Innenraum des Gehäuses 15 zugewandte Flächen des Gehäuses 15 oder sonstige Oberflä chenbereiche einnehmen. [0029] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Haft oberfläche 28 eine Aluminiumoxidschicht, die auf die Außen seite der Gehäusewand 27 aufgewachsen ist. Die Haftoberflä che 28 weist dabei eine Rauheit auf, die ausreichend ist, um Metallpartikel 30 und den sich daraus aufbauenden Me tallniederschlag 31 sicher durch mechanische Verzahnung verankert zu halten. Dazu weist die Haftoberfläche 28 vor zugsweise eine Rauheit mit einem Rauheitskennwert Rz von 20 und Ra von 6,3 Mikrometern auf. Vorzugsweise liegt Rz zwi schen 10 bis 30 und Ra zwischen 5 und 8 Mikrometern. The adhesive surface 28 can be seen separately from FIG. It is provided on the outside of the housing wall 27, but can also occupy surfaces of the housing 15 facing the interior of the housing 15 or other surface areas. In the present exemplary embodiment, the adhesive surface 28 is an aluminum oxide layer that is grown on the outside of the housing wall 27. The surface of the adhesive 28 has a roughness that is sufficient to keep metal particles 30 and the metal precipitate 31 built up from them securely anchored by mechanical interlocking. For this purpose, the adhesive surface 28 preferably has a roughness with a roughness parameter R z of 20 and R a of 6.3 micrometers. Preferably, R z is between 10 to 30 and R a is between 5 and 8 micrometers.
[0030] Anstelle der Aluminiumoxidschicht können auch chemisch anderweitig beschaffene Oberflächen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind diese jedoch gegenüber dem Metall niederschlag 31 temperaturbeständig und mechanisch bestän dig. Die Schmelztemperatur des die Haftoberfläche 28 bil denden Materials ist vorzugsweise größer als die Schmelz temperatur des Metalls, aus dem die Tropfen 22 besehen. [0030] Instead of the aluminum oxide layer, it is also possible to provide surfaces with other chemical properties. However, these are preferably temperature-resistant and mechanically resistant to the metal precipitation 31. The melting temperature of the material forming the adhesive surface 28 is preferably greater than the melting temperature of the metal from which the drops 22 are seen.
[0031] Vorzugsweise ist das die Haftoberfläche 28 bil dende Material bis zu Temperaturen oberhalb 1500° C weiter vorzugsweise bis 2000° C temperaturbeständig, d.h., form stabil. Außerdem ist es so gewählt, dass weder ein Verlöten noch ein Verschweißen der auftreffenden Metalltröpfchen 22, d.h., der Partikel 30 mit der Haftoberfläche 28 erfolgt.The material forming the adhesive surface 28 is preferably temperature-resistant up to temperatures above 1500 ° C, more preferably up to 2000 ° C, i.e., dimensionally stable. In addition, it is selected in such a way that neither soldering nor welding of the impinging metal droplets 22, i.e. the particles 30, to the adhesive surface 28 takes place.
Die Verbindung zwischen dem Metallniederschlag 31 und der Haftoberfläche 28 ist ein rein mechanischer Halt, der durch mechanische Einwirkung auflösbar ist. Die HaftZugfestigkeit der Verbindung zwischen der Haftoberfläche 28 und dem Me tallniederschlag 31 liegt vorzugsweise zwischen 2 MPa und 30 MPa. Die HaftZugfestigkeit kann als negativer Druck be griffen werden. Die Härte HV5 der Haftoberfläche 28 liegt vorzugsweise zwischen 350 N/mm2 und 2400 N/mm2. [0032] Figur 3 veranschaulicht die Haftoberfläche 28 als Aluminiumoxidschicht auf einer aus Aluminium bestehenden Gehäusewand. Jedoch kann die Haftoberfläche auch auf und aus anderen Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Material, an dem die Haftoberfläche ausgebildet ist, Stahl, zum Beispiel X39CRM017-1 sein. Dieser kann zur Ausbildung einer Haftoberfläche aufgeraut und nitriert sein. Die nitrierte Schicht kann 0,05 bis 0,1 mm dick sein. Die Härte HV5 kann zwischen 900 und 1200 N/mm2 liegen. The connection between the metal deposit 31 and the adhesive surface 28 is a purely mechanical hold that can be broken by mechanical action. The adhesive tensile strength of the connection between the adhesive surface 28 and the metal precipitate 31 is preferably between 2 MPa and 30 MPa. The adhesive tensile strength can be understood as negative pressure. The hardness HV5 of the adhesive surface 28 is preferably between 350 N / mm 2 and 2400 N / mm 2 . Figure 3 illustrates the adhesive surface 28 as an aluminum oxide layer on a housing wall made of aluminum. However, the adhesive surface can also be formed on and from other materials. For example, the material on which the adhesive surface is formed can be steel, for example X39CRM017-1. This can be roughened and nitrided to form an adhesive surface. The nitrided layer can be 0.05 to 0.1 mm thick. The hardness HV5 can be between 900 and 1200 N / mm 2 .
[0033] Die Haftoberfläche kann auch an keramischen Ober flächen ausgebildet sein. Beispielsweise einer Sinterkera mik, einer Oxidkeramik, einer Reaktionskeramik oder einer anderweitigen Keramik, aus der beispielsweise die Düse 25 ausgebildet sein kann. Auch kann die Haftoberfläche 28 an einer keramischen Oberfläche einer auf ein Metallteil auf gebrachten Schicht ausgebildet sein. Wiederum kann die Ke ramikoberfläche dabei als Haftoberfläche 28 ausgebildet sein, indem diese mit einer ausreichenden Rauheit bei spielsweise mit Rz von 20 und RA von 6,3 Mikrometern verse hen ist. The adhesive surface can also be formed on ceramic surfaces. For example, a sintered ceramic, an oxide ceramic, a reaction ceramic or some other ceramic from which the nozzle 25 can be formed, for example. The adhesive surface 28 can also be formed on a ceramic surface of a layer applied to a metal part. Again, the ceramic surface can be designed as an adhesive surface 28 in that it is provided with a sufficient roughness with, for example, R z of 20 and R A of 6.3 micrometers.
[0034] Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Haftober fläche 28 auf zumindest Teilen der Außenseite des Gehäuses 15 und/oder anderen Teilen beispielsweise einer Düse 25 des Lichtbogenbrenners 10 wird das unkontrollierte Ablösen von Partikeln während des Betriebs des Lichtbogenbrenners 10 verhindert. Durch die gezielte Gestaltung der Oberflächen rauheit wird eine gute Anhaftung des Oversprays und der sich daraus bildenden Metallablagerungen erzielt. Durch Anodisieren, insbesondere Hartanodisieren eines zum Bei spiel aus Aluminium bestehenden Gehäuses, zum Beispiel durch Ausbildung einer plasmakeramischen Schicht, wird ein Einbrand von Metalltröpfchen 22 in der Oberfläche verhin- dert. Die Reinigung der Gehäuseoberfläche ist in Betriebs pausen ohne Beschädigung des Brennerschafts 29 und/oder des Gehäuses 15 und/oder sonstiger Teile der Düse 25 möglich. The inventive formation of an adhesive surface 28 on at least parts of the outside of the housing 15 and / or other parts, for example a nozzle 25 of the arc torch 10, the uncontrolled detachment of particles during operation of the arc torch 10 is prevented. The targeted design of the surface roughness ensures good adhesion of the overspray and the resulting metal deposits. By anodizing, in particular hard anodizing, a housing made, for example, of aluminum, for example by forming a plasma-ceramic layer, metal droplets 22 are prevented from being burned into the surface. changes. The surface of the housing can be cleaned during pauses in operation without damaging the torch shaft 29 and / or the housing 15 and / or other parts of the nozzle 25.
[0035] Durch Vorsehung einer Haftoberfläche 28 an Teilen eines Lichtbogenbrenners 10 wird sichergestellt, dass Me tallniederschlag 31, der an dem Brennerschaft 29 oder dem Gehäuse 15 anhaftet, dort verbleibt und sich nicht wieder ablöst und in die zu erzeugende Metallschicht 13 gelangt. Damit wird einem im Stand der Technik anzutreffenden Prob lem abgeholfen, bei dem mit Antihaftbeschichtungen gearbei tet wird, weil diese eine zumindest lose Auflagerung von Metallpartikeln ermöglichen können. Wenn diese losen Aufla gerungen sich während eines Beschichtungsvorgangs großflä chig ablösen, können solche Partikel in die Beschichtung der Metallschicht, beispielsweise einer Zylinderlaufbahn, gelangen. Ein solches Werkstück ist dann Ausschuss. Die er findungsgemäße Haftoberfläche 28 verhindert solche Vorgän ge. By providing an adhesive surface 28 on parts of an arc torch 10, it is ensured that metal precipitate 31 adhering to the torch shaft 29 or the housing 15 remains there and does not come off again and get into the metal layer 13 to be produced. This remedies a problem encountered in the prior art in which non-stick coatings are used because they can allow metal particles to be deposited at least loosely. If these loose deposits peel off over a large area during a coating process, such particles can get into the coating of the metal layer, for example a cylinder liner. Such a workpiece is then rejected. He inventive adhesive surface 28 prevents such Vorgän ge.
BezugsZeichen : Reference sign:
10 Lichtbogenbrenner 10 arc torches
11 Oberfläche 11 surface
12 Werkstück 12 workpiece
13 Metallschicht 13 metal layer
14 Sprühstrahl 14 spray jet
15 Gehäuse 15 housing
16 Fenster 16 windows
17 Lichtbogenerzeugungseinrichtung 17 Arc generator
18 Draht 18 wire
19 Gegenelektrode 19 counter electrode
20 Lichtbogen Pfeil Metalltröpfchen Gasdüse Kanal Düse Schnittstelle Gehäusewand Haftoberfläche Schaft 20 arcs Arrow metal droplets gas nozzle channel nozzle interface housing wall adhesive surface shaft

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Brenner (10) zum thermischen Beschichten, insbesondere zur Beschichtung von Metalloberflächen (11) mit einer Metallschicht (13), wobei der Brenner (10) aufweist: ein Gehäuse (15), dem über eine Anschlusseinrichtung (26) Beschichtungsmaterial (18), Energie zur Speisung einer Wärmequelle (20) und über mindestens einen Kanal (24) Gas zuführbar ist, um in einem Innenraum des Ge häuses (15) mittels der Wärmequelle (20) und zugeführ tem Gas einen Sprühstrahl (14) zu erzeugen, der flüs sige Metalltropfen (22) enthält und an einem Fenster (16) aus dem Gehäuse austritt, wobei das Gehäuse (15) eine Haftoberfläche (28) auf weist. 1. Burner (10) for thermal coating, in particular for coating metal surfaces (11) with a metal layer (13), the burner (10) having: a housing (15) to which the coating material (18) is connected via a connection device (26) , Energy to feed a heat source (20) and gas can be supplied via at least one channel (24) in order to generate a spray jet (14) in an interior of the Ge housing (15) by means of the heat source (20) and supplied gas Contains liquid metal droplets (22) and emerges from the housing at a window (16), the housing (15) having an adhesive surface (28).
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) das Fenster (16) vollständig umschließend ausgebildet ist. 2. Burner according to claim 1, characterized in that the adhesive surface (28) is designed to completely surround the window (16).
3. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum des Gehäuses (15) eine Düse (25) angeordnet ist, die eine Haftober fläche (28) aufweist. 3. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that a nozzle (25) is arranged in the interior of the housing (15), which has an adhesive upper surface (28).
4. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) ein Metallgehäu se, vorzugsweise ein Aluminiumgehäuse ist. 4. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (15) is a Metallgehäu se, preferably an aluminum housing.
5. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) eine die mechanische Anhaftung von Metalltröpfchen (22, 31) fördernde Verankerungsstruktur aufweist. 5. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) has a die mechanical adhesion of metal droplets (22, 31) promoting anchoring structure.
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstruktur vorzugsweise eine regellose Form aufweist. 6. Burner according to claim 5, characterized in that the anchoring structure preferably has a random shape.
7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, dass die Verankerungsstruktur durch eine Rauh struktur gebildet ist. 7. Burner according to claim 5 or 6, characterized in that the anchoring structure is formed by a rough structure.
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsstruktur Rauheitskennwerte von Rz = 15 bis 25 und/oder Ra = 5,5 bis 7 Mikrometern aufweist. 8. Burner according to claim 7, characterized in that the anchoring structure has roughness parameters of R z = 15 to 25 and / or R a = 5.5 to 7 micrometers.
9. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) eine nichtmetallische anorganische Schicht ist. 9. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is a non-metallic inorganic layer.
10. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch, dass die Haftoberfläche (28) eine nichtmetalli sche Fläche, vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht ist. 10. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is a non-metallic surface, preferably an aluminum oxide layer.
11. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) durch ei ne Beschichtung gebildet ist. 11. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is formed by a coating.
12. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) im Hin blick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie Ma terialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl (14) ent haltenen Metalltröpfchen (22) eine solche Härte und Temperaturbeständigkeit aufweist, dass eine stoffliche Bindung zwischen Metallniederschlag (31) und der Haft oberfläche (28) ausgeschlossen ist. 12. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) in the Hin view of the temperature and droplet size and material quality of the metal droplets (22) contained in the spray jet (14) such a hardness and Has temperature resistance that a material bond between metal deposit (31) and the adhesive surface (28) is excluded.
13. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) im Hin blick auf die Temperatur und Tröpfchengröße sowie Ma terialbeschaffenheit der in dem Sprühstrahl (14) ent haltenen Metalltröpfchen (22) eine solche Härte auf weist, dass die Haftoberfläche (28) durch mechanisches Ablösen des Metallniederschlags (31) nicht verändert wird. 13. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) in view of the temperature and droplet size as well as material quality of the metal droplets (22) contained in the spray jet (14) has such a hardness that the Adhesive surface (28) is not changed by mechanical detachment of the metal deposit (31).
14. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftoberfläche (28) so auf das in dem Sprühstrahl (14) enthaltene Metall abge stimmt ist, dass die bei einem Ablöseversuch zu mes sende Haftzugfestig zwischen 2 MPa und 30 MPa liegt. 14. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive surface (28) is matched to the metal contained in the spray jet (14) that the tensile adhesive strength to be measured during a detachment attempt is between 2 MPa and 30 MPa.
15. Verfahren zur Beschichtung von Metalloberflächen (11) mit einer Metallschicht (13) mittels eines Brenners15. A method for coating metal surfaces (11) with a metal layer (13) by means of a burner
(10), bei dem ein Sprühstrahl (14) mit geschmolzenen Metalltropfen (22) erzeugt und auf eine zu beschichtende Oberfläche(10), in which a spray jet (14) with molten metal droplets (22) is generated and onto a surface to be coated
(11) gerichtet wird und bei dem dabei auftretende vagabundierende Metalltropfen (22) auf einer dem Brenner (10) zugehörigen Fläche (28) ab gelagert und festgehalten werden, wobei die auf der Fläche (28) abgelagerten Metalltropfen (22) in einer Betriebspause des Brenners (10) von der Fläche (28) mechanisch abgelöst werden. (11) is directed and in which stray metal droplets (22) that occur are stored and held on a surface (28) belonging to the burner (10), the metal droplets (22) deposited on the surface (28) during a break in operation Burner (10) are mechanically detached from the surface (28).
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