WO2021063651A1 - Lichtbogenbrenner und lichtbogen-drahtspritzeinrichtung - Google Patents

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WO2021063651A1
WO2021063651A1 PCT/EP2020/075504 EP2020075504W WO2021063651A1 WO 2021063651 A1 WO2021063651 A1 WO 2021063651A1 EP 2020075504 W EP2020075504 W EP 2020075504W WO 2021063651 A1 WO2021063651 A1 WO 2021063651A1
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WO
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coupling part
wire
torch
arc
rotatable
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PCT/EP2020/075504
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen HEIDEMANN
Christian Weinmann
Werner Roth
Original Assignee
Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
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Publication date
Application filed by Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh filed Critical Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—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
    • 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
    • B05B7/22—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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0627—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying

Definitions

  • Arc torch and arc wire spraying device Arc torch and arc wire spraying device
  • the invention relates to an arc torch and an arc wire spray device with an arc torch.
  • Arc wire spraying devices are used to coat workpieces with metal, for example the coating of aluminum workpieces with a steel layer.
  • the coating material is supplied in the form of a wire, melted by means of an electric arc, atomized by a process gas and sprayed onto the surface of the workpiece to be coated.
  • An arc wire spray device is known for example from DE 102015 104 492 A1.
  • the arc wire spraying device has an arc torch and a feed device for a wire to be melted to the arc torch, which are rotatably arranged about an axis of rotation.
  • Primary gas is fed through a duct to the arc torch via a rotary feeder.
  • EP 2941 320 B1 describes an arc wire spray device in which an arc torch rotates about an axis of rotation. In the case of the arc torch, an arc is generated between a free end of a fed wire and a cathode. In this area, wire material is melted, atomized by process gas and ejected.
  • the arc torch according to the present invention has a torch coupling unit.
  • the burner coupling unit is set up to establish a mechanical connection with a machine coupling unit of a machine assembly. Once a mechanical connection has been established, media and / or a wire and / or current can be fed to the arc torch's torch coupling unit via the machine coupling unit.
  • the torch coupling unit has a stationary torch coupling part and a torch coupling part that can be rotated about an axis of rotation. A wire inlet of a wire guide device is arranged on the stationary torch coupling part.
  • the wire inlet is configured to route wire from the machine coupling unit into the arc torch.
  • the wire can, for example, be fed into a wire guide tube of the wire guide device via the wire inlet.
  • lines for example electrical lines to a sensor arranged in the stationary burner part, can be guided or arranged very easily.
  • the process gas can be conveyed from the machine coupling unit to the rotatable torch coupling part and from there via the at least one gas inlet to an outlet opening of the arc torch.
  • a wire feed device can be arranged in a stationary manner.
  • the wire is fed via the stationary torch coupling part to a wire guide tube of the arc torch, for example, and is neither twisted about its own axis nor moved about the axis of rotation.
  • the wire feed is considerably simplified in this arrangement.
  • the process gas can be fed into the part of the arc torch that is rotatable about the axis of rotation in order to eject the melted coating material in the corresponding direction essentially radially to the axis of rotation, depending on the rotational position.
  • Such an arc torch is significantly improved in its handling compared to known arc torches.
  • the stationary burner coupling part is arranged on the axis of rotation.
  • the wire inlet is preferably located on the axis of rotation, so that the wire can be fed along the axis of rotation to the arc torch and preferably into a wire guide tube of the arc torch.
  • the wire guide tube of the arc torch can surround the axis of rotation coaxially.
  • the rotatable burner coupling part is preferably arranged coaxially and at a distance from the axis of rotation.
  • the rotatable burner coupling part can be arranged coaxially to the stationary burner coupling part.
  • the arc torch can thus be designed to be slim and compact when viewed radially to the axis of rotation.
  • the rotatable torch coupling part can be connected to a housing of the arc torch which has the outlet opening for the coating material.
  • the burner coupling unit can have a first electrical connection and a second electrical connection.
  • the first electrical connection is arranged on the stationary burner coupling part and the second electrical connection is arranged on the rotatable burner coupling part.
  • the first electrical connection can be arranged at the wire inlet or formed by the wire inlet. It is advantageous if the first electrical connection is electrically connected to the wire guide tube.
  • the wire can be connected to the first electrical connection via the wire guide tube, for example via a contact device. When the arcing occurs, the wire or its end is preferably used as an anode.
  • An electrode arranged in the area of the outlet opening preferably a cathode, can be electrically connected via the second electrical connection.
  • the total ohmic resistance between the second electrical connection and the cathode is preferred sufficiently small to limit the voltage drop between an external voltage or current source and the cathode.
  • the ohmic resistance between the second electrical connection and the cathode can be less than 115 mW at 20 ° C. and / or less than 130 mW at 50 ° C.
  • the total resistance of the electrical circuit from the voltage or current source to the cathode and the voltage or current source to the anode is preferably so small that the total voltage drop is limited to less than 3% of the voltage amount and in particular to about 1% of the voltage amount. This corresponds to a maximum voltage drop of 350 mV at a nominal voltage of 35 V.
  • the amount of the nominal current through the electrical circuit can be around 300 A. This results in an ohmic resistance for the entire electrical circuit of about 1.17 piW.
  • the gas inlet or one of several gas inlets on the rotatable burner coupling part is preferably a primary gas inlet.
  • a further gas inlet which forms a secondary gas inlet, can also be present on the burner coupling unit.
  • the secondary gas inlet is preferably arranged on the rotatable burner coupling part.
  • the primary gas inlet is fluidically connected to a primary gas channel.
  • the primary gas channel is in particular arranged at a distance from the axis of rotation and can extend approximately parallel to the axis of rotation.
  • the process gas guided via the primary gas channel flows obliquely or radially to the axis of rotation into an atomization area which is connected to the outlet opening and transports the melted coating material through the outlet opening of the arc torch outwards onto the surface of the workpiece to be coated.
  • the secondary gas inlet is fluidly connected to a secondary gas duct adjoining the wire guide tube of the arc torch.
  • the secondary gas channel can, for example, be designed as an annular space around the wire guide tube. As a result, the secondary gas duct requires little space. The process gas guided via the secondary gas channel thus flows into the atomization region approximately parallel to the direction of extension of the wire.
  • the cross-sections of the primary gas channel and the secondary gas channel are dimensioned sufficiently large in order to minimize the susceptibility to pressure fluctuations.
  • the cross section of the primary gas channel is preferably larger than the cross section of the secondary gas channel.
  • the cross section of the primary gas channel can be approximately 90 to 100 mm 2 and in particular approximately 95 mm 2 .
  • the cross section of the secondary gas channel can be about 80 to 90 mm 2 and in particular about 76 mm 2 .
  • the arc torch and in particular the wire guide device of the arc torch is or are not formed rotationally symmetrical about the axis of rotation in one embodiment. It is therefore advantageous if the burner coupling part and the rotatable burner coupling part have a predetermined rotational position relative to one another alswei sen.
  • the torch coupling unit can have a securing element.
  • the securing element is designed to be moved between a securing position and a release position. In the backup position, the securing element prevents a rotary movement of the rotatable torch coupling part relative to the stationary torch coupling part about the axis of rotation.
  • the securing element in the securing position can engage in a recess.
  • the recess is arranged on the stationary burner coupling part and the securing element is arranged on the rotatable burner coupling part, or vice versa.
  • a defined relative rotational position between the rotatable burner coupling part and the stationary burner coupling part is maintained by the securing element in the securing position. This also maintains the relative position between the rotatable and non-rotatable components of the arc torch, which are either connected to the rotatable torch coupling part and the stationary torch coupling part.
  • the securing element equips a relative rotation of the rotatable burner coupling part with respect to the stationary burner coupling part.
  • the securing element is in the release position outside the recess.
  • At least one biasing element is present which urges the securing element into the securing position.
  • the at least one prestressing element can be at least one resilient element, for example a spring, in particular a helical spring, for example.
  • the machine coupling unit has a locking element.
  • the locking element is set up to interact with the safety element.
  • the locking element is Management element held in the release position to allow a Dre hung of the rotatable torch coupling unit and the rotatable components of the arc torch.
  • a Gegenverriege treatment element can be present on the stationary burner coupling part of the burner coupling unit, which is set up to cooperate with the locking element.
  • a non-rotatable coupling between the stationary torch coupling part and a stationary machine coupling part of the machine coupling unit can be established. In this way it can be prevented that the stationary components of the arc torch inadvertently rotate with the rotatable components of the arc torch, for example due to friction in the rotary bearing.
  • Each locking element can establish a positive and / or non-positive connection with the counter-locking element of the same pair.
  • the counter-locking element can for example be gebil det by egg ne axially open recess in the direction of the axis of rotation, in which an axially extending projection of the locking element can engage, or vice versa.
  • a so-called "Hirth toothing" or another axially acting toothing can also be used.
  • Wire spraying device has an arc torch according to FIG one of the embodiments described above.
  • the wire arc spray device also has a machine coupling unit with a stationary machine coupling part and a rotatable machine coupling part.
  • the rotatable machine coupling part is rotatably mounted about the axis of rotation.
  • the stationary machine coupling part is designed to be connected to the stationary burner coupling part.
  • the rotatable machine coupling part is adapted to be connected to the rotatable torch coupling part.
  • the wire arc spray device also has a wire feed device and a gas feed device.
  • the wire feeder is set up to feed the wire to a wire outlet on the stationary machine coupling part.
  • the gas supply device is set up to supply the process gas to a gas outlet on the rotatable machine coupling part.
  • the stationary machine coupling part is preferably arranged on the axis of rotation.
  • the rotating machine coupling part can be arranged coaxially and at a distance from the axis of rotation.
  • a locking element can be present on the machine coupling unit and preferably on the stationary machine coupling part, which works together with a counter locking element on the stationary torch coupling part, so that when the connection is established, a rotationally fixed coupling between the stationary machine coupling part and the stationary burner coupling part is Herge.
  • FIG. 1 shows a schematic representation, similar to a block diagram, of an exemplary embodiment of an arc wire spraying device with a machine assembly and an arc torch extending along an axis of rotation
  • FIG. 2 shows a schematic representation, similar to a block diagram, of a coupling device having a machine coupling unit of the machine assembly from FIG. 1 and a torch coupling unit of the arc torch from FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic, block diagram-like representation of the management and line of coolant, process gas, electricity and wire in the arc torch,
  • FIG. 4 shows a plan view of an exemplary embodiment of a burner coupling unit with a view along the axis of rotation
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of the burner coupling unit from FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a partial representation of an embodiment of the arc burner to illustrate the current flow to a cathode of the arc burner
  • FIG. 7 shows a partial illustration of an exemplary embodiment of an arc burner to illustrate the process gas line
  • Figure 8 is a schematic side view of an embodiment of an arc burner in a longitudinal section along the axis of rotation.
  • FIG. 1 a block diagram of an exemplary embodiment of an arc wire spraying device 10 is illustrated.
  • the arc wire spraying device 10 has an arc torch 11 which can be detachably arranged on a machine assembly 12.
  • an interface or coupling device 13 to which a machine coupling unit 14 of the machine assembly group 12 and a torch coupling unit 15 of the arc torch 11 belong.
  • the machine coupling unit 14 has a machine coupling part 14d which can be rotated about an axis of rotation D and a machine coupling part which is not rotatable about the axis of rotation D and which is referred to as a stationary machine coupling part 14s.
  • the burner coupling unit 15 has a stationary burner coupling part 15s which cannot be rotated about the axis of rotation D and a burner coupling part 15d which is rotatable about the axis of rotation D (FIG. 2).
  • the parts of the arc torch 11, which are arranged on the rotatable torch coupling part 15d, are rotatable about the axis of rotation D, while other parts of the arc torch 11, which are arranged on the stationary torch coupling part 15s, do not perform any rotational movement about the axis of rotation D when the arc wire spraying device 10 is operated.
  • the stationary burner coupling part 15s is designed to be detachably connected to the stationary machine coupling part 14s.
  • the rotatable torch coupling part 15d is adapted to be connected to the rotatable machine coupling part 14d. It should be pointed out at this point that the illustration in FIG. 2 is a highly schematic block diagram and is only used to illustrate the components of the coupling device 13 and to explain the principle, but does not reflect the actual spatial arrangement.
  • a pivot bearing arrangement 19 of the machine coupling unit 14 serves to mount the rotatable machine coupling part 14d on the stationary machine coupling part 14s.
  • the stationary machine coupling part 14s is arranged on the axis of rotation D and is coaxially enclosed by the rotatable machine coupling part 14d.
  • the arc torch 11 has a pivot bearing arrangement 20 to mount the stationary torch coupling part 15s relative to the rotatable torch coupling part 15d.
  • the stationary burner coupling part 15s is arranged on the axis of rotation D, while the rotatable burner coupling part 15d coaxially surrounds the stationary burner coupling part 15s.
  • the arc torch 11 has a housing 21 connected to the rotatable torch coupling part 15d.
  • the housing faces a free end of the arc torch 11
  • coating material can be applied approximately radially or obliquely to the axis of rotation D onto a surface 23 to be coated.
  • a workpiece 24 can be ejected.
  • the surface 23 to be coated can, for example, be an inner surface of a cylindrical cavity.
  • the workpiece 24 can be, for example, a crankshaft housing of an engine.
  • the arc torch 11 has a wire guide tube 25 which is connected to a wire inlet 26 on the stationary torch coupling part 15s.
  • a wire 27 can be fed into the interior of the wire guide tube 25 via the wire inlet 26.
  • the wire inlet 26 can be formed by a hollow cylindrical Stut which extends coaxially to the axis of rotation D.
  • the wire guide tube 25 opens into an atomization area B, which is connected to the outlet opening 22.
  • the free end 28 of the wire 27 is arranged in the area B atomization.
  • Opposite the free end 28 of the wire 27 is an electrode and, for example, a cathode 29.
  • the free end 28 of the wire and one end of the opposite cathode 29 are arranged in the sputtering area B between the outlet opening 22 and an opening 30 of a primary gas channel 31.
  • the primary gas channel 31 is fluidically connected to a primary gas inlet 32.
  • the primary gas inlet 32 is arranged, for example, on the rotatable burner coupling part 15d.
  • the primary gas duct 31 extends essentially parallel to the axis of rotation D or the wire guide tube 25 and is arranged at a distance from the axis of rotation D.
  • the process gas G is nitrogen, for example.
  • the burner coupling unit 15 also has a secondary gas inlet 33.
  • Process gas G can flow into a secondary gas channel 34 via the secondary gas inlet 33.
  • the secondary gas duct 34 is arranged in the embodiment immediately adjacent to the wire guide tube 25 and can close the wire guide tube 25 at least in sections.
  • the secondary gas channel 34 is designed as an annular space around the wire guide tube 25 at least in a large area along the axis of rotation D (FIG. 3).
  • a branch channel 35 running at an angle to the axis of rotation D can be present between the secondary gas inlet 33 and the secondary gas channel (FIGS. 2 and 7).
  • FIG. 7 shows only the components of the arc burner 11 that are set up for gas guidance.
  • both the primary gas inlet 32 and the secondary gas inlet 33 are arranged on the rotatable burner coupling part 15d.
  • the gas inlets 32, 33 are arranged one behind the other in the image plane.
  • the wire inlet 26 serves as the first electrical connection 38.
  • the hollow cylindrical connecting piece that forms the wire inlet 26 is made of an electrically conductive material.
  • the wire inlet 26 resp. the first electrical connection 38 thus formed is electrically connected to the wire guide tube 25, which is designed to be electrically conductive in accordance with the game.
  • This electrical connection between the first electrical connection 38 and the electrically conductive wire guide tube 25 is shown schematically in dashed lines in FIG.
  • a contact device 39 is arranged at the lower end of the wire guide tube 25, which contacts the wire 27 guided in the wire guide tube 25 and thus establishes an electrical connection to the wire 27.
  • the contact device 39 is in turn electrically connected to the wire guide tube 25 and thus indirectly to the first electrical connection 38.
  • the torch coupling unit 15 has a second electrical connection 40.
  • the second electrical connection 40 is formed by a connection pin 37 which is arranged at a distance from the axis of rotation D.
  • the second electrical connection 40 is located, for example, on the rotatable torch coupling part 15d.
  • the second electrical connection 40 is electrically connected to at least one and, according to the game, two busbars 41 which extend approximately parallel to the axis of rotation D inside the housing 21. One of these two busbars is illustrated in FIG.
  • the busbar 41 has, for example, egg NEN circular cross-section. At one end, the busbar 41 is connected to the second electrical connection 40 by means of a first contact bar 42, for example.
  • the busbar 41 is electrically connected to the housing 21 by means of a second contact bar 43.
  • the second contact rail 43 can be arranged adjacent to the outlet opening 22.
  • the first contact bar 42 is arranged immediately adjacent to the torch coupling unit 15 (FIG. 4).
  • the cathode 29 is arranged in a holder 44 which is located on the side of the arc torch 11 opposite the torch coupling unit 15.
  • the holder 44 establishes an electrical connection between the cathode 29 and the housing 21.
  • several busbars 41 can be used to form parallel power connection paths exist.
  • the arc burner 11 can have at least one sensor 45 for monitoring and / or controlling and / or regulating its operation.
  • the at least one sensor 45 is fixedly arranged opposite the stationary torch coupling part 15s and can be arranged with the wire guide and, for example, directly or indirectly on the wire guide tube 25 (FIG. 3). As a result, an electrical line 46 to the at least one sensor 45 can be laid or arranged very easily.
  • the torch coupling unit 15 also has two coolant connections 48 which belong to a cooling circuit in the arc torch 11.
  • a coolant can be supplied and discharged via the coolant connections 48.
  • the coolant circuit serves in particular to cool the fitting 44 or the cathode 29.
  • the at least one cooling channel 49 is fluidically connected to the coolant connections 48 via a respectivedemit telrohr 50.
  • the coolant tubes 50 preferably extend essentially parallel to the axis of rotation D or to the wire guide tube 25 in the interior of the housing 21 (FIG. 3).
  • a coolant K can be supplied via one of the coolant connections 48 and discharged via the respective other coolant connection 48.
  • the coolant connections 48 are arranged on the rotatable burner coupling part 15d.
  • the torch coupling unit 15 has a fastening means for non-positive and / or positive fastening to the machine coupling unit 14.
  • a hollow cylindrical fastening part 51 is provided, in the interior of which all connections 26, 32, 33, 40, 48 of the Burner coupling unit 15 can be arranged ( Figures 4 and 5).
  • the fastening part 51 can be held on the machine coupling unit 14 in a releasable manner by clamping.
  • a coding means 52 can be present on the fastening part 51 in order to specify the rotational position with respect to the machine coupling unit 14.
  • the coding means 52 can be a projection and / or a recess in the fastening part 51 in order to give it a non-rotationally symmetrical shape.
  • the machine coupling unit 14 has a wire outlet 54 for coupling to the wire inlet 26 of the torch coupling unit 15.
  • the wire 27 can be fed to the wire outlet 54 from a wire feeder direction 55 of the machine assembly 12 are supplied.
  • the machine coupling unit 14 also has a primary gas outlet 56 for fluid connection with the primary gas inlet 32 and a secondary gas outlet 57 for fluid connection with the secondary gas inlet 33.
  • Process gas G can connect the primary gas outlet 56 and the secondary gas outlet 57 via a gas supply device 58 of the machine assembly 12 are fed.
  • the primary gas inlet 32 and / or the secondary gas inlet 33 could also be arranged on the stationary burner coupling part 15s. It is also possible to arrange only a common inlet for the primary gas and the secondary gas on the stationary burner coupling part 15s or the rotatable burner coupling part 15d and to control the gas flows through at least one throttle in the primary gas duct 31 and / or the secondary gas duct 34.
  • the at least one throttle can be designed as an exchangeable component and, for example, can be screwed in.
  • Another possibility is to supply the rotatable machine coupling part 14d with gas from the gas supply device 58 only via one connection and to separate the gas flows through at least one throttle in the machine coupling unit 14 and, for example, in the rotatable machine coupling part 14d and separately through at least to control a throttle.
  • the at least one throttle can be designed as a replaceable component and screwed in, for example.
  • the machine coupling unit 14 also has two coolant counter-connections 59, which are set up for connection to the coolant connections 48.
  • a coolant K can be fed to the coolant counter-connections 59 via a coolant feed device 60 of the machine assembly 12.
  • the wire outlet 54 serves at the same time as an electrical first mating contact 65 for the first electrical connection 38.
  • an electrical contact is made between the first electrical connection at the same time 38 and the first mating contact 65 made. Since the wire outlet 54 is arranged on the stationary machine coupling part 14s, sliding contacts can be dispensed with when making electrical contact.
  • a second electrical mating contact 61 is arranged on the machine coupling unit 14 for the second electrical connection 40 of the torch coupling unit 15.
  • the second mating contact 61 is designed as a socket into which the connection pin 37, which in the case of the game forms the second electrical connection 40, can engage to establish the electrical connection.
  • the primary gas outlet 56, the secondary gas outlet 57, the coolant counter-connections 59 and the second counter-contact 61 are located on the rotatably mounted machine coupling part 14d.
  • the machine coupling unit 14 is via a rotary distributor Ler 62 fluidly connected to the gas supply device 58 and the coolant supply device 60.
  • the rotary distributor 62 can, for example, have two relatively rotatable co-axially arranged bodies, between which a plurality of annular channels are formed and fluidically sealed from one another. One body is connected to the rotatable machine coupling part 14d, while the other body is fluidly connected to the feed devices 58, 60.
  • a slip ring 63 on which a slip contact 64 rests, can be arranged on the rotatable machine coupling part 14d.
  • the first mating contact 65 is electrically connected to a first voltage supply connection 66 and the second mating contact 61 is electrically connected to a second voltage supply connection 67 via the slip ring 63 and the sliding contact 64, for example.
  • a voltage U is applied to the voltage supply connections 66, 67, the higher voltage potential in the exemplary embodiment being applied to the first voltage supply connection 66 so that the wire 27 or the free end 28 of the wire 27 serves as an anode.
  • a locking element 70 is present on the stationary machine coupling part 14s.
  • the locking element 70 is assigned a recess 71 on the stationary burner coupling part 15s.
  • the recess 71 is formed, for example, by a recess in a ring 72.
  • the ring 72 is net angeord coaxially to the axis of rotation D and, according to the example, encloses the wire inlet 26.
  • the recess 71 is parallel to the axis of rotation D on the Schinenkupplungstechnik 14 facing side and for example also open radially outward from the axis of rotation D away.
  • the locking element 70 engages in the recess 71 and provides a rotationally fixed connection between the stationary torch coupling part 15s and the stationary machine coupling part 14s.
  • a hedging element 73 which is movable between a securing position S and a release position F.
  • the securing position S is illustrated in Figure 2 with solid lines, while the release position F is shown in dashed lines.
  • the movement between the securing position S and the release position F or vice versa takes place by moving the securing element 73 parallel to the axis of rotation D.
  • the securing element 73 engages in the recess 71.
  • the securing element 73 is arranged on the rotatable burner coupling part 15d, while the ring 72 with the recess 71 is arranged on the stationary burner coupling part 15s. As a result, a non-rotatable coupling between the rotatable burner coupling part 15d and the stationary burner coupling part 15s in the securing position S of the securing element 73 can be achieved.
  • the securing element 73 is urged into the securing position S by means of at least one pretensioning element 74.
  • the at least one biasing element 74 can be formed, for example, by at least one spring. Against the force of the pretensioning element 74, the securing element 73 can be moved or displaced into the release position F.
  • the displacement of the securing element 73 from the securing position S into the release position F takes place in the exemplary embodiment during the establishment of the mechanical connection between the torch coupling unit 15 and the machine coupling unit 14.
  • the securing element 73 comes into contact with the locking element 70.
  • the locking element 70 pushes the securing element 73 out of the recess 71 of the ring 72 and engages in the recess 71 itself.
  • a relative rotation of the rotatable burner coupling part 15d about the axis of rotation D with respect to the stationary burner coupling part 15s is enabled, while a rotationally fixed coupling between the stationary machine coupling part 14s and the stationary burner coupling part 15s is established.
  • the machine assembly 12 also includes a motor 75 which is drive-connected to the rotatable machine coupling part 14d, for example by means of a drive belt 76 (FIG. 1). If the motor 75 is driven, the rotatable machine coupling part 14d rotates about the axis of rotation D.
  • the stationary machine coupling part 14s is arranged in a rotationally fixed manner about the axis of rotation D.
  • Connection between the machine coupling unit 14 and the torch coupling unit 15 is a mechanical, rotationally fixed connection between the rotatable machine coupling part 14d and the rotatable torch coupling part 15d.
  • the rotatable machine coupling part 14d When the rotatable machine coupling part 14d is driven to rotate about the axis of rotation D, the rotatable torch coupling part 15d is thereby also rotated about the axis of rotation D.
  • the housing 21 and the associated components of the arc torch 11 are moved, such as the busbars 41, the primary gas channel 31, the coolant channels 50, the socket 44 and the cathode 29.
  • the wire guide tube remains in the arc torch 11 25 stationary.
  • the motor 75 is operated.
  • Process gas G flows through the primary gas channel 31 from the junction 30 to the outlet opening 22 and transports molten material of the wire 27 in the form of material particles in the process gas flow through the outlet opening 22 to the outside onto the surface 23 to be coated.
  • the process gas flow from the primary gas channel 31 atomizes the molten material in the atomization area B, in which the arc is also formed.
  • the process gas flow from the secondary gas channel 34 ensures that the ejected mixture of molten particles and process gas G is bundled. process gas G into two separate flows, the volume flows can be set or regulated separately.
  • the motor 75 is operated so that the outlet opening 22 rotates about the axis of rotation D.
  • the arc torch 11 can be moved along the axis of rotation D via a linear axis that is not illustrated.
  • the surface 23 to be coated can be provided with a coating by a screw movement of the outlet opening 22.
  • the invention relates to an arc torch 11 and an arc wire spraying device 10 with an arc torch 11.
  • the arc torch 11 has a torch coupling unit 15 which is set up for mechanical connection to a machine coupling unit 14 of a machine assembly 12 of the arc wire spraying device 10.
  • the burner coupling unit 15 has a stationary burner coupling part 15s and a rotatable burner coupling part 15d rotatably mounted about the axis of rotation D.
  • a wire inlet 26 for feeding a wire 27 is arranged on the stationary torch coupling part 15s.
  • a gas inlet 32, 33 for supplying a process gas G is arranged on the rotatable burner coupling part 15d.
  • Coolant supply device second mating contact

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner (11) sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung (10) mit einem Lichtbogenbrenner (11). Der Lichtbogenbrenner hat eine Brennerkopplungseinheit (15), die zur mechanischen Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit (14) einer Maschinenbaugruppe (12) der Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung (10) eingerichtet ist. Die Brennerkopplungseinheit (15) hat einen stationären Brennerkopplungsteil (15s) sowie einen um die Drehachse (D) drehbar gelagerten drehbaren Brennerkopp-lungsteil (15d). Ein Drahteinlass (26) zur Zuführung eines Drahtes (27) ist an dem stationären Brennerkopplungsteil (15s) angeordnet. Ein Gaseinlass (32, 33) zum Zuführen eines Prozessgases (G) ist an dem drehbaren Brennerkopplungsteil (15d) angeordnet.

Description

Lichtbogenbrenner und Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung
[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung mit einem Lichtbogenbrenner. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtungen die nen der Beschichtung von Werkstücken mit Metall, beispiels weise der Beschichtung von Aluminiumwerkstücken mit einer Stahlschicht. Dazu wird das Beschichtungsmaterial in Form eines Drahtes zugeführt, mittels eines Lichtbogens ge schmolzen, durch ein Prozessgas zerstäubt und auf die zu beschichtende Fläche des Werkstücks aufgespritzt.
[0002] Eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung ist bei spielsweise aus DE 102015 104 492 Al bekannt. Die Lichtbo gen-Drahtspritzeinrichtung weist einen Lichtbogenbrenner sowie eine Zuführeinrichtung für einen zu schmelzenden Draht zum Lichtbogenbrenner auf, die drehbar um eine Dreh achse angeordnet sind. Über eine Drehzuführung wird Primär gas über einen Kanal zum Lichtbogenbrenner geleitet.
[0003] EP 2941 320 Bl beschreibt eine Lichtbogen- Drahtspritzvorrichtung, bei der sich ein Lichtbogenbrenner um eine Drehachse dreht. Bei dem Lichtbogenbrenner wird ein Lichtbogen zwischen einem freien Ende eines zugeführten Drahtes und einer Kathode erzeugt. In diesem Bereich wird Drahtmaterial geschmolzen, durch Prozessgas zerstäubt und ausgestoßen.
[0004] Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau und den Betrieb des Lichtbogenbrenners zu vereinfachen.
[0005] Diese Aufgabe wird durch den Lichtbogenbrenner mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Licht bogen-Drahtspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 16 gelöst.
[0006] Der Lichtbogenbrenner gemäß der vorliegenden Er findung weist eine Brennerkopplungseinheit auf. Die Bren nerkopplungseinheit ist dazu eingerichtet, eine mechanische Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit einer Ma schinenbaugruppe herzustellen. Bei hergestellter mechani scher Verbindung können Medien und/oder ein Draht und/oder Strom über die Maschinenkopplungseinheit zur Brennerkopp lungseinheit des Lichtbogenbrenners zugeführt werden. Um insbesondere die Drahtführung zu vereinfachen, weist die Brennerkopplungseinheit einen stationären Brennerkopplungs teil sowie einen um eine Drehachse drehbaren Brennerkopp lungsteil auf. Ein Drahteinlass einer Drahtführungseinrich- tung ist am stationären Brennerkopplungsteil angeordnet.
Der Drahteinlass ist dazu eingerichtet, Draht von der Ma schinenkopplungseinheit in den Lichtbogenbrenner zu leiten. Der Draht kann beispielsweise über den Drahteinlass in ein Drahtführungsrohr der Drahtführungseinrichtung zugeführt werden.
[0007] Aufgrund des nicht drehbaren stationären Brenner kopplungsteils können auch Leitungen, beispielsweise elekt rische Leitungen zu einem im stationären Brennerteil ange ordneten Sensoren sehr einfach geführt bzw. angeordnet wer den.
[0008] Am drehbaren Brennerkopplungsteil ist wenigstens ein Gaseinlass vorhanden. Das Prozessgas kann von der Ma schinenkopplungseinheit zum drehbaren Brennerkopplungsteil und von dort über den wenigstens einen Gaseinlass zu einer Austrittsöffnung des Lichtbogenbrenners gefördert werden.
[0009] Dadurch, dass der Drahteinlass am stationären Brennerkopplungsteil vorhanden ist, kann eine Drahtzu fuhreinrichtung stationär angeordnet werden. Der Draht wird über den stationären Brennerkopplungsteil beispielsweise einem Drahtführungsrohr des Lichtbogenbrenners zugeführt und wird weder um seine eigene Achse tordiert, noch um die Drehachse bewegt. Die Drahtzufuhr ist bei dieser Anordnung wesentlich vereinfacht.
[0010] Demgegenüber ist ein Gaseinlass am drehbaren Brennerkopplungsteil vorhanden. Das Prozessgas kann in den um die Drehachse drehbaren Teil des Lichtbogenbrenners ein geleitet werden, um das aufgeschmolzene Beschichtungsmate rial abhängig von der Drehstellung in die entsprechende Richtung im Wesentlichen radial zur Drehachse auszustoßen.
[0011] Ein solcher Lichtbogenbrenner ist gegenüber be kannten Lichtbogenbrennern in seiner Handhabung wesentlich verbessert .
[0012] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der stationäre Brennerkopplungsteil an der Drehachse angeord net. Vorzugsweise befindet sich der Drahteinlass an der Drehachse, so dass der Draht entlang der Drehachse zum Lichtbogenbrenner und vorzugsweise in ein Drahtführungsrohr des Lichtbogenbrenners zugeführt werden kann. Das Drahtfüh rungsrohr des Lichtbogenbrenners kann die Drehachse koaxial umschließen . [0013] Vorzugsweise ist der drehbare Brennerkopplungs teil koaxial und mit Abstand zur Drehachse angeordnet. Bei spielsweise kann der drehbare Brennerkopplungsteil koaxial zum stationären Brennerkopplungsteil angeordnet sein. Der Lichtbogenbrenner kann dadurch radial zur Drehachse be trachtet schlank und kompakt aufgebaut werden.
[0014] Der drehbare Brennerkopplungsteil kann mit einem Gehäuse des Lichtbogenbrenners verbunden sein, das die Aus trittsöffnung für das Beschichtungsmaterial aufweist.
[0015] Die Brennerkopplungseinheit kann bei einer bevor zugten Ausführungsform einen ersten elektrischen Anschluss sowie einen zweiten elektrischen Anschluss aufweisen. Ins besondere sind der erste elektrische Anschluss am stationä ren Brennerkopplungsteil und der zweite elektrische An schluss am drehbaren Brennerkopplungsteil angeordnet. Der erste elektrische Anschluss kann am Drahteinlass angeordnet oder durch den Drahteinlass gebildet sein. Es ist vorteil haft, wenn der erste elektrische Anschluss elektrisch mit dem Drahtführungsrohr verbunden ist. Über das Drahtfüh- rungsrohr kann der Draht beispielsweise über eine Kon takteinrichtung mit dem ersten elektrischen Anschluss ver bunden werden. Bei der Lichtbogenbildung dient der Draht bzw. dessen Ende vorzugsweise als Anode.
[0016] Über den zweiten elektrischen Anschluss kann eine im Bereich der Auslassöffnung angeordnete Elektrode, vor zugsweise eine Kathode, elektrisch angeschlossen werden.
[0017] Der gesamte Ohmsche Widerstand zwischen dem zwei ten elektrischen Anschluss und der Kathode ist vorzugsweise ausreichend klein, um den Spannungsabfall zwischen einer externe Spannungs- oder Stromquelle und der Kathode zu be grenzen. Der Ohmsche Widerstand zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss und der Kathode kann bei 20°C klei ner sein als 115 mW und/oder bei 50°C kleiner sein als 130 mW. Vorzugsweise ist der Gesamtwiderstand des elektrischen Kreises von der Spannungs- oder Stromquelle zur Kathode und der Spannungs- oder Stromquelle zur Anode so klein, dass der Spannungsabfall insgesamt auf weniger als 3% des Span nungsbetrages und insbesondere auf etwa 1% des Spannungsbe trages begrenzt wird. Dies entspricht einem maximalen Span nungsabfall von 350 mV bei einer Nennspannung von 35 V. Der Betrag des Nennstromes durch den elektrischen Kreis kann etwa 300 A betragen. Dadurch ergibt sich ein Ohmscher Wi derstand für den gesamten elektrischen Kreis von etwa 1,17 piW.
[0018] Der Gaseinlass oder einer von mehreren Gaseinläs- sen am drehbaren Brennerkopplungsteil ist vorzugsweise ein Primärgaseinlass. Bei einem Ausführungsbeispiel kann an der Brennerkopplungseinheit zusätzlich ein weiterer Gaseinlass vorhanden sein, der einen Sekundärgaseinlass bildet. Der Sekundärgaseinlass ist bevorzugt am drehbaren Brennerkopp lungsteil angeordnet.
[0019] Es ist vorteilhaft, wenn der Primärgaseinlass fluidisch mit einem Primärgaskanal verbunden ist. Der Prim ärgaskanal ist insbesondere mit Abstand zur Drehachse ange ordnet und kann sich in etwa parallel zur Drehachse erstre cken. Das über den Primärgaskanal geführte Prozessgas strömt schräg oder radial zur Drehachse in einen Zerstäu bungsbereich ein, der mit der Auslassöffnung verbunden ist, und transportiert das aufgeschmolzene Beschichtungsmaterial durch die Austrittsöffnung des Lichtbogenbrenners nach au ßen auf die zu beschichtende Fläche des Werkstücks.
[0020] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sekundärgaseinlass fluidisch mit einem sich an das Draht führungsrohr des Lichtbogenbrenners anschließenden Sekun därgaskanal verbunden. Der Sekundärgaskanal kann beispiels weise als Ringraum um das Drahtführungsrohr ausgebildet sein. Dadurch benötigt der Sekundärgaskanal nur wenig Bau raum. Das über den Sekundärgaskanal geführte Prozessgas strömt somit in etwa parallel zur Erstreckungsrichtung des Drahtes in den Zerstäubungsbereich ein.
[0021] Die Querschnitte des Primärgaskanals und des Se kundärgaskanals sind ausreichend groß dimensioniert, um die Anfälligkeit gegenüber Druckschwankungen zu minimieren. Der Querschnitt des Primärgaskanals ist vorzugsweise größer als der Querschnitt des Sekundärgaskanals. Der Querschnitt des Primärgaskanals kann etwa 90 bis 100 mm2 und insbesondere etwa 95 mm2 betragen. Der der Querschnitt des Sekundärgas kanals kann etwa 80 bis 90 mm2 und insbesondere etwa 76 mm2 betragen .
[0022] Der Lichtbogenbrenner und insbesondere die Draht führungseinrichtung des Lichtbogenbrenners ist bzw. sind bei einem Ausführungsbeispiel nicht rotationssymmetrisch um die Drehachse ausgebildet. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Brennerkopplungsteil und der drehbare Brennerkopplungs teil eine vorgegebene Drehlage relativ zueinander aufwei sen. Um dies zu erreichen kann die Brennerkopplungseinheit ein Sicherungselement aufweisen. Das Sicherungselement ist dazu eingerichtet, zwischen einer Sicherungsstellung und einer Freigabestellung bewegt zu werden. In der Sicherungs- stellung verhindert das Sicherungselement eine Drehbewegung des drehbaren Brennerkopplungsteils relativ zum stationären Brennerkopplungsteil um die Drehachse. Das Sicherungsele ment in der Sicherungsstellung kann in eine Aussparung ein- greifen. Beispielsweise sind die Aussparung am stationären Brennerkopplungsteil und das Sicherungselement am drehbaren Brennerkopplungsteil angeordnet oder auch umgekehrt. Eine definierte Relativdrehstellung zwischen dem drehbaren Bren nerkopplungsteil und dem stationären Brennerkopplungsteil wird durch das Sicherungselement in der Sicherungsstellung aufrechterhalten. Dadurch wird auch die Relativlage zwi schen den drehbaren und nicht drehbaren Bestandteilen des Lichtbogenbrenners aufrechterhalten, die entweder mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil und dem stationären Brenner kopplungsteil verbunden sind. In der Freigabestellung ge stattet das Sicherungselement eine Relativdrehung des dreh baren Brennerkopplungsteils gegenüber dem stationären Bren nerkopplungsteil. Beispielsweise befindet sich das Siche rungselement in der Freigabestellung außerhalb der Ausspa rung.
[0023] Vorzugsweise ist wenigstens ein Vorspannelement vorhanden, das das Sicherungselement in die Sicherungsstel lung drängt. Das wenigstens eine Vorspannelement kann bei spielsweise wenigstens ein federelastisches Element sein, zum Beispiel eine Feder, insbesondere Schraubenfeder.
[0024] Es ist vorteilhaft, wenn die Maschinenkopplungs einheit ein Verriegelungselement aufweist. Das Verriege lungselement ist dazu eingerichtet, mit dem Sicherungsele ment zusammenzuwirken. Bei hergestellter Verbindung zwi schen der Maschinenkopplungseinheit und der Brennerkopp lungseinheit wird das Sicherungselement durch das Verriege- lungselement in der Freigabestellung gehalten, um eine Dre hung der drehbaren Brennerkopplungseinheit und der drehba ren Bestandteile des Lichtbogenbrenners zu ermöglichen.
[0025] Unabhängig davon, ob ein Sicherungselement vor handen ist oder nicht, kann am stationären Brennerkopp lungsteil der Brennerkopplungseinheit ein Gegenverriege lungselement vorhanden sein, das dazu eingerichtet ist, mit dem Verriegelungselement zusammenzuarbeiten. Dadurch kann bei hergestellter Verbindung zwischen der Maschinenkopp lungseinheit und der Brennerkopplungseinheit eine drehfeste Kopplung zwischen dem stationären Brennerkopplungsteil und einem stationären Maschinenkopplungsteil der Maschinenkopp lungseinheit hergestellt werden. Auf diese Weise kann ver hindert werden, dass sich die stationären Bestandteile des Lichtbogenbrenners versehentlich mit den drehbaren Bestand teilen des Lichtbogenbrenners mitdrehen, beispielsweise durch eine Reibung in der Drehlagerung.
[0026] Es können ein Paar oder mehrere Paare aus jeweils einem Verriegelungselement und einem Gegenverriegelungsele ment vorhanden sein. Jedes Verriegelungselement kann mit dem Gegenverriegelungselement desselben Paares eine form schlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung hersteilen. Das Gegenverriegelungselement kann beispielsweise durch ei ne axial in Richtung der Drehachse offene Aussparung gebil det sein, in die ein sich axial erstreckender Vorsprung des Verriegelungselements eingreifen kann, oder umgekehrt. Auch eine sogenannte „Hirth-Verzahnung" oder eine andere axial wirkende Verzahnung kann verwendet werden.
[0027] Eine erfindungsgemäße Lichtbogen-
Drahtspritzeinrichtung weist einen Lichtbogenbrenner gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung hat außerdem ei ne Maschinenkopplungseinheit mit einem stationären Maschi nenkopplungsteil und einem drehbaren Maschinenkopplungs teil. Das drehbare Maschinenkopplungsteil ist um die Dreh achse drehbar gelagert. Das stationäre Maschinenkopplungs teil ist dazu eingerichtet, mit dem stationären Brenner kopplungsteil verbunden zu werden. Das drehbare Maschinen kopplungsteil ist dazu eingerichtet, mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil verbunden zu werden.
[0028] Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung weist au ßerdem eine DrahtZufuhreinrichtung und eine Gaszufuhrein richtung auf. Die DrahtZufuhreinrichtung ist dazu einge richtet, den Draht zu einem Drahtauslass am stationären Ma schinenkopplungsteil zuzuführen. Die Gaszufuhreinrichtung ist dazu eingerichtet, das Prozessgas zu einem Gasauslass am drehbaren Maschinenkopplungsteil zuzuführen.
[0029] Bevorzugt ist der stationäre Maschinenkopplungs teil an der Drehachse angeordnet. Der drehbare Maschinen kopplungsteil kann koaxial und mit Abstand zur Drehachse angeordnet sein.
[0030] Wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Lichtbo genbrenner erläutert, kann an der Maschinenkopplungseinheit und bevorzugt am stationären Maschinenkopplungsteil ein Verriegelungselement vorhanden sein, das mit einem Ge genverriegelungselement am stationären Brennerkopplungsteil zusammenarbeitet, so dass bei hergestellter Verbindung eine drehfeste Kopplung zwischen dem stationären Maschinenkopp lungsteil und dem stationären Brennerkopplungsteil herge stellt ist. [0031] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeich nungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
[0032] Figur 1 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lichtbo gen-Drahtspritzeinrichtung mit einer Maschinenbaugruppe und einem sich entlang einer Drehachse erstreckenden Lichtbo genbrenner,
[0033] Figur 2 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung einer Kopplungseinrichtung aufweisend eine Maschinenkopplungseinheit der Maschinenbaugruppe aus Figur 1 und eine Brennerkopplungseinheit des Lichtbogenbrenners aus Figur 1,
[0034] Figur 3 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung der Führung und Leitung von Kühlmittel, Prozessgas, Strom und Draht im Lichtbogenbrenner,
[0035] Figur 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbei spiel einer Brennerkopplungseinheit mit Blick entlang der Drehachse,
[0036] Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Brennerkopplungseinheit aus Figur 4,
[0037] Figur 6 eine Teildarstellung eines Ausführungs beispiels des Lichtbogenbrenners zur Veranschaulichung der Stromführung zu einer Kathode des Lichtbogenbrenners, [0038] Figur 7 eine Teildarstellung eines Ausführungs beispiels eines Lichtbogenbrenners zur Veranschaulichung der Prozessgasleitung und
[0039] Figur 8 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Lichtbogenbrenners im Längs schnitt entlang der Drehachse.
[0040] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 veranschaulicht. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 hat einen Lichtbogenbrenner 11, der lösbar an einer Maschi nenbaugruppe 12 angeordnet werden kann. Zum lösbaren Ver binden des Lichtbogenbrenners 11 mit der Maschinenbaugruppe 12 dient eine Schnittstelle bzw. Kopplungseinrichtung 13, zu der eine Maschinenkopplungseinheit 14 der Maschinenbau gruppe 12 sowie eine Brennerkopplungseinheit 15 des Licht bogenbrenners 11 gehören. Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat einen um eine Drehachse D drehbaren Maschinenkopplungs teil 14d und einen nicht um die Drehachse D drehbaren Ma schinenkopplungsteil, der als stationärer Maschinenkopp lungsteil 14s bezeichnet wird. Die Brennerkopplungseinheit 15 hat analog dazu einen nicht um die Drehachse D drehbaren stationären Brennerkopplungsteil 15s sowie einen um die Drehachse D drehbaren Brennerkopplungsteil 15d (Figur 2). Die Teile des Lichtbogenbrenners 11, die am drehbaren Bren nerkopplungsteil 15d angeordnet sind, sind um die Drehachse D drehbar, während andere Teile des Lichtbogenbrenners 11, die am stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet sind, keine Drehbewegung um die Drehachse D durchführen, wenn die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 betrieben wird. [0041] Der stationäre Brennerkopplungsteil 15s ist dazu eingerichtet, lösbar mit dem stationären Maschinenkopp lungsteil 14s verbunden zu werden. Der drehbare Brenner kopplungsteil 15d ist dazu eingerichtet, mit dem drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d verbunden zu werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Darstellung in Figur 2 ein stark schematisiertes Blockschaltbild ist und nur zur Veranschaulichung der Bestandteile der Kopplungs einrichtung 13 und zur Erläuterung des Prinzips dient, aber nicht die tatsächliche räumliche Anordnung wiedergibt.
[0042] Wie es in Figur 2 veranschaulicht ist, dient eine Drehlageranordnung 19 der Maschinenkopplungseinheit 14 da zu, den drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d am stationären Maschinenkopplungsteil 14s zu lagern. Der stationäre Ma schinenkopplungsteil 14s ist dabei an der Drehachse D ange ordnet und wird vom drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d koaxial umschlossen.
[0043] Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine Drehlageranord nung 20, um den stationären Brennerkopplungsteil 15s rela tiv zum drehbaren Brennerkopplungsteil 15d zu lagern. Der stationäre Brennerkopplungsteil 15s ist an der Drehachse D angeordnet, während der drehbare Brennerkopplungsteil 15d den stationären Brennerkopplungsteil 15s koaxial umgibt.
[0044] Der Lichtbogenbrenner 11 hat ein mit dem drehba ren Brennerkopplungsteil 15d verbundenes Gehäuse 21. An ei nem freien Ende des Lichtbogenbrenners 11 weist das Gehäuse
21 eine Austrittsöffnung 22 auf. Durch die Austrittsöffnung
22 kann Beschichtungsmaterial in etwa radial oder schräg zur Drehachse D auf eine zu beschichtende Oberfläche 23 ei- nes Werkstücks 24 ausgestoßen werden. Die zu beschichtende Oberfläche 23 kann beispielsweise eine Innenfläche eines zylindrischen Hohlraums sein. Bei dem Werkstück 24 kann es sich beispielsweise um ein Kurbelwellengehäuse eines Motors handeln.
[0045] Entlang der Drehachse D und insbesondere koaxial zur Drehachse D hat der Lichtbogenbrenner 11 ein Drahtfüh rungsrohr 25, das mit einem Drahteinlass 26 am stationären Brennerkopplungsteil 15s verbunden ist. Über den Drahtein lass 26 kann in das Innere des Drahtführungsrohres 25 ein Draht 27 zugeführt werden. Der Drahteinlass 26 kann bei ei nem Ausführungsbeispiel durch einen hohlzylindrischen Stut zen gebildet sein, der sich koaxial zur Drehachse D er streckt.
[0046] Das Drahtführungsrohr 25 mündet in einen Zerstäu bungsbereich B, der mit der Austrittsöffnung 22 verbunden ist. Das freie Ende 28 des Drahtes 27 ist in dem Zerstäu bungsbereich B angeordnet. Dem freien Ende 28 des Drahtes 27 liegt eine Elektrode und beispielsgemäß eine Kathode 29 gegenüber.
[0047] Das freie Ende 28 des Drahtes und ein Ende der gegenüberliegenden Kathode 29 sind im Zerstäubungsbereich B zwischen der Austrittsöffnung 22 und einer Einmündung 30 eines Primärgaskanals 31 angeordnet. Der Primärgaskanal 31 ist fluidisch mit einem Primärgaseinlass 32 verbunden. Der Primärgaseinlass 32 ist beispielsgemäß am drehbaren Bren nerkopplungsteil 15d angeordnet. Der Primärgaskanal 31 er streckt sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse D bzw. dem Drahtführungsrohr 25 und ist bezüglich der Drehachse D mit Abstand angeordnet. Durch den Primärgaseinlass 32 und den Primärgaskanal 31 kann ein Prozessgas G über die Ein mündung 30 in den Zerstäubungsbereich B und weiter durch die Austrittsöffnung 22 aus dem Lichtbogenbrenner 11 strö men. Das Prozessgas G ist beispielsweise Sticksoff.
[0048] Die Brennerkopplungseinheit 15 weist außerdem ei nen Sekundärgaseinlass 33 auf. Über den Sekundärgaseinlass 33 kann Prozessgas G in einen Sekundärgaskanal 34 strömen. Der Sekundärgaskanal 34 ist beim Ausführungsbeispiel unmit telbar benachbart zum Drahtführungsrohr 25 angeordnet und kann das Drahtführungsrohr 25 zumindest abschnittsweise um schließen. Beim Ausführungsbeispiel ist der Sekundärgaska nal 34 zumindest in einem großen Bereich entlang der Dreh achse D als Ringraum um das Drahtführungsrohr 25 ausgebil det (Figur 3). Um eine Drehlagerung des Drahtführungsrohrs 25 gegenüber den drehbaren Bestandteilen des Lichtbogen brenners 11 zu ermöglichen, kann zwischen dem Sekundärga seinlass 33 und dem Sekundärgaskanal 34 ein schräg zur Drehachse D verlaufender Abzweigkanal 35 vorhanden sein (Figuren 2 und 7).
[0049] Figur 7 zeigt lediglich die zur Gasführung einge richteten Bestandteile des Lichtbogenbrenners 11. Beim Aus führungsbeispiel sind sowohl der Primärgaseinlass 32 als auch der Sekundärgaseinlass 33 am drehbaren Brennerkopp lungsteil 15d angeordnet. In Figur 7 sind die Gaseinlässe 32, 33 in der Bildebene hintereinander liegend angeordnet.
[0050] Wie es schematisch in den Figuren 2 und 3 veran schaulicht ist, dient der Drahteinlass 26 als erster elektrischer Anschluss 38. Dazu ist der hohlzylindrische Stutzen, der den Drahteinlass 26 bildet, aus einem elektrisch leitfähigen Material. Der Drahteinlass 26 bzw. der dadurch gebildete erste elektrische Anschluss 38 ist elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 25 verbunden, das bei spielsgemäß elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Diese elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen An schluss 38 und dem elektrisch leitfähigen Drahtführungsrohr 25 ist in Figur 2 schematisch gestrichelt dargestellt.
[0051] Wie es in Figur 3 gezeigt ist, ist am unteren En de des Drahtführungsrohres 25 eine Kontakteinrichtung 39 angeordnet, die an dem im Drahtführungsrohr 25 geführten Draht 27 anliegt und somit eine elektrische Verbindung zum Draht 27 hersteilen. Die Kontakteinrichtung 39 ist wiederum elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 25 und somit mittelbar mit dem ersten elektrischen Anschluss 38 verbunden.
[0052] Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode 29 weist die Brennerkopplungseinheit 15 einen zweiten elektri schen Anschluss 40 auf. Der zweite elektrische Anschluss 40 ist beispielsgemäß durch einen Anschlussstift 37 gebildet, der mit Abstand zur Drehachse D angeordnet ist. Der zweite elektrische Anschluss 40 befindet sich beispielsgemäß am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d. Der zweite elektrische Anschluss 40 ist elektrisch mit wenigstens einem und bei spielsgemäß zwei Stromschienen 41 verbunden, die sich im Inneren des Gehäuses 21 in etwa parallel zur Drehachse D erstrecken. In Figur 6 ist eine dieser beiden Stromschienen veranschaulicht. Die Stromschiene 41 hat beispielsgemäß ei nen kreisrunden Querschnitt. An ihrem einen Ende ist die Stromschiene 41 beispielsgemäß mittels einer ersten Kon taktschiene 42 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 40 verbunden. Am entgegengesetzten Ende ist die Stromschiene 41 mittels einer zweiten Kontaktschiene 43 elektrisch mit dem Gehäuse 21 verbunden. Die zweite Kontaktschiene 43 kann benachbart zur Austrittsöffnung 22 angeordnet sein. Die erste Kontaktschiene 42 ist beispielsgemäß unmittelbar be nachbart zur Brennerkopplungseinheit 15 angeordnet (Figur 4).
[0053] Die Kathode 29 ist in einer Fassung 44 angeord net, die sich auf der der Brennerkopplungseinheit 15 entge gengesetzten Seite des Lichtbogenbrenners 11 befindet. Die Fassung 44 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der Kathode 29 und dem Gehäuse 21 her. Somit besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 40 und der Kathode 29 über die erste Kontakt schiene 42, die Stromschiene 41, die zweite Kontaktschiene 43, das Gehäuse 21 und die Fassung 44. Wie bereits erwähnt, können auch mehrere Stromschienen 41 zur Bildung paralleler Stromverbindungspfade vorhanden sein.
[0054] Der Lichtbogenbrenner 11 kann wenigstens einen Sensor 45 zur Überwachung und/oder Steuerung und/oder Rege lung seines Betriebs aufweisen. Der wenigstens eine Sensor 45 ist ortsfest gegenüber dem stationären Brennerkopplungs teil 15s angeordnet und kann mit der Drahtführung und bei spielsweise mittelbar oder unmittelbar am Drahtführungsrohr 25 angeordnet sein (Fig. 3). Dadurch kann eine elektrische Leitung 46 zu dem wenigstens einen Sensor 45 sehr einfach verlegt bzw. angeordnet werden.
[0055] Die Brennerkopplungseinheit 15 hat außerdem zwei Kühlmittelanschlüsse 48, die zu einem Kühlkreislauf im Lichtbogenbrenner 11 gehören. Über die Kühlmittelanschlüsse 48 kann ein Kühlmittel zugeführt und abgeführt werden. Der Kühlmittelkreislauf dient insbesondere zur Kühlung der Fas sung 44 bzw. der Kathode 29. Hierzu sind im Bereich der Fassung 44 ein oder mehrere Kühlkanäle 49 vorhanden. Der wenigstens eine Kühlkanal 49 ist über jeweils ein Kühlmit telrohr 50 mit den Kühlmittelanschlüssen 48 fluidisch ver bunden. Die Kühlmittelrohre 50 erstrecken sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Drehachse D bzw. zum Drahtfüh rungsrohr 25 im Inneren des Gehäuses 21 (Figur 3). Ein Kühlmittel K kann über einen der Kühlmittelanschlüsse 48 zugeführt und über den jeweils anderen Kühlmittelanschluss 48 abgeführt werden.
[0056] Die Kühlmittelanschlüsse 48 sind beim Ausfüh rungsbeispiel am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d ange ordnet.
[0057] Die Brennerkopplungseinheit 15 hat ein Befesti gungsmittel zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Befestigen an der Maschinenkopplungseinheit 14. Beim Aus führungsbeispiel ist dazu ein hohlzylindrisches Befesti gungsteil 51 vorhanden, in dessen Innenraum sämtliche An schlüsse 26, 32, 33, 40, 48 der Brennerkopplungseinheit 15 angeordnet sein können (Figuren 4 und 5). Das Befestigungs teil 51 kann an der Maschinenkopplungseinheit 14 lösbar klemmend gehalten werden. Es kann ein Codiermittel 52 am Befestigungsteil 51 vorhanden sein, um die Drehlage gegen über der Maschinenkopplungseinheit 14 vorzugeben. Bei spielsweise kann das Codiermittel 52 ein Vorsprung und/oder eine Vertiefung im Befestigungsteil 51 sein, um diesem eine nicht rotationssymmetrische Form zu geben.
[0058] Bezugnehmend auf Figur 2 weist die Maschinenkopp lungseinheit 14 einen Drahtauslass 54 zur Kopplung mit dem Drahteinlass 26 der Brennerkopplungseinheit 15 auf. Dem Drahtauslass 54 kann der Draht 27 von einer Drahtzufuhrein- richtung 55 der Maschinenbaugruppe 12 zugeführt werden.
[0059] Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat außerdem ei nen Primärgasauslass 56 zur fluidischen Verbindung mit dem Primärgaseinlass 32 sowie einen Sekundärgasauslass 57 zur fluidischen Verbindung mit dem Sekundärgaseinlass 33. Pro zessgas G kann dem Primärgasauslass 56 und dem Sekundärgas auslass 57 über eine Gaszufuhreinrichtung 58 der Maschinen baugruppe 12 zugeführt werden.
[0060] Der Primärgaseinlass 32 und/oder der Sekundärga seinlass 33 könnten alternativ zum dargestellten Ausfüh rungsbeispiel auch am stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet sein. Es ist auch möglich, an dem stationären Brennerkopplungsteil 15s oder dem drehbaren Brennerkopp lungsteil 15d lediglich einen gemeinsamem Einlass für das Primärgas und das Sekundärgas anzuordnen und die Gasströme durch wenigstens eine Drossel im Primärgaskanal 31 und/oder dem Sekundärgaskanal 34 zu steuern. Die wenigstens eine Drossel kann als auswechselbares Bauteil ausgebildet sein und beispielsweise eingeschraubt sein.
[0061] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dem dreh baren Maschinenkopplungsteil 14d nur über einen Anschluss Gas von der Gaszufuhreinrichtung 58 zuzuführen und die Gas ströme durch wenigstens eine Drossel in der Maschinenkopp lungseinheit 14 uns beispielsweise im drehbaren Maschinen kopplungsteil 14d zu trennen und separat durch wenigstens eine Drossel zu steuern. Die wenigstens eine Drossel kann als auswechselbares Bauteil ausgebildet sein und beispiels weise eingeschraubt sein.
[0062] Außerdem hat die Maschinenkopplungseinheit 14 zwei Kühlmittelgegenanschlüsse 59, die zur Verbindung mit den Kühlmittelanschlüssen 48 eingerichtet sind. Den Kühl- mittelgegenanschlüssen 59 kann ein Kühlmittel K über eine Kühlmittelzufuhreinrichtung 60 der Maschinenbaugruppe 12 zugeführt werden.
[0063] Der Drahtauslass 54 dient beim Ausführungsbei spiel gleichzeitig als elektrischer erster Gegenkontakt 65 für den ersten elektrischen Anschluss 38. Bei der Herstel lung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Drahtein lass 26 und dem Drahtauslass 54 wird gleichzeitig ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten elektrischen An schluss 38 und dem ersten Gegenkontakt 65 hergestellt. Da der Drahtauslass 54 am stationären Maschinenkopplungsteil 14s angeordnet ist, kann bei der elektrischen Kontaktierung auf Schleifkontakte verzichtet werden.
[0064] Dem zweiten elektrischen Anschluss 40 der Bren nerkopplungseinheit 15 ist ein elektrischer zweiter Gegen kontakt 61 an der Maschinenkopplungseinheit 14 angeordnet. Der zweite Gegenkontakt 61 ist beim Ausführungsbeispiel als Buchse ausgebildet, in die der Anschlussstift 37, der bei spielsgemäß den zweiten elektrischen Anschluss 40 bildet, zur Herstellung der elektrischen Verbindung eingreifen kann.
[0065] Beim Ausführungsbeispiel befinden sich der Prim ärgasauslass 56, der Sekundärgasauslass 57, die Kühlmittel gegenanschlüsse 59 und der zweite Gegenkontakt 61 an dem drehbar gelagerten Maschinenkopplungsteil 14d.
[0066] Zur Versorgung mit Kühlmittel K und Prozessgas G ist die Maschinenkopplungseinheit 14 über einen Drehvertei- ler 62 mit der Gaszufuhreinrichtung 58 und der Kühlmittel zufuhreinrichtung 60 fluidisch verbunden. Der Drehverteiler 62 kann beispielsweise zwei relativ zueinander drehbare ko axial angeordnete Körper aufweisen, zwischen denen mehrere Ringkanäle gebildet und gegeneinander fluidisch abgedichtet sind. Der eine Körper ist mit dem drehbaren Maschinenkopp lungsteil 14d verbunden, während der andere Körper flui disch mit den Zufuhreinrichtungen 58, 60 verbunden ist.
[0067] Um den zweiten Gegenkontakt 61 elektrisch zu kon taktieren, kann am drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d ein Schleifring 63 angeordnet sein, an dem ein Schleifkontakt 64 anliegt.
[0068] Der erste Gegenkontakt 65 ist mit einem ersten Spannungsversorgungsanschluss 66 und der zweite Gegenkon takt 61 ist beispielsgemäß über den Schleifring 63 und den Schleifkontakt 64 mit einem zweiten Spannungsversorgungsan schluss 67 elektrisch verbunden. An die Spannungsversor gungsanschlüsse 66, 67 wird eine Spannung U angelegt, wobei das höhere Spannungspotential beim Ausführungsbeispiel an den ersten Spannungsversorgungsanschluss 66 angelegt wird, so dass der Draht 27 bzw. das freie Ende 28 des Drahtes 27 als Anode dient.
[0069] Am stationären Maschinenkopplungsteil 14s ist beispielsgemäß ein Verriegelungselement 70 vorhanden. Dem Verriegelungselement 70 ist eine Aussparung 71 am stationä ren Brennerkopplungsteil 15s zugeordnet. Die Aussparung 71 ist beispielsgemäß durch eine Vertiefung in einem Ring 72 gebildet. Der Ring 72 ist koaxial zur Drehachse D angeord net und umschließt beispielsgemäß den Drahteinlass 26. Die Aussparung 71 ist parallel zur Drehachse D auf der der Ma- schinenkopplungseinheit 14 zugewandten Seite und beispiels- gemäß auch radial nach außen von der Drehachse D weg offen.
[0070] Bei hergestellter mechanischer Verbindung zwi schen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopp lungseinheit 14 greift das Verriegelungselement 70 in die Aussparung 71 ein und stellt eine drehfeste Verbindung zwi schen dem stationären Brennerkopplungsteil 15s und dem sta tionären Maschinenkopplungsteil 14s her. Dadurch wird ein versehentliches Drehen des stationären Brennerkopplungs teils 15s bei einer Drehung des drehbaren Brennerkopplungs teils 15d um die Drehachse D vermieden.
[0071] Wenn keine mechanische Verbindung zwischen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopplungsein heit 14 hergestellt ist, besteht die Möglichkeit, dass sich das drehbare Brennerkopplungsteil 15d relativ zum stationä ren Brennerkopplungsteil 15s dreht. Beim Ausführungsbei spiel wird eine solche Relativverdrehung durch ein Siche rungselement 73 verhindert, das zwischen einer Sicherungs stellung S und einer Freigabestellung F bewegbar ist. Die Sicherungsstellung S ist in Figur 2 mit durchgezogenen Li nien veranschaulicht, während die Freigabestellung F ge strichelt dargestellt ist. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Bewegung zwischen der Sicherungsstellung S und der Freigabestellung F oder umgekehrt durch ein Verschieben des Sicherungselements 73 parallel zur Drehachse D. In der Si cherungsstellung S greift das Sicherungselement 73 in die Aussparung 71 ein. Das Sicherungselement 73 ist am drehba ren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet, während der Ring 72 mit der Aussparung 71 am stationären Brennerkopplungs teil 15s angeordnet ist. Dadurch kann eine drehfeste Kopp lung zwischen dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d und dem stationären Brennerkopplungsteil 15s in der Sicherungs stellung S des Sicherungselements 73 erreicht werden.
[0072] Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Sicherungselement 73 mittels wenigstens eines Vorspann elements 74 in die Sicherungsstellung S gedrängt. Das we nigstens eine Vorspannelement 74 kann beispielsweise durch wenigstens eine Feder gebildet sein. Entgegen der Kraft des Vorspannelements 74 kann das Sicherungselement 73 in die Freigabestellung F bewegt bzw. verschoben werden.
[0073] Das Verschieben des Sicherungselements 73 von der Sicherungsstellung S in die Freigabestellung F findet beim Ausführungsbeispiel während der Herstellung der mechani schen Verbindung zwischen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopplungseinheit 14 statt. Dabei gelangt das Sicherungselement 73 in Kontakt mit dem Verriegelungs element 70. Das Verriegelungselement 70 schiebt das Siche rungselement 73 aus der Aussparung 71 des Rings 72 heraus und greift selbst in die Aussparung 71 ein. Dann ist eine Relativdrehung des drehbaren Brennerkopplungsteil 15d um die Drehachse D gegenüber dem stationären Brennerkopplungs teil 15s ermöglicht, während eine drehfeste Kopplung zwi schen dem stationären Maschinenkopplungsteil 14s und dem stationären Brennerkopplungsteil 15s hergestellt ist.
[0074] Zur Maschinenbaugruppe 12 gehört außerdem ein Mo tor 75, der beispielsweise mittels eines Antriebsriemens 76 mit dem drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d antriebsver bunden ist (Figur 1). Wird der Motor 75 angetrieben, dreht sich der drehbare Maschinenkopplungsteil 14d um die Dreh achse D. Der stationäre Maschinenkopplungsteil 14s ist drehfest um die Drehachse D angeordnet. Bei hergestellter Verbindung zwischen der Maschinenkopplungseinheit 14 und der Brennerkopplungseinheit 15 wird eine mechanische dreh feste Verbindung zwischen dem drehbaren Maschinenkopplungs teil 14d und dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d herge stellt. Wenn der drehbare Maschinenkopplungsteil 14d um die Drehachse D drehend angetrieben wird, wird dadurch auch der drehbare Brennerkopplungsteil 15d drehend um die Drehachse D bewegt. Bei dieser Drehung werden das Gehäuse 21 und die damit verbundenen Bestandteile des Lichtbogenbrenners 11 mit bewegt, wie z.B. die Stromschienen 41, der Primärgaska nal 31, die Kühlmittelkanäle 50, die Fassung 44 und die Ka thode 29. Insbesondere verbleibt im Lichtbogenbrenner 11 lediglich das Drahtführungsrohr 25 stationär.
[0075] Während des Betriebs der Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung 10 wird der Motor 75 betrieben.
Durch Anlegen der Spannung U entsteht ein Lichtbogen zwi schen dem freien Ende 28 des Drahtes 27, der als Anode dient, und der Kathode 29. Dadurch wird Material des Drah tes 27 geschmolzen. Über den Primärgaskanal 31 strömt Pro zessgas G von der Einmündung 30 zur Austrittsöffnung 22 und transportiert geschmolzenes Material des Drahtes 27 in Form von Materialpartikeln im Prozessgasstrom durch die Aus trittsöffnung 22 nach außen auf die zu beschichtende Ober fläche 23.
[0076] Der Prozessgasstrom aus dem Primärgaskanal 31 zerstäubt das geschmolzene Material im Zerstäubungsbereich B, in dem auch der Lichtbogen gebildet wird. Der Prozess gasstrom aus dem Sekundärgaskanal 34 sorgt für eine Bünde lung des ausgestoßenen Gemischs aus geschmolzenen Partikeln und Prozessgas G. Durch die fluidische Trennung des Pro- zessgases G in zwei separate Ströme, können die Volumen ströme separat eingestellt oder geregelt werden.
[0077] Während des Schmelzens und Ausstoßens von Parti keln zur Beschichtung wird der Motor 75 betrieben, so dass sich die Austrittsöffnung 22 um die Drehachse D dreht. Gleichzeitig kann der Lichtbogenbrenner 11 über eine nicht veranschaulichte Linearachse entlang der Drehachse D bewegt werden. Dadurch kann die zu beschichtende Oberfläche 23 durch eine Schraubenbewegung der Austrittsöffnung 22 mit einer Beschichtung versehen werden.
[0078] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner 11 sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 mit einem Lichtbogenbrenner 11. Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine Brennerkopplungseinheit 15, die zur mechanischen Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit 14 einer Maschinenbau gruppe 12 der Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 einge richtet ist. Die Brennerkopplungseinheit 15 hat einen sta tionären Brennerkopplungsteil 15s sowie einen um die Dreh achse D drehbar gelagerten drehbaren Brennerkopplungsteil 15d. Ein Drahteinlass 26 zur Zuführung eines Drahtes 27 ist an dem stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet. Ein Gaseinlass 32, 33 zum Zuführen eines Prozessgases G ist an dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet.
Bezugszeichenliste :
10 Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung
11 Lichtbogenbrenner
12 Maschinenbaugruppe
13 Kopplungseinrichtung
14 Maschinenkopplungseinheit
14d drehbarer Maschinenkopplungsteil 14s stationärer Maschinenkopplungsteil
15 Brennerkopplungseinheit
15d drehbarer Brennerkopplungsteil 15s stationärer Brennerkopplungsteil
19 Drehlageranordnung der Maschinenkopplungseinheit
20 Drehlageranordnung des Lichtbogenbrenners
21 Gehäuse
22 Austrittsöffnung
23 zu beschichtende Oberfläche
24 Werkstück
25 Drahtführungsrohr
26 Drahteinlass
27 Draht
28 freies Ende des Drahtes
29 Kathode
30 Einmündung des Primärgaskanals
31 Primärgaskanal
32 Primärgaseinlass
33 Sekundärgaseinlass
34 Sekundärgaskanal
35 Abzweigkanal
37 Anschlussstift erster elektrischer Anschluss
Kontakteinrichtung zweiter elektrischer Anschluss
Stromschiene erste Kontaktschiene zweite Kontaktschiene
Fassung
Sensor elektrische Leitung
Kühlmittelanschluss Kühlkanal Kühlmittelrohr Befestigungsteil Codiermittel
Drahtauslass
Drahtzufuhreinrichtung
Primärgasauslass
Sekundärgasauslass
Gaszufuhreinrichtung
Kühlmittelgegenanschluss
KühlmittelZufuhreinrichtung zweiter Gegenkontakt
Drehverteiler
Schleifring
Schleifkontakt erster Gegenkontakt erster Spannungsversorgungsanschluss zweiter Spannungsversorgungsanschluss
Verriegelungselement 71 Aussparung
72 Ring
73 Sicherungselement
74 Vorspannelement
75 Motor
76 Antriebsriemen
B Zerstäubungsbereich
D Drehachse
F Freigabestellung
G Prozessgas
K Kühlmittel
S Sicherungsstellung
U Spannung

Claims

Patentansprüche:
1. Lichtbogenbrenner (11) für eine Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung (10), wobei der Lichtbogenbren ner (11) aufweist:
- eine Brennerkopplungseinheit (15), die einen statio nären Brennerkopplungsteil (15s) und einen um eine Drehachse (D) drehbaren Brennerkopplungsteil (15d) auf weist, wobei die Brennerkopplungseinheit (15) dazu ein gerichtet ist, mechanisch mit einer Maschinenkopplungs einheit (14) verbunden zu werden,
- einen Drahteinlass (26) am stationären Brennerkopp lungsteil (15s), der für das Zuführen eines Drahtes (27) von der Maschinenkopplungseinheit (14) eingerich tet ist,
- wenigstens einen Gaseinlass (32, 33) am drehbaren Brennerkopplungsteil (15d), der für das Zuführen eines Prozessgases (G) von der Maschinenkopplungseinheit (14) eingerichtet ist.
2. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Brenner kopplungsteil (15s) an der Drehachse (D) angeordnet ist.
3. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahteinlass (26) an der Drehachse (D) angeordnet ist.
4. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Brenner kopplungsteil (15d) koaxial und mit Abstand zur Dreh achse (D) angeordnet ist.
5. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Brenner kopplungsteil (15d) koaxial zum stationären Brenner kopplungsteil (15s) angeordnet ist.
6. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahteinlass (26) mit einem Drahtführungsrohr (25) verbunden ist.
7. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerkopplungs einheit (15) einen ersten elektrischen Anschluss (38) und einen zweiten elektrischen Anschluss (40) aufweist.
8. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische An schluss (38) an dem stationären Brennerkopplungsteil (15s) angeordnet ist und dass der zweite elektrische Anschluss (40) an dem drehbaren Brennerkopplungsteil (15d) angeordnet ist.
9. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische An schluss (38) am Drahteinlass (26) angeordnet ist oder durch den Drahteinlass (26) gebildet ist.
10. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 7 oder 8 und nach An spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische An schluss (38) elektrisch mit dem Drahtführungsrohr (25) verbunden ist.
11. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass am drehbaren Brenner kopplungsteil (15d) ein Primärgaseinlass (32) und ein Sekundärgaseinlass (33) angeordnet sind.
12. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 11 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärgaseinlass (33) fluidisch mit einem sich an das Drahtführungsrohr (25) anschließenden Sekundärgaskanal (34) verbunden ist.
13. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärgaseinlass (32) fluidisch mit einem Primärgaskanal (31) verbunden ist, der mit Abstand zur Drehachse (D) erstreckt.
14. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerkopplungs einheit (15) ein Sicherungselement (73) aufweist, das dazu eingerichtet ist zwischen einer Sicherungsstellung (S) und einer Freigabestellung (F) bewegt zu werden, wobei das Sicherungselement (73) in der Sicherungsstel lung (S) eine Relativdrehung des drehbaren Brennerkopp lungsteils (15d) gegenüber dem stationären Brennerkopp lungsteil (15s) um die Drehachse (D) verhindert.
15. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (73) durch wenigstens ein Vorspannelement (74) in die Siche- rungsstellung (S) gedrängt wird und bei hergestellter mechanischer Verbindung mit der Maschinenkopplungsein heit (14) durch ein Verriegelungselement (70) der Ma schinenkopplungseinheit (14) in der Freigabestellung (F) gehalten wird.
16. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (45) ortsfest gegenüber dem stationären Brennerkopp lungsteil (15s) angeordnet ist.
17. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung (10) aufweisend:
- einen Lichtbogenbrenner (11) nach einem der vorherge henden Ansprüche,
- eine Maschinenkopplungseinheit (14) mit einem statio nären Maschinenkopplungsteil (14s) und einen um die Drehachse (D) drehbaren Maschinenkopplungsteil (14d),
- eine DrahtZufuhreinrichtung (55), die zum Zuführen eines Drahtes (27) zu einem Drahtauslass (54) am stati onären Maschinenkopplungsteil (14s) eingerichtet ist,
- eine Gaszufuhreinrichtung (58), die zum Zuführen ei nes Prozessgases (G) zu wenigstens einem Gasauslass (56, 57) am drehbaren Maschinenkopplungsteil (14d) ein gerichtet ist.
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