WO2021063670A1 - Arc wire spray device - Google Patents

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WO2021063670A1
WO2021063670A1 PCT/EP2020/075771 EP2020075771W WO2021063670A1 WO 2021063670 A1 WO2021063670 A1 WO 2021063670A1 EP 2020075771 W EP2020075771 W EP 2020075771W WO 2021063670 A1 WO2021063670 A1 WO 2021063670A1
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WO
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heat
spraying device
counter electrode
base
arc
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Application number
PCT/EP2020/075771
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German (de)
French (fr)
Inventor
Steffen HEIDEMANN
Christian Weinmann
Original Assignee
Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16Spraying 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
    • B05B7/22Spraying 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
    • B05B7/222Spraying 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
    • B05B7/224Spraying 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131Wire arc spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00Machines 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
    • B05B13/06Machines 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
    • B05B13/0627Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0636Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles

Definitions

  • the invention relates to an arc wire spray device with a non-consumable electrode and a method for cooling the same.
  • Coating of substrates with metal for example the coating of aluminum bodies with a steel layer.
  • the coating material is melted by means of an electric arc and transferred to the surface to be coated by a gas jet.
  • Such a device for spraying arc wire is known for example from DE 102009 004 581 A1.
  • This wire arc spray device has a wire feed device which is set up to feed wire to an arc torch.
  • the arc torch has a counter electrode to which a cooling channel is assigned in order to cool the counter electrode.
  • the counter electrode is made of tungsten or of copper coated with tungsten as a hollow body, so that the coolant can flow through it.
  • cooling channels of a coolant circuit are connected to the non-consumable counter electrode.
  • the quality of the coating can be reduced by melting particles from the non-consumable counter electrode and entering them as foreign bodies into the coating.
  • the temperature is too low, the electron emission is insufficient and the quality of the arc can suffer.
  • the wire arc spray device has a wire feed device with which wire is conveyed in the direction of a counter electrode in order to form an arc with it.
  • both the wire and the counter electrode are connected to a corresponding power source via a power supply device.
  • the counter electrode is typically connected as a cathode during operation, ie connected to the predominantly negative pole of the power source.
  • the current source can be a direct current source or a current source for pulsed direct current or also direct current superimposed with an alternating current.
  • the counter electrode is assigned a cooling channel which is preferably arranged completely outside the counter electrode.
  • the counter electrode is preferably solid and does not contain any cavities through which coolant flows. However, coolant can wash around it on its outer surface.
  • the counter electrode is preferably held in a base which is in heat-transferring connection with the cooling channel.
  • the counter electrode is preferably made of tungsten or a tungsten alloy, for example egg ne with a metal oxide, for example lanthanum oxide alloyed tungsten material
  • the base is made of a highly thermally conductive material such as copper, aluminum or the like.
  • the base can serve to distribute heat and thus avoid the formation of hotspots in the cooling channel.
  • highly thermally conductive metals such as copper or aluminum
  • the base can also be formed from another thermally conductive material or from a thermally conductive alloy.
  • the base preferably has a heat-absorbing surface which is in contact with the counter-electrode and a heat-dissipating surface which is larger than the heat-absorbing surface. This leads to a weakening, i.e. a reduction in the power density of the heat flow from the counter electrode to the cooling channel.
  • the heat dissipation surface is preferably directly or indirectly with the medium flowing in the cooling channel in heat exchange.
  • the cooling channel can preferably be arranged in a socket which is assigned to the base.
  • the base serves to releasably connect the counter electrode to the mount.
  • the cooling channel can be arranged exclusively in the socket so as to penetrate the base or not to penetrate it. If the cooling channel passes through the base, the cooling medium can wash directly around the outer surface of the counterelectrode and thereby cause a high level of heat to be dissipated from the counterelectrode.
  • the inertia of the control can be reduced.
  • the cooling channel is housed exclusively in the socket.
  • the heat transfer from the base to the socket then takes place via mating surfaces of the base and the socket.
  • the fitting surfaces preferably form a transition fit so that the fitting surface of the base and the fitting surface of the socket rest against one another without any gaps, i.e. with a gap width of zero, thus ensuring good heat transfer.
  • the mating surfaces can be blackened in order to further improve the heat transfer.
  • the cooling channel is connected to a feed device which is designed to be adjustable with regard to the coolant temperature and / or the flow rate of the coolant.
  • a feed device which is designed to be adjustable with regard to the coolant temperature and / or the flow rate of the coolant.
  • This makes it possible to regulate the heat dissipation from the counter electrode during operation of the wire arc spray device and thus to ensure that the counter electrode does not leave a desired temperature range.
  • the temperature of the counter electrode can be measured pyrometrically, for example become.
  • the temperature of the coolant is preferably measured downstream in the coolant flow as seen from the counter electrode. It is also possible to monitor electrical parameters, such as the voltage and / or the flowing current between the wire and the counterelectrode, and use them as a criterion for increasing or decreasing the cooling of the counterelectrode.
  • the inventive method for cooling a non-consumable counter electrode operated as a cathode of an arc torch is used to extract heat from the counter electrode via a coolant.
  • the power density of the heat flow to be dissipated from the counter electrode to the coolant is reduced in that the heat flow is conducted via a heat absorption surface into a base and from this via a heat emission surface to thedemit tel.
  • the surface area of the heat emission surface is larger than the surface area of the heat absorption surface. This avoids local hot spots in the coolant duct.
  • Figure 1 shows a burner of an arc wire spray device when coating a bore surface, in a schematic representation
  • Figure 2 shows the burner according to Figure 1, in a schematic vertical sectional view
  • Figure 3 shows a counter electrode with its base and the associated socket of the burner according to Figures 1 and 2, in a schematic vertical sectional view,
  • Figure 4 shows the burner and its cooling device, in a schematic functional diagram,
  • Figure 5 shows a modified embodiment of the socket of the base and the counter electrode, in a schematic vertical sectional view.
  • an arc torch 10 of an arc wire spraying device is illustrated, which is shown dipping into a bore 11 of a workpiece 12 to illustrate its function.
  • the Lichtbo genbrenner 10 is used to hen the bore wall 13 with a metal layer, in particular a steel layer, to verse.
  • the workpiece 12 can be, for example, an engine block or another object, in particular an object made of aluminum.
  • the arc torch 10 generates a spray jet 14 consisting of metal droplets, which is directed onto the wall 13.
  • the structure of the arc torch 10 can be seen schematically in FIG.
  • a wire 15 is fed to the arc torch 10 at a controlled speed and / or controlled movement profile via a wire feed device 15a, only symbolically indicated in FIG.
  • An arc 17 burns between the wire 15, which always melts at its end, and a counterelectrode 16 that is not significantly in operation.
  • Egg ne next to the arc 17 blow nozzle 18 is used to melt metal droplets from the wire 15 in the form of a jet, for example one Discharge fan or Ke gelstrahls and so to form the spray jet 14.
  • the counter electrode 16 has a conical tip 19, to which a, for example, cylindrical shaft 20 is connected.
  • the tip can be sharp, rounded or flattened.
  • the cone tip 19 and the shaft 20 are preferably seamlessly formed from the same material as a single part.
  • the counter electrode 16 consists of a tungsten alloy, preferably one Alloy of tungsten and a metal oxide, for example tungsten and lanthanum oxide or torium oxide. This composition ensures both a high electron emissivity and the necessary thermal stability of the counter electrode 16.
  • the counter electrode 16 is designed as a solid body free of hollow bodies and embedded in a base 21 which is made of a heat-conducting material. Copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys or electrically and thermally conductive ceramic materials such as silicon carbide are suitable as such.
  • the counter electrode 16 can be welded, pressed or otherwise firmly connected to the material of the base 21. The resulting contact surface 22 forms the heat absorption surface 22 of the base 21.
  • the heat absorption surface 22 is also larger than the surface of the entire section of the counter electrode 16 protruding from the base 21.
  • the base 21 can be formed in the manner of a bolt, which is in contact with a socket 24 via a heat emission surface 23.
  • the heat release surface 23 can be, for example, a cylindrical surface, a conical surface or the like. It is preferably arranged concentrically to the heat absorption surface 22.
  • a correspondingly shaped contact surface 25 of the holder 24 is assigned to the heat output surface 23.
  • the diameter of the heat output surface 23 and the contact surface 25 are preferably matched to one another in such a way that the two surfaces 23, 25 are firmly in contact with one another. Preferably these form a transition fit.
  • the heat release surface 23 and the contact surface 25 thus form fitting surfaces that rest against one another without any gaps in the assembled state.
  • the heat release surface 23 and the contact surface 25 are preferably cylindrical surfaces.
  • Kegelflä surfaces Another way to achieve a gapless system between the heat dissipation surface 23 and the contact surface 25 is to produce the parts in question from materials that have a different coefficient of thermal expansion, in particular the base 21 has a greater coefficient of thermal expansion than the socket 24. In the warm In the state of the art, a press fit is created between the heat release surface 23 and the contact surface 25.
  • the coefficient of thermal expansion of the mount 21 can also be smaller than the coefficient of thermal expansion of the counter electrode 16 or of the shaft 20.
  • the counter electrode 16 is electrically connected to the base 21, which in turn is electrically connected to the socket 24. Power is supplied to the counter electrode 16 via the housing 10, the socket 24 and the base 21.
  • the base 21 At its end remote from the counter electrode 16, the base 21 has a thread 26 which is screwed into a corresponding thread 27 of the socket.
  • the two threads 26, 27 also contribute to the transfer of heat from the base 21 to the socket 24.
  • the base 21 can be provided with a shoulder 28 which rests against a corresponding step of the receiving bore provided in the socket 24.
  • the axial position of the counter electrode 16 can be finely adjusted.
  • the socket 24 contains at least one cooling channel 29 which loops around the receiving bore for the base 21 in at least one, preferably several turns 29a, 29b.
  • the cooling channel 29 can follow a helical line.
  • Its inlet 30 is preferably connected to the end of the helical turns 29 a, 29 b of the cooling channel 29 remote from the counter electrode 16.
  • the outlet 31 is preferably connected to the end of the helical cooling channel 29 which is close to the counter electrode 16.
  • an alternative arrangement is possible.
  • the cooling channel 29 is preferably flowed through by a liquid heat transfer fluid, in particular water.
  • a liquid heat transfer fluid in particular water.
  • Deionized water is preferred, optionally with an admixture of glycol to reduce the electrical conductivity.
  • the cooling circuit can thus be electrically separated from the counter electrode 16.
  • the wire 15 is connected to a power supply device 32, for example in the form of sliding contacts or the like, which electrically connect the wire 15 to an arc power source 33.
  • a power supply device 32 for example in the form of sliding contacts or the like, which electrically connect the wire 15 to an arc power source 33.
  • This is preferably designed as a direct voltage or direct current source, its negative pole preferably being connected to the counter electrode 16, which thus forms the cathode for the arc 17.
  • the cooling channel 29 is closed via a cooler 34 and a pump 35 to form a cooling circuit.
  • the cooling effect of the same can be set permanently or also be adjustable bar.
  • the regulation of the cooling effect is development of the speed of the pump 35 causes.
  • a control device 36 provided for this purpose can regulate the speed of the pump 35, for example based on the temperature of the counter electrode 16, based on the temperature of the coolant or also based on electrical variables that result from the arc 17.
  • the control device 36 can detect the arc current and the arc voltage in order to determine the cooling requirement of the counter-electrode 26 therefrom and on the basis of a suitable arc model.
  • the control device 36 can be connected to the arc current source in order to be switched on and off in the simplest case synchronously or with a time delay to the arc current source 32.
  • the arc voltage is maintained between the wire 15 that is always fed in and the counter electrode 16, the arc 17 being supplied with the necessary current supplied by the arc current source 33.
  • a gas jet released from the nozzle 18 blows the spray jet 14 onto the wall 13.
  • the arc torch rotates about its axis 37, possibly being moved axially.
  • the counterelectrode 16 operated as a cathode heats up due to ohmic losses and the effect of the arc to temperatures between 2000 ° C. and 3000 ° C. and emits electrons in particular at its tip.
  • the end of the counter electrode 16, referred to here generally as “cone tip 19” can be pointed or rounded or flattened.
  • Part of the thermal power converted by the arc must be dissipated by the counter electrode 16. This heat is first transferred via the heat-absorbing surface 22nd on the base and transferred from this via the heat emission surface 23 to the socket 24. From the point of view of the counter electrode 16, the heat is initially distributed over a large area and can be transferred to the coolant over the considerable length of the cooling channel 29. Local overheating, vapor bubble formation or the like is excluded.
  • the control device 36 can regulate the cooling process in order to prevent excessive cooling of the counterelectrode 16 as well as insufficient cooling of the same.
  • Figure 5 illustrates a modified embodiment of the base 21 and the socket 24 of the counter electrode 16, for which the previous description, based on the same reference numerals, taking into account the special features explained below applies accordingly:
  • cooling channel 29 in the embodiment of Figure 3 runs exclusively in the socket 24, in the embodiment of Figure 5 it penetrates both the socket 24 and the base 21.
  • This has a cooling channel 29 associated interior 38, which is closed at the end lying away from the counter electrode by a stop 39 or other suitable means.
  • the interior 38 communicates via an inlet bore 40 and at least one outlet bore 41 with corresponding annular grooves of the holder 24, which are sealed by seals and which communicate with the inlet 30 and the outlet 31.
  • the counter-electrode 16 is held in the base 21 and can give off heat via the heat-absorbing surface 22 to the base 21, which in turn can transfer heat directly to the coolant via the heat-dissipating surface 23.
  • the end face of the counterpart pointing away from the cone tip 19 electrode 16 can be in contact with the coolant.
  • the heat release surface 23 here forms a wall of the interior space 38 and thus of the coolant reservoir.
  • the counter electrode 16 with its shaft 20 can protrude into the inner space 38 and thus also come into direct contact with the coolant at sections of its man face.
  • the counter electrode 16 is solid and free of cavities.
  • the arc wire spraying device has an arc burner 10, which has a wire 15 that is always supplied as an anode and a counter electrode 16 as a cathode, to which a cooling channel 29 is assigned. This is arranged outside of the counter electrode 16, which is thus solid and free of cavities. On the one hand, this creates an effective cooling of the counter electrode 16 that is functional over a wide operating range.

Abstract

The invention relates to an arc wire spray device comprising an arc spray torch (10) which has a continuously fed wire (15) as the anode and a counter-electrode (16) as the cathode, with a cooling channel (29) associated therewith. This cooling channel is located outside of the counter-electrode (16), which as a result is solid and has no cavities, thereby creating an effective cooling of the counter-electrode (16) that is functional over a large operating range.

Description

Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung Arc wire spraying device
[0001] Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Draht spritzeinrichtung mit einer nicht verbrauchbaren Elektrode sowie ein Verfahren zur Kühlung derselben. The invention relates to an arc wire spray device with a non-consumable electrode and a method for cooling the same.
[0002] Lichtbogen-Drahtsprit zeinrichtungen dienen derArc wire spraying devices are used
Beschichtung von Substraten mit Metall, beispielsweise der Beschichtung von Aluminiumkörpern mit einer Stahlauflage. Dazu wird das Beschichtungsmaterial mittels Lichtbogens aufgeschmolzen und durch einen Gasstrahl auf die zu be schichtende Fläche übertragen. Coating of substrates with metal, for example the coating of aluminum bodies with a steel layer. For this purpose, the coating material is melted by means of an electric arc and transferred to the surface to be coated by a gas jet.
[0003] Eine solche Vorrichtung zum Lichtbogen-Draht spritzen ist beispielsweise aus der DE 102009 004 581 Al bekannt. Diese Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung weist eine DrahtZufuhreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, ei nen Lichtbogenbrenner Draht zuzuführen. Der Lichtbogenbren ner weist eine Gegenelektrode auf, der ein Kühlkanal zuge ordnet ist, um die Gegenelektrode zu kühlen. Dazu ist die Gegenelektrode aus Wolfram oder aus mit Wolfram ummantelten Kupfer als Hohlkörper ausgebildet, sodass sie von dem Kühl mittel durchströmbar ist. Zur Kühlmittelzufuhr sind an die nicht verbrauchbare Gegenelektrode Kühlkanäle eines Kühl mittelkreislaufs angeschlossen. Such a device for spraying arc wire is known for example from DE 102009 004 581 A1. This wire arc spray device has a wire feed device which is set up to feed wire to an arc torch. The arc torch has a counter electrode to which a cooling channel is assigned in order to cool the counter electrode. For this purpose, the counter electrode is made of tungsten or of copper coated with tungsten as a hollow body, so that the coolant can flow through it. For the coolant supply, cooling channels of a coolant circuit are connected to the non-consumable counter electrode.
[0004] Bei der direkten Einleitung von Kühlmittel in die Gegenelektrode kann es bei hohem Wärmeeintrag in die Gegen- elektrode zu lokaler Überlastung des Kühlmittels, zum Bei spiel zur Dampfblasenbildung kommen. Es ist einerseits er forderlich, die Gegenelektrode auf einer Betriebstemperatur zu halten, die eine thermische Elektronenemission ermög licht, andererseits aber muss ein Abschmelzen der Gegen elektrode vermieden werden. [0004] When coolant is introduced directly into the counter electrode, when there is a high level of heat input into the counter electrode, electrode to local overload of the coolant, for example to the formation of vapor bubbles. On the one hand, it is necessary to keep the counter-electrode at an operating temperature that enables thermal electron emission, but on the other hand, melting of the counter-electrode must be avoided.
[0005] Gelingt dies nicht, kann die Qualität der Be schichtung gemindert werden, indem von der nicht verbrauch baren Gegenelektrode Partikel aufgeschmolzen und als Fremd körper in die Beschichtung eingetragen werden. Andererseits ist bei zu niedriger Temperatur die Elektronenemission nicht ausreichend und die Lichtbogenqualität kann leiden. If this does not succeed, the quality of the coating can be reduced by melting particles from the non-consumable counter electrode and entering them as foreign bodies into the coating. On the other hand, if the temperature is too low, the electron emission is insufficient and the quality of the arc can suffer.
[0006] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ei ne Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung anzugeben, mit der sich Beschichtungen zuverlässig in hoher Qualität erzeugen lassen. On this basis, it is the object of the invention to provide an arc wire spray device with which coatings can be reliably produced in high quality.
[0007] Diese Aufgabe wird mit der Lichtbogen-Draht spritzeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst: This object is achieved with the arc wire spray device according to claim 1:
[0008] Erfindungsgemäß weist die Lichtbogen-Drahtspritz- einrichtung eine DrahtZufuhreinrichtung auf, mit der Draht in Richtung einer Gegenelektrode gefördert wird, um mit dieser einen Lichtbogen auszubilden. Dazu sind sowohl der Draht über eine Stromzufuhreinrichtung als auch die Gegen elektrode mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden. Die Gegenelektrode ist im Betrieb typischerweise als Katho de geschaltet, d.h., mit dem vorwiegend negativen Pol der Stromquelle verbunden. Die Stromquelle kann eine Gleich stromquelle oder eine Stromquelle für gepulsten Gleichstrom oder auch mit einem Wechselstrom überlagerten Gleichstrom sein. [0009] Der Gegenelektrode ist ein Kühlkanal zugeordnet, der vorzugsweise vollständig außerhalb der Gegenelektrode angeordnet ist. Die Gegenelektrode ist vorzugsweise massiv ausgebildet und enthält keine kühlmitteldurchströmten Hohl räume. An ihrer Außenfläche kann sie jedoch von Kühlmittel umspült sein. According to the invention, the wire arc spray device has a wire feed device with which wire is conveyed in the direction of a counter electrode in order to form an arc with it. For this purpose, both the wire and the counter electrode are connected to a corresponding power source via a power supply device. The counter electrode is typically connected as a cathode during operation, ie connected to the predominantly negative pole of the power source. The current source can be a direct current source or a current source for pulsed direct current or also direct current superimposed with an alternating current. The counter electrode is assigned a cooling channel which is preferably arranged completely outside the counter electrode. The counter electrode is preferably solid and does not contain any cavities through which coolant flows. However, coolant can wash around it on its outer surface.
[0010] Durch die Anordnung des Kühlkanals außerhalb der Gegenelektrode werden sowohl eine Überlastung des Kühlmit tels als auch ein zu starker Wärmeaustrag aus der Gegen elektrode vermieden. By arranging the cooling channel outside the counter electrode, both overloading of the coolant and excessive heat dissipation from the counter electrode are avoided.
[0011] Die Gegenelektrode ist vorzugsweise in einem So ckel gefasst, der mit dem Kühlkanal in wärmeübertragender Verbindung steht. Während die Gegenelektrode vorzugsweise aus Wolfram oder einer Wolframlegierung, beispielsweise ei ne mit einem Metalloxid, beispielsweise Lanthanoxid legier ten Wolframwerkstoff besteht, ist der Sockel aus einem hoch wärmeleitfähigem Material, wie beispielsweise Kupfer, Alu minium oder dergleichen, ausgebildet. Der Sockel kann dabei der Wärmeverteilung dienen und somit die Ausbildung von Hotspots im Kühlkanal vermeiden. Anstelle von hochwärme leitfähigen Metallen, wie Kupfer oder Aluminium, kann der Sockel auch aus einem anderen Wärmeleitmaterial oder einer wärmeleitfähigen Legierung ausgebildet sein. The counter electrode is preferably held in a base which is in heat-transferring connection with the cooling channel. While the counter electrode is preferably made of tungsten or a tungsten alloy, for example egg ne with a metal oxide, for example lanthanum oxide alloyed tungsten material, the base is made of a highly thermally conductive material such as copper, aluminum or the like. The base can serve to distribute heat and thus avoid the formation of hotspots in the cooling channel. Instead of highly thermally conductive metals such as copper or aluminum, the base can also be formed from another thermally conductive material or from a thermally conductive alloy.
[0012] Der Sockel weist vorzugsweise eine mit der Gegen elektrode in Berührung stehende Wärmeaufnahmefläche sowie eine Wärmeabgabefläche auf, die größer ist als die Wär meaufnahmefläche. Dies führt zu einer Abschwächung, d.h. einer Verminderung der Leistungsdichte des Wärmeflusses von der Gegenelektrode zu dem Kühlkanal. The base preferably has a heat-absorbing surface which is in contact with the counter-electrode and a heat-dissipating surface which is larger than the heat-absorbing surface. This leads to a weakening, i.e. a reduction in the power density of the heat flow from the counter electrode to the cooling channel.
[0013] Die Wärmeabgabefläche steht vorzugsweise mittel bar oder unmittelbar mit in dem Kühlkanal strömenden Medium in Wärmeaustausch. Vorzugsweise kann der Kühlkanal in einer Fassung angeordnet sein, die dem Sockel zugeordnet ist. Der Sockel dient dazu, die Gegenelektrode lösbar mit der Fas sung zu verbinden. Der Kühlkanal kann den Sockel durchset zend oder auch diesen nicht durchsetzend ausschließlich in der Fassung angeordnet sein. Durchsetzt der Kühlkanal den Sockel, kann das Kühlmedium die Außenfläche der Gegenelekt rode direkt umspülen und dadurch einen hohen Wärmeaustrag aus der Gegenelektrode bewirken. Außerdem kann, wenn der Kühlmittelstrom einer Elektrodentemperaturregelung unter liegt, die Trägheit der Regelung vermindert werden. [0013] The heat dissipation surface is preferably directly or indirectly with the medium flowing in the cooling channel in heat exchange. The cooling channel can preferably be arranged in a socket which is assigned to the base. The base serves to releasably connect the counter electrode to the mount. The cooling channel can be arranged exclusively in the socket so as to penetrate the base or not to penetrate it. If the cooling channel passes through the base, the cooling medium can wash directly around the outer surface of the counterelectrode and thereby cause a high level of heat to be dissipated from the counterelectrode. In addition, if the coolant flow is subject to an electrode temperature control, the inertia of the control can be reduced.
[0014] Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kühlka nal ausschließlich in der Fassung untergebracht. Der Wärme übergang von dem Sockel auf die Fassung erfolgt dann über Passflächen des Sockels und der Fassung. Die Passflächen bilden vorzugsweise eine Übergangspassung, sodass die Pass fläche des Sockels und die Passfläche der Fassung spaltlos, d.h. mit einer Spaltweite von Null, aneinander anliegen und so ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Die Passflä chen können geschwärzt sein, um den Wärmeübergang noch zu verbessern. In another embodiment, the cooling channel is housed exclusively in the socket. The heat transfer from the base to the socket then takes place via mating surfaces of the base and the socket. The fitting surfaces preferably form a transition fit so that the fitting surface of the base and the fitting surface of the socket rest against one another without any gaps, i.e. with a gap width of zero, thus ensuring good heat transfer. The mating surfaces can be blackened in order to further improve the heat transfer.
[0015] Vorzugsweise ist der Kühlkanal mit einer Speise einrichtung verbunden, die hinsichtlich der Kühlmitteltem peratur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmit tels regulierbar ausgebildet ist. Damit wird es möglich, während des Betriebs der Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung den Wärmeaustrag aus der Gegenelektrode zu regulieren und damit dafür zu sorgen, dass die Gegenelektrode einen ge wünschten Temperaturbereich nicht verlässt. Es ist möglich, die Temperatur der Gegenelektrode oder die Temperatur des Kühlmittels als Führungsgröße zu nutzen. Die Temperatur der Gegenelektrode kann beispielsweise pyrometrisch gemessen werden. Die Temperatur des Kühlmittels wird vorzugsweise von der Gegenelektrode gesehen stromabwärts im Kühlmit telstrom gemessen. Weiter ist es möglich, elektrische Kenn größen, wie zum Beispiel die zwischen dem Draht und der Ge genelektrode vorhandene Spannung und/oder den fließenden Strom zu überwachen und als Kriterium für die Erhöhung oder Verminderung der Kühlung der Gegenelektrode heranzuziehen. Preferably, the cooling channel is connected to a feed device which is designed to be adjustable with regard to the coolant temperature and / or the flow rate of the coolant. This makes it possible to regulate the heat dissipation from the counter electrode during operation of the wire arc spray device and thus to ensure that the counter electrode does not leave a desired temperature range. It is possible to use the temperature of the counter electrode or the temperature of the coolant as a reference variable. The temperature of the counter electrode can be measured pyrometrically, for example become. The temperature of the coolant is preferably measured downstream in the coolant flow as seen from the counter electrode. It is also possible to monitor electrical parameters, such as the voltage and / or the flowing current between the wire and the counterelectrode, and use them as a criterion for increasing or decreasing the cooling of the counterelectrode.
[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung einer als Kathode betriebenen nicht verbrauchbaren Gegenelektrode eines Lichtbogenbrenners dient dazu, der Gegenelektrode über ein Kühlmittel Wärme zu entziehen. Dabei wird die Leistungsdichte des abzuleitenden Wärmeflusses von der Ge genelektrode zu dem Kühlmittel hin reduziert, indem der Wärmefluss über eine Wärmeaufnahmefläche in einen Sockel und von diesem über eine Wärmeabgabefläche auf das Kühlmit tel geleitet wird. Der Flächeninhalt der Wärmeabgabefläche ist größer als der Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche. Damit werden lokale Hot-Spots im Kühlmittelkanal vermieden. The inventive method for cooling a non-consumable counter electrode operated as a cathode of an arc torch is used to extract heat from the counter electrode via a coolant. The power density of the heat flow to be dissipated from the counter electrode to the coolant is reduced in that the heat flow is conducted via a heat absorption surface into a base and from this via a heat emission surface to the Kühlmit tel. The surface area of the heat emission surface is larger than the surface area of the heat absorption surface. This avoids local hot spots in the coolant duct.
[0017] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungs formen der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der zu gehörigen Beschreibung und/oder von Ansprüche. Es zeigen: Further details of advantageous embodiments of the invention are the subject of the drawing, the associated description and / or claims. Show it:
[0018] Figur 1 einen Brenner einer Lichtbogen-Draht spritzeinrichtung beim Beschichten einer Bohrungsfläche, in schematischer Darstellung, Figure 1 shows a burner of an arc wire spray device when coating a bore surface, in a schematic representation,
[0019] Figur 2 den Brenner nach Figur 1, in schemati scher VertikalSchnittsdarstellung, Figure 2 shows the burner according to Figure 1, in a schematic vertical sectional view,
[0020] Figur 3 eine Gegenelektrode mit ihrem Sockel und der zugeordneten Fassung des Brenners nach Figur 1 und 2, in schematisierter Vertikalschnittdarstellung, [0021] Figur 4 den Brenner und seine Kühleinrichtung, in schematischem Funktionsbild, Figure 3 shows a counter electrode with its base and the associated socket of the burner according to Figures 1 and 2, in a schematic vertical sectional view, Figure 4 shows the burner and its cooling device, in a schematic functional diagram,
[0022] Figur 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Fassung des Sockels und der Gegenelektrode, in schemati scher VertikalSchnittdarstellung. Figure 5 shows a modified embodiment of the socket of the base and the counter electrode, in a schematic vertical sectional view.
[0023] In Figur 1 ist ein Lichtbogenbrenner 10 einer Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung veranschaulicht, der zur Veranschaulichung seiner Funktion in eine Bohrung 11 eines Werkstücks 12 eintauchend veranschaulicht ist. Der Lichtbo genbrenner 10 dient dazu, die Bohrungswandung 13 mit einer Metallschicht, insbesondere einer Stahlschicht, zu verse hen. Das Werkstück 12 kann beispielsweise ein Motorblock oder ein anderer Gegenstand, insbesondere ein Gegenstand aus Aluminium sein. Zur Beschichtung der Wandung 13 erzeugt der Lichtbogenbrenner 10 einen aus Metalltröpfchen beste henden Sprühstrahl 14, der auf die Wandung 13 gerichtet ist. In FIG. 1, an arc torch 10 of an arc wire spraying device is illustrated, which is shown dipping into a bore 11 of a workpiece 12 to illustrate its function. The Lichtbo genbrenner 10 is used to hen the bore wall 13 with a metal layer, in particular a steel layer, to verse. The workpiece 12 can be, for example, an engine block or another object, in particular an object made of aluminum. To coat the wall 13, the arc torch 10 generates a spray jet 14 consisting of metal droplets, which is directed onto the wall 13.
[0024] Der Aufbau des Lichtbogenbrenners 10 ist schema tisch aus Figur 2 ersichtlich. Über eine in Figur 1 ledig lich symbolisch angedeutete DrahtZufuhreinrichtung 15a wird ein Draht 15 dem Lichtbogenbrenner 10 mit kontrollierter Geschwindigkeit und/oder kontrolliertem Bewegungsprofil zu geführt. Zwischen dem an seinem Ende stets abschmelzenden Draht 15 und einer sich in Betrieb nicht wesentlich ver brauchenden Gegenelektrode 16 brennt ein Lichtbogen 17. Ei ne neben dem Lichtbogen 17 angeordnete Blasdüse 18 dient dazu, von dem Draht 15 abschmelzende Metalltröpfchen in Form eines Strahls, beispielsweise eines Fächer- oder Ke gelstrahls auszutragen und so den Spühstrahl 14 zu bilden. The structure of the arc torch 10 can be seen schematically in FIG. A wire 15 is fed to the arc torch 10 at a controlled speed and / or controlled movement profile via a wire feed device 15a, only symbolically indicated in FIG. An arc 17 burns between the wire 15, which always melts at its end, and a counterelectrode 16 that is not significantly in operation. Egg ne next to the arc 17 blow nozzle 18 is used to melt metal droplets from the wire 15 in the form of a jet, for example one Discharge fan or Ke gelstrahls and so to form the spray jet 14.
[0025] Die Gegenelektrode 16 weist an ihrem dem Draht 15 zugewandten Ende eine Kegelspitze 19 auf, an die sich ein beispielsweise zylindrischer Schaft 20 anschließt. Die Spitze kann scharf oder gerundet oder abgeflacht ausgebil det sein. Die Kegelspitze 19 und der Schaft 20 sind vor zugsweise als einziges Teil nahtlos aus ein- und demselben Material ausgebildet. Beispielsweise besteht die Gegen elektrode 16 aus einer Wolframlegierung, vorzugsweise einer Legierung aus Wolfram und ein Metalloxid, beispielsweise Wolfram und Lanthanoxid oder Toriumoxid. Diese Zusammenset zung stellt sowohl eine hohe Elektronenemissionsfähigkeit als auch die nötige thermische Standfestigkeit der Gegen elektrode 16 sicher. At its end facing the wire 15, the counter electrode 16 has a conical tip 19, to which a, for example, cylindrical shaft 20 is connected. The tip can be sharp, rounded or flattened. The cone tip 19 and the shaft 20 are preferably seamlessly formed from the same material as a single part. For example, the counter electrode 16 consists of a tungsten alloy, preferably one Alloy of tungsten and a metal oxide, for example tungsten and lanthanum oxide or torium oxide. This composition ensures both a high electron emissivity and the necessary thermal stability of the counter electrode 16.
[0026] Die Gegenelektrode 16 ist als massiver Körper frei von Hohlkörpern ausgebildet und in einen Sockel 21 eingelassen, der aus einem Wärmeleitmaterial ausgebildet ist. Als solches eignen sich Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder auch elektrisch und thermisch leifähige Keramikmaterialien wie zum Beispiel Si- liziumcarbid. Die Gegenelektrode 16 kann mit dem Material des Sockels 21 verschweißt, verpresst oder anderweitig fest verbunden sein. Die entstehende Kontaktfläche 22 bildet die Wärmeaufnahmefläche 22 des Sockels 21. The counter electrode 16 is designed as a solid body free of hollow bodies and embedded in a base 21 which is made of a heat-conducting material. Copper, copper alloys, aluminum, aluminum alloys or electrically and thermally conductive ceramic materials such as silicon carbide are suitable as such. The counter electrode 16 can be welded, pressed or otherwise firmly connected to the material of the base 21. The resulting contact surface 22 forms the heat absorption surface 22 of the base 21.
[0027] Vorzugsweise weist diese einen Flächeninhalt auf, der größer ist als die Außenfläche der Kegelspitze. Vor zugsweise ist die Wärmeaufnahmefläche 22 außerdem größer als die Oberfläche des gesamten aus dem Sockel 21 herausra genden Abschnitts der Gegenelektrode 16. This preferably has an area which is larger than the outer surface of the apex of the cone. Preferably, the heat absorption surface 22 is also larger than the surface of the entire section of the counter electrode 16 protruding from the base 21.
[0028] Der Sockel 21 kann nach Art eines Bolzens ausge bildet sein, der über eine Wärmeabgabefläche 23 mit einer Fassung 24 in Berührung steht. Die Wärmeabgabefläche 23 kann beispielsweise eine Zylinderfläche, eine Kegelfläche oder dergleichen sein. Vorzugsweise ist sie konzentrisch zu der Wärmeaufnahmefläche 22 angeordnet. Der Wärmeabgabeflä che 23 ist eine entsprechend geformte Anlagefläche 25 der Fassung 24 zugeordnet. Die Durchmesser der Wärmeabgabeflä che 23 und der Anlagefläche 25 sind vorzugsweise so aufei nander abgestimmt, dass sich eine feste Anlage der beiden Flächen 23, 25 aneinander ergibt. Vorzugsweise bilden diese eine Übergangspassung. Die Wärmeabgabefläche 23 und die An lagefläche 25 bilden somit Passflächen, die in montiertem Zustand spaltlos aneinander anliegen. Die Wärmeabgabefläche 23 und die Anlagefläche 25 sind vorzugsweise Zylinderflä chen. Sie können aber auch als übereinstimmende Kegelflä chen ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit zur Erzie lung einer spaltlosen Anlage zwischen der Wärmeabgabefläche 23 und der Anlagefläche 25 ist, die betreffenden Teile aus Materialien herzustellen, die einen unterschiedlichen Wär meausdehnungskoeffizient besitzen, wobei insbesondere der Sockel 21 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf weist als die Fassung 24. Im warmen zustand entsteht somit eine Presspassung zwischen der Wärmeabgabefläche 23 und der Anlagefläche 25. Auch kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Fassung 21 kleiner sei, als der Wärmeausdehnungskoeffi zient der Gegenelektrode 16 bzw. des Schafts 20. The base 21 can be formed in the manner of a bolt, which is in contact with a socket 24 via a heat emission surface 23. The heat release surface 23 can be, for example, a cylindrical surface, a conical surface or the like. It is preferably arranged concentrically to the heat absorption surface 22. A correspondingly shaped contact surface 25 of the holder 24 is assigned to the heat output surface 23. The diameter of the heat output surface 23 and the contact surface 25 are preferably matched to one another in such a way that the two surfaces 23, 25 are firmly in contact with one another. Preferably these form a transition fit. The heat release surface 23 and the contact surface 25 thus form fitting surfaces that rest against one another without any gaps in the assembled state. The heat release surface 23 and the contact surface 25 are preferably cylindrical surfaces. But you can also be designed as matching Kegelflä surfaces. Another way to achieve a gapless system between the heat dissipation surface 23 and the contact surface 25 is to produce the parts in question from materials that have a different coefficient of thermal expansion, in particular the base 21 has a greater coefficient of thermal expansion than the socket 24. In the warm In the state of the art, a press fit is created between the heat release surface 23 and the contact surface 25. The coefficient of thermal expansion of the mount 21 can also be smaller than the coefficient of thermal expansion of the counter electrode 16 or of the shaft 20.
[0029] Die Gegenelektrode 16 ist mit dem Sockel 21 elektrisch verbunden, der seinerseits mit der Fassung 24 elektrisch verbunden ist. Die Stromzuführung zu der Gegen elektrode 16 erfolgt über das Gehäuse 10, die Fassung 24 und den Sockel 21. The counter electrode 16 is electrically connected to the base 21, which in turn is electrically connected to the socket 24. Power is supplied to the counter electrode 16 via the housing 10, the socket 24 and the base 21.
[0030] An seinem von der Gegenelektrode 16 abliegenden Ende weist der Sockel 21 ein Gewinde 26 auf, das in ein entsprechendes Gewinde 27 der Fassung eingeschraubt ist. Auch die beiden Gewinde 26, 27 tragen zur Wärmeübertragung von dem Sockel 21 auf die Fassung 24 bei. At its end remote from the counter electrode 16, the base 21 has a thread 26 which is screwed into a corresponding thread 27 of the socket. The two threads 26, 27 also contribute to the transfer of heat from the base 21 to the socket 24.
[0031] Im Übergang zwischen dem Gewinde 26 und der Wär meabgabefläche 23 kann der Sockel 21 mit einer Schulter 28 versehen sein, die an einer entsprechenden Stufe der in der Fassung 24 vorgesehenen Aufnahmebohrung anliegt. Durch hier angeordnete Abstimmscheiben kann die Axialposition der Ge genelektrode 16 fein eingestellt werden. In the transition between the thread 26 and the heat transfer surface 23, the base 21 can be provided with a shoulder 28 which rests against a corresponding step of the receiving bore provided in the socket 24. Through here arranged adjusting disks, the axial position of the counter electrode 16 can be finely adjusted.
[0032] Die Fassung 24 enthält mindestens einen Kühlkanal 29, der sich in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Windungen 29a, 29b um die Aufnahmebohrung für den Sockel 21 schlingt. Der Kühlkanal 29 kann dabei einer Schraubenlinie folgen. Sein Zulauf 30 ist vorzugsweise mit dem von der Ge genelektrode 16 fernliegenden Ende der schraubenförmigen Windungen 29a, 29b des Kühlkanals 29 verbunden. Der Ablauf 31 ist vorzugsweise mit dem der Gegenelektrode 16 nahen En de des schraubenförmigen Kühlkanals 29 verbunden. Eine al ternative Anordnung ist jedoch möglich. The socket 24 contains at least one cooling channel 29 which loops around the receiving bore for the base 21 in at least one, preferably several turns 29a, 29b. The cooling channel 29 can follow a helical line. Its inlet 30 is preferably connected to the end of the helical turns 29 a, 29 b of the cooling channel 29 remote from the counter electrode 16. The outlet 31 is preferably connected to the end of the helical cooling channel 29 which is close to the counter electrode 16. However, an alternative arrangement is possible.
[0033] Der Kühlkanal 29 wird vorzugsweise von einem flüssigen Wärmeträgerfluid insbesondere Wasser durchströmt. Bevorzugt wird dabei entionisiertes Wasser, gegebenenfalls zur Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit mit einer Beimischung von Glykol. Damit ist der Kühlkreislauf elektrisch von der Gegenelektrode 16 trennbar. The cooling channel 29 is preferably flowed through by a liquid heat transfer fluid, in particular water. Deionized water is preferred, optionally with an admixture of glycol to reduce the electrical conductivity. The cooling circuit can thus be electrically separated from the counter electrode 16.
[0034] Wie Figur 4 zeigt, ist der Draht 15 mit einer Stromzufuhreinrichtung 32, beispielsweise in Form von Schleifkontakten oder ähnlichem, verbunden, die den Draht 15 elektrisch mit einer Lichtbogenstromquelle 33 verbinden. Diese ist vorzugsweise als Gleichspannungs- oder Gleich stromquelle ausgebildet, wobei ihr negativer Pol vorzugs weise mit der Gegenelektrode 16 verbunden ist, die somit für den Lichtbogen 17 die Kathode bildet. As FIG. 4 shows, the wire 15 is connected to a power supply device 32, for example in the form of sliding contacts or the like, which electrically connect the wire 15 to an arc power source 33. This is preferably designed as a direct voltage or direct current source, its negative pole preferably being connected to the counter electrode 16, which thus forms the cathode for the arc 17.
[0035] Der Kühlkanal 29 ist über einen Kühler 34 und ei ne Pumpe 35 zu einem Kühlkreislauf geschlossen. Die Kühl wirkung desselben kann fest eingestellt oder auch regulier bar sein. In dem in Figur 4 veranschaulichten Ausführungs beispiel wird die Regulierung der Kühlwirkung durch Rege- lung der Drehzahl der Pumpe 35 bewirkt. Eine dazu vorgese hene Steuereinrichtung 36 kann die Drehzahl der Pumpe 35 beispielsweise anhand der Temperatur der Gegenelektrode 16, anhand der Temperatur des Kühlmittels oder auch anhand elektrischer Größen regeln, die sich an dem Lichtbogen 17 ergeben. Dazu kann die Steuereinrichtung 36 den Lichtbogen strom und die Lichtbogenspannung erfassen, um daraus und anhand eines geeigneten Lichtbogenmodells den Kühlbedarf der Gegenelektrode 26 zu ermitteln. Zusätzlich oder alter nativ kann die Steuereinrichtung 36 mit der Lichtbogen stromquelle verbunden sein, um im einfachsten Fall synchron oder zeitversetzt zu der Lichtbogenstromquelle 32 ein- und ausgeschaltet zu werden. The cooling channel 29 is closed via a cooler 34 and a pump 35 to form a cooling circuit. The cooling effect of the same can be set permanently or also be adjustable bar. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4, the regulation of the cooling effect is development of the speed of the pump 35 causes. A control device 36 provided for this purpose can regulate the speed of the pump 35, for example based on the temperature of the counter electrode 16, based on the temperature of the coolant or also based on electrical variables that result from the arc 17. For this purpose, the control device 36 can detect the arc current and the arc voltage in order to determine the cooling requirement of the counter-electrode 26 therefrom and on the basis of a suitable arc model. Additionally or alternatively, the control device 36 can be connected to the arc current source in order to be switched on and off in the simplest case synchronously or with a time delay to the arc current source 32.
[0036] Der insoweit beschriebene Lichtbogenbrenner 10 und die ihm zugeordneten Elemente arbeiten wie folgt: The arc torch 10 described so far and the elements associated with it operate as follows:
[0037] In Betrieb wird zwischen dem stets zugeführten Draht 15 und der Gegenelektrode 16 die Lichtbogenspannung aufrechterhalten, wobei der Lichtbogen 17 mit dem nötigen von der Lichtbogenstromquelle 33 gelieferten Strom gespeist wird. Ein aus der Düse 18 entlassener Gasstrahl bläst dabei den Sprühstrahl 14 auf die Wandung 13. Zugleich rotiert der Lichtbogenbrenner um seine Achse 37 wobei er gegebenenfalls axial bewegt wird. Die als Kathode betriebene Gegenelektro de 16 heizt sich durch ohmsche Verluste sowie durch die Wirkung des Lichtbogens auf Temperaturen zwischen 2000°C und 3000°C auf und emittiert insbesondere an ihre Spitze Elektronen. Wie erwähnt kann das hier allgemein als „Kegel spitze 19" bezeichnete Ende der Gegenelektrode 16 zuge spitzt oder auch abgerundet oder abgeflacht ausgebildet sein. Ein Teil der vom Lichtbogen umgesetzten thermischen Leistung muss von der Gegenelektrode 16 abgeführt werden. Diese Wärme wird zunächst über die Wärmeaufnahmefläche 22 auf den Sockel und von diesem über die Wärmeabgabefläche 23 auf die Fassung 24 übertragen. Die Wärme wird dabei aus Sicht der Gegenelektrode 16 zunächst großräumig verteilt und kann über die erhebliche Länge des Kühlkanals 29 auf das Kühlmittel übertragen werden. Eine lokale Überhitzung, Dampfblasenbildung oder dergleichen ist ausgeschlossen. In operation, the arc voltage is maintained between the wire 15 that is always fed in and the counter electrode 16, the arc 17 being supplied with the necessary current supplied by the arc current source 33. A gas jet released from the nozzle 18 blows the spray jet 14 onto the wall 13. At the same time, the arc torch rotates about its axis 37, possibly being moved axially. The counterelectrode 16 operated as a cathode heats up due to ohmic losses and the effect of the arc to temperatures between 2000 ° C. and 3000 ° C. and emits electrons in particular at its tip. As mentioned, the end of the counter electrode 16, referred to here generally as "cone tip 19", can be pointed or rounded or flattened. Part of the thermal power converted by the arc must be dissipated by the counter electrode 16. This heat is first transferred via the heat-absorbing surface 22nd on the base and transferred from this via the heat emission surface 23 to the socket 24. From the point of view of the counter electrode 16, the heat is initially distributed over a large area and can be transferred to the coolant over the considerable length of the cooling channel 29. Local overheating, vapor bubble formation or the like is excluded.
[0038] Die Steuereinrichtung 36 kann dabei den Kühlpro zess regulieren um eine zu starke Kühlung der Gegenelektro de 16 ebenso zu verhindern wie eine zu geringe Kühlung der selben. The control device 36 can regulate the cooling process in order to prevent excessive cooling of the counterelectrode 16 as well as insufficient cooling of the same.
[0039] Figur 5 veranschaulicht eine abgewandelte Ausfüh rungsform des Sockels 21 und der Fassung 24 der Gegenelekt rode 16, für die die vorige Beschreibung unter Zugrundele gung gleicher Bezugszeichen unter Beachtung der nachfolgend erläuterten Besonderheiten entsprechend gilt: Figure 5 illustrates a modified embodiment of the base 21 and the socket 24 of the counter electrode 16, for which the previous description, based on the same reference numerals, taking into account the special features explained below applies accordingly:
[0040] Während der Kühlkanal 29 bei der Ausführungsform nach Figur 3 ausschließlich in der Fassung 24 verläuft, durchsetzt er bei der Ausführungsform nach Figur 5 sowohl die Fassung 24 als auch den Sockel 21. Dieser weist einen dem Kühlkanal 29 zugehörigen Innenraum 38 auf, der an dem von der Gegenelektrode weg liegenden Ende durch einen Stop fen 39 oder andere geeignete Mittel verschlossen ist. Der Innenraum 38 kommuniziert über eine Einlassbohrung 40 und mindestens eine Auslassbohrung 41 mit entsprechenden über Dichtungen abgedichteten Ringnuten der Fassung 24, die mit dem Zulauf 30 und dem Ablauf 31 kommunizieren. While the cooling channel 29 in the embodiment of Figure 3 runs exclusively in the socket 24, in the embodiment of Figure 5 it penetrates both the socket 24 and the base 21. This has a cooling channel 29 associated interior 38, which is closed at the end lying away from the counter electrode by a stop 39 or other suitable means. The interior 38 communicates via an inlet bore 40 and at least one outlet bore 41 with corresponding annular grooves of the holder 24, which are sealed by seals and which communicate with the inlet 30 and the outlet 31.
[0041] Die Gegenelektrode 16 ist in dem Sockel 21 ge fasst und kann Wärme über die Wärmeaufnahmefläche 22 an den Sockel 21 abgeben, der seinerseits über die Wärmeabgabeflä che 23 Wärme direkt auf das Kühlmittel übertragen kann. Die von der Kegelspitze 19 weg weisende Stirnfläche der Gegen- elektrode 16 kann mit dem Kühlmittel in Berührung stehen. Die Wärmeabgabefläche 23 bildet hier eine Wandung des In nenraums 38 und somit des Kühlmittelreservoirs. Zusätzlich kann die Gegenelektrode 16 mit ihrem Schaft 20 in den In nenraum 38 ragen und somit auch an Abschnitten ihrer Man telfläche in direkten Kontakt mit dem Kühlmittel treten. Jedoch ist die Gegenelektrode 16 auch bei dieser Ausfüh rungsform massiv ausgebildet und frei von Hohlräumen. The counter-electrode 16 is held in the base 21 and can give off heat via the heat-absorbing surface 22 to the base 21, which in turn can transfer heat directly to the coolant via the heat-dissipating surface 23. The end face of the counterpart pointing away from the cone tip 19 electrode 16 can be in contact with the coolant. The heat release surface 23 here forms a wall of the interior space 38 and thus of the coolant reservoir. In addition, the counter electrode 16 with its shaft 20 can protrude into the inner space 38 and thus also come into direct contact with the coolant at sections of its man face. However, in this embodiment too, the counter electrode 16 is solid and free of cavities.
[0042] Die erfindungsgemäße Lichtbogen-Drahtspritzein- richtung weist einen Lichtbogenbrenner 10 auf, der als Ano de einen stets zugeführten Draht 15 und als Kathode eine Gegenelektrode 16 aufweist, der ein Kühlkanal 29 zugeordnet ist. Dieser ist außerhalb der Gegenelektrode 16 angeordnet, die somit massiv und frei von Hohlräumen ausgebildet ist. Damit ist einerseits eine wirksame und über einen weiten Betriebsbereich funktionsfähige Kühlung der Gegenelektrode 16 geschaffen. The arc wire spraying device according to the invention has an arc burner 10, which has a wire 15 that is always supplied as an anode and a counter electrode 16 as a cathode, to which a cooling channel 29 is assigned. This is arranged outside of the counter electrode 16, which is thus solid and free of cavities. On the one hand, this creates an effective cooling of the counter electrode 16 that is functional over a wide operating range.
BezugsZeichen: Reference sign:
10 Lichtbogenbrenner 10 arc torches
11 Bohrung 11 bore
12 Werkstück 12 workpiece
13 Wandung der Bohrung 11 13 Wall of the bore 11
14 Spray 14 spray
15 Draht 15 wire
15a DrahtZufuhreinrichtung 15a wire feeder
16 Gegenelektrode 16 counter electrode
17 Lichtbogen 17 arc
18 Blasdüse 18 air nozzle
19 Kegelspitze 19 cone point
20 Schaft Sockel 20 shaft base
Wärmeaufnahmefläche Wärmeabgabefläche und Passfläche Fassung Heat absorption surface Heat emission surface and fitting surface socket
Anlagefläche und Passfläche Gewinde des Sockels Gewinde der Fassung Schulter Kühlkanal a, 29b Windungen des Kühlkanals 29 Contact surface and fitting surface thread of the base thread of the socket shoulder cooling channel a, 29b turns of the cooling channel 29
Zulauf Intake
Ablauf procedure
StromzufuhreinrichtungPower supply device
Lichtbogenstromquelle Arc power source
Kühler cooler
Pumpe pump
Steuereinrichtung Control device
Achse des Lichtbogenbrenners 10Arc torch axis 10
Innenraum inner space
Stopfen Plug
Einlassbohrung Inlet bore
Auslassbohrung Outlet hole

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung, mit einer DrahtZufuhreinrichtung (15a), die dazu ein gerichtet ist, einem Lichtbogenbrenner (10) Draht (15) zuzuführen, mit einer Stromzufuhreinrichtung (32), die mit dem Draht (15) in elektrischer Verbindung steht, mit einer Gegenelektrode (16), der ein Kühlkanal (29) mit einem Kühlmedium zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) außerhalb der Gegenelektrode (16) angeordnet ist. 1. Arc wire spraying device, with a wire feed device (15a) which is directed to an arc torch (10) feed wire (15), with a power feed device (32) which is in electrical connection with the wire (15) a counter electrode (16) to which a cooling channel (29) with a cooling medium is assigned, characterized in that the cooling channel (29) is arranged outside the counter electrode (16).
2. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (16) in einem Sockel (21) gefasst ist, der mit dem Kühlka nal (29) in wärmeübertragender Verbindung steht. 2. Arc wire spraying device according to claim 1, characterized in that the counter electrode (16) is held in a base (21) which is in heat-transferring connection with the Kühlka channel (29).
3. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (21) aus einem Wärme leitmaterial ausgebildet ist. 3. Arc wire spraying device according to claim 2, characterized in that the base (21) is formed from a heat conductive material.
4. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (21) eine mit der Gegenelektrode (16) in Berührung stehende Wär- meaufnahmefläche (22) sowie eine Wärmeabgabefläche (23) aufweist, die größer ist als die Wärmeaufnah mefläche (22). 4. Arc wire spraying device according to claim 2 or 3, characterized in that the base (21) has a with the counter electrode (16) in contact with heat has measuring surface (22) and a heat release surface (23) which is larger than the heat receiving surface (22).
5. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der An sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wär meabgabefläche (23) mittelbar oder unmittelbar mit in dem Kühlkanal (29) strömenden Kühlmedium in Wärmeaus tausch stehender Verbindung angeordnet ist. 5. arc wire spraying device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the heat output surface (23) is arranged directly or indirectly with in the cooling channel (29) flowing cooling medium in heat exchange standing connection.
6. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sockel (21) eine Fassung (24) zugeordnet ist, mit der der Sockel (21) lösbar verbunden ist. 6. Arc wire spraying device according to one of the preceding claims, characterized in that the base (21) is assigned a socket (24) with which the base (21) is detachably connected.
7. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) in der Fassung (24) angeordnet ist. 7. Arc wire spraying device according to claim 6, characterized in that the cooling channel (29) is arranged in the holder (24).
8. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) den Sockel (21) durchsetzend angeordnet ist. 8. Arc wire spraying device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (29) is arranged to penetrate the base (21).
9. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der An sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der So ckel (21) mit der Fassung (24) verschraubt angeordnet ist. 9. Arc wire spraying device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the base (21) is arranged screwed to the socket (24).
10. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der An sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der So ckel (21) eine Passfläche (23) aufweist, die einer Passfläche (25) der Fassung (24) zugeordnet ist. 10. Arc wire spraying device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the base (21) has a fitting surface (23) which is assigned to a fitting surface (25) of the socket (24).
11. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Passflächen (23, 25) des Sockels (21) und der Fassung (24) eine Über gangspassung bilden. 11. Arc wire spraying device according to claim 10, characterized in that the fitting surfaces (23, 25) of the base (21) and the socket (24) form a transition fit.
12. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (24) eine Aufnahmebohrung für den Sockel (21) aufweist und dass der Kühlkanal (29) um die Aufnahmebohrung herumführend angeordnet ist. 12. Arc wire spraying device according to claim 2 and 6, characterized in that the holder (24) has a receiving bore for the base (21) and that the cooling channel (29) is arranged leading around the receiving bore.
13. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) mehre re um die Aufnahmebohrung herumführende Windungen (29a, 29b) aufweist. 13. Arc wire spraying device according to claim 12, characterized in that the cooling channel (29) has several turns (29a, 29b) leading around the receiving bore.
14. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (16) aus Wolfram oder einer Wolframle gierung ausgebildet ist. 14. Arc wire spraying device according to one of the preceding claims, characterized in that the counter electrode (16) is formed from tungsten or a tungsten alloy.
15. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, der eine Reguliereinrichtung (36) aufweist, mittels derer die Kühlmitteltemperatur beeinflussbar ist. 15. Arc wire spraying device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (29) is connected to a cooling circuit which has a regulating device (36) by means of which the coolant temperature can be influenced.
16. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung nach einem der vor stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (29) mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, der eine Reguliereinrichtung (36) aufweist, mittels derer die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels beein flussbar ist. 16. Arc wire spraying device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling channel (29) is connected to a cooling circuit which has a regulating device (36) by means of which the flow rate of the coolant can be influenced.
17. Verfahren zur Kühlung einer als Kathode betriebenen nicht verbrauchbaren Gegenelektrode (16) eines Licht bogenbrenners (10), bei dem der Gegenelektrode über ein Kühlmittel Wärme entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsdichte des abzuleitenden Wärmeflusses von der Gegenelektrode (16) zu dem Kühlmittel reduziert wird, indem der Wärmefluss über eine Wärmeaufnahmefläche (22) in einen Sockel (21) und von diesem über eine Wärmeabgabefläche (23) auf das Kühlmittel geleitet wird, wobei der Flächenin halt der Wärmeabgabefläche (23) größer ist als der Flächeninhalt der Wärmeaufnahmefläche. 17. A method for cooling a non-consumable counter electrode (16) of an arc burner (10) operated as a cathode, in which heat is extracted from the counter electrode via a coolant, characterized in that the power density of the heat flow to be dissipated from the counter electrode (16) to the Coolant is reduced in that the heat flow is conducted via a heat absorption surface (22) into a base (21) and from this via a heat release surface (23) to the coolant, the surface area of the heat release surface (23) being greater than the surface area of the heat absorption surface .
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021113514A1 (en) 2021-05-26 2022-12-01 Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh Device and method for producing a metal spray

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1229882B (en) * 1958-12-31 1966-12-01 Gen Electric Arc spray gun
US5109150A (en) * 1987-03-24 1992-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Open-arc plasma wire spray method and apparatus
DE102009005078A1 (en) * 2009-01-16 2010-02-18 Daimler Ag Plasma spray assembly for automotive crankshaft bearing has a circular non-sacrificial electrode surrounded by electromagnetic coils
DE102009004581A1 (en) 2009-01-14 2010-07-15 Daimler Ag Spraying apparatus for arc wire spraying, comprises a wire-shaped consumable electrode, a non-consumable electrode, an energy source for producing and maintaining an arc between both electrodes, and a wire feed device
DE102015001138A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Linde Aktiengesellschaft Process for the layered production and / or coating of a workpiece

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH593754A5 (en) * 1976-01-15 1977-12-15 Castolin Sa
EP0351847A3 (en) * 1988-07-21 1991-03-20 Nippon Steel Corporation Modular segmented cathode plasma generator
DE19825555A1 (en) * 1998-06-08 1999-12-09 Plasma Scorpion Schneiden Und Arc plasma generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1229882B (en) * 1958-12-31 1966-12-01 Gen Electric Arc spray gun
US5109150A (en) * 1987-03-24 1992-04-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Open-arc plasma wire spray method and apparatus
DE102009004581A1 (en) 2009-01-14 2010-07-15 Daimler Ag Spraying apparatus for arc wire spraying, comprises a wire-shaped consumable electrode, a non-consumable electrode, an energy source for producing and maintaining an arc between both electrodes, and a wire feed device
DE102009005078A1 (en) * 2009-01-16 2010-02-18 Daimler Ag Plasma spray assembly for automotive crankshaft bearing has a circular non-sacrificial electrode surrounded by electromagnetic coils
DE102015001138A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Linde Aktiengesellschaft Process for the layered production and / or coating of a workpiece

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