WO2021140001A1

WO2021140001A1 - Lichtbogenbrenner mit einer elektrischen verbindungseinrichtung

Info

Publication number: WO2021140001A1
Application number: PCT/EP2020/086848
Authority: WO
Inventors: Steffen HEIDEMANN; Christian Weinmann; Werner Roth
Original assignee: Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2021-07-15
Also published as: DE102020100460A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner (11) für eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung (10). Der Lichtbogenbrenner (11) weist eine Drahtführungseinrichtung (33) zum Führen eines Drahtes (34) von einem Drahteinlass (35) zu einem Zerstäubungsbereich (28) auf. Über eine Prozessgasleiteinrichtung (25) kann Prozessgas von wenigstens einem Gaseinlass zum Zerstäubungsbereich (28) geleitet werden. Im Zerstäubungsbereich (28) wird der Draht durch Lichtbogenbildung aufgeschmolzen. Zur elektrischen Kontaktierung ist im Anschluss an den Zerstäubungsbereich eine Kontaktierungsanordnung (45) vorhanden. Die Kontaktierungsanordnung (45) hat mehrere im Wesentlichen radial zu einem Drahtende (40) des Drahtes bewegbar gelagerte Schleifkontakte (46). Die Schleifkontakte (46) werden durch eine Vorspanneinrichtung (47) in Richtung zum Drahtende (40) mit einer Vorspannkraft beaufschlagt.

Description

Lichtbogenbrenner mit einer elektrischen Verbindungsein- richtung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner für eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung. Der Lichtbogen- brenner bzw. die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung ist zum Beschichten eines Werkstücks mit einer metallischen Schicht eingerichtet, beispielsweise zur Beschichtung von Alumini- umwerkstücken mit einer Stahlschicht. Mittels des Lichtbo- genbrenners kann Beschichtungsmaterial zerstäubt und auf eine zu beschichtende Fläche des Werkstücks aufgespritzt werden. Das Beschichtungsmaterial wird in Form eines Drah- tes zugeführt, mittels eines Lichtbogens geschmolzen und durch ein Prozessgas zerstäubt und ausgestoßen.

[0002] EP 2941 320 Bl beschreibt eine Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung, bei der sich ein Lichtbogenbrenner um eine Drehachse dreht. Bei einem Lichtbogenbrenner wird ein Lichtbogen zwischen einem freien Ende eines zugeführten Drahtes und einer Kathode erzeugt. In diesem Bereich wird Drahtmaterial geschmolzen, durch ein Prozessgas zerstäubt und ausgestoßen. Zur elektrischen Kontaktierung des Drahtes ist eine elektrische Verbindungseinrichtung vorhanden, die einen Ring mit mehreren Kontaktstellen aufweist, der den Draht umschließt, wobei der Draht an den Kontaktstellen am Ring anliegt.

[0003] Ein Lichtbogenbrenner mit einem elektrischen Kon- takt zur Kontaktierung des zugeführten Drahtes ist außerdem aus DE 102009 004 581 Al bekannt.

[0004] Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Auf- gabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtbogenbrenner zu schaffen, der eine einfache und sichere elektrische Kontak- tierung eines zugeführten Drahtes ermöglicht.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Lichtbogenbrenner mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

[0006] Der erfindungsgemäße Lichtbogenbrenner weist ein Gehäuse mit einer Austrittsöffnung auf. Durch die Aus- trittsöffnung kann ein Gemisch aus einem Prozessgas mit da- rin enthaltenen Beschichtungsmaterialpartikeln zum Be- schichten einer Oberfläche eines Werkstücks ausgestoßen werden. Durch einen Lichtbogen wird ein Drahtende eines zu- geführten Drahtes im Zerstäubungsbereich geschmolzen. Das geschmolzene Beschichtungsmaterial wird in einem Zerstäu- bungsbereich mittels eines Prozessgases zerstäubt. Der Zer- stäubungsbereich ist mit der Austrittsöffnung strömungsver- bunden. Durch das zugeführte Prozessgas werden die zer- stäubten Beschichtungsmaterialpartikel aus der Austritts- öffnung ausgestoßen. Das austretende Prozessgas führt die Beschichtungsmaterialpartikeln mit, die nach im Aufprall auf der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks haften bleiben.

[0007] Der Draht wird im Lichtbogenbrenner mittels einer Drahtführungseinrichtung geführt. Die Drahtführungseinrich- tung ist dazu eingerichtet, den Draht von einem Drahtein- lass zum Zerstäubungsbereich zu führen.

[0008] Eine Prozessgasleiteinrichtung des Lichtbogen- brenners weist wenigstens einen Gaskanal auf, mittels dem das Prozessgas zugeführt und zum Zerstäubungsbereich gelei- tet wird.

[0009] Im Zerstäubungsbereich bildet das Drahtende des zugeführten Drahtes eine Elektrode, während in einer Axial- richtung, parallel zu einer Längsachse, mit Abstand ange- ordnet ist. Vorzugsweise bildet das Drahtende eine Anode und die weitere Elektrode eine Kathode.

[0010] Mittels einer elektrischen Verbindungseinrichtung kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Drahtende und einem elektrischen Anschluss hergestellt werden. Die elekt- rische Verbindungseinrichtung hat dazu eine Kontaktierungs- anordnung, die benachbart an den Zerstäubungsbereich ange- ordnet ist. Die Kontaktierungsanordnung weist mehrere be- weglich gelagerte Schleifkontakte auf, die mittels einer Vorspanneinrichtung gegen ein Drahtende des Drahtes ge- drängt werden. Das Drahtende erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Längsachse bis in den Zerstäubungsbereich. Ins- besondere ist die Kontaktierungsanordnung koaxial zur Längsachse angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungs- form kann sich der Draht innerhalb der gesamten Drahtfüh- rungseinrichtung vom Drahteinlass bis zu seinem freien Ende hin im Wesentlichen entlang der Längsachse erstrecken.

[0011] Mittels der gegen das Drahtende vorgespannten Schleifkontakte entsteht eine zuverlässige elektrische Ver- bindung mit dem Draht auch dann, wenn der Drahtquerschnitt von seiner idealen kreisrunden Form abweicht. Dadurch, dass die Schleifkontakte zum Draht hin mit einer Vorspannkraft beaufschlagt werden, ist die Gefahr verringert, dass ein Schleifkontakt einen Abstand gegenüber dem Drahtende auf- weist. Dies reduziert die Gefahr einer unerwünschten Licht- bogenbildung zwischen einem Schleifkontakt und dem Drahten- de.

[0012] Es ist vorteilhaft, wenn die Schleifkontakte an einem gemeinsamen Schleifkontaktkörper angeordnet sind. Der Schleifkontaktkörper kann integral ohne Naht- und Fügestel- le hergestellt sein. Der Schleifkontaktkörper besteht be- vorzugt aus einem metallischen Material, beispielsweise ei- ner metallischen Legierung.

[0013] Die Anzahl der Schleifkontakte kann variieren. Vorzugsweise sind die Schleifkontakte in einer Umfangsrich- tung um die Längsachse verteilt und insbesondere regelmäßig verteilt angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktierungsanordnung bzw. der Schleifkontakt- körper genau zwei Schleifkontakte auf, die sich bezüglich der Längsachse diametral gegenüberliegen. Bei einer weite- ren bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktierungsan- ordnung bzw. der Schleifkontaktkörper mehrere Paare von je- weils zwei sich diametral bezüglich der Längsachse gegen- überliegenden Schleifkontakten auf. Bei einer weiteren Aus- führungsform kann auch eine ungerade Anzahl von Schleifkon- takten vorhanden sein.

[0014] Es ist vorteilhaft, wenn der Schleifkontaktkörper einen hohlzylindrischen Basisteil aufweist, von dem sich jeder Schleifkontakt bis zu einem freien Ende erstreckt.

Das freie Ende jedes Schleifkontakts ist in einer Axial- richtung parallel zur Längsachse mit einem Abstand zum Ba- sisteil angeordnet. Jeder Schleifkontakt kann sich dabei zwischen dem Basisteil und dem freien Ende parallel zur Längsachse oder schräg geneigt zur Längsachse erstrecken. [0015] Die elektrische Verbindungseinrichtung weist ins- besondere ein elektrisch leitfähiges Bauteil auf, das zwi- schen dem elektrischen Anschluss und der Kontaktierungsan- ordnung und insbesondere dem Schleifkontaktkörper angeord- net ist. Dieses Bauteil kann beispielsweise durch eine elektrisch leitfähige Leitung, einen elektrisch leitfähigen Stab oder ein elektrisch leitfähiges Rohr gebildet sein.

Ein elektrisch leitfähiges Rohr ist bei einem Ausführungs- beispiel als Drahtführungsrohr ausgebildet, das auch Be- standteil der Drahtführungseinrichtung ist. Innerhalb des Drahtführungsrohres wird der zugeführte Draht vom Drahtein- lass zur Kontaktierungsanordnung geführt.

[0016] Im Anschluss an den Zerstäubungsbereich kann der Schleifkontaktkörper mechanisch und elektrisch mit dem Drahtführungsrohr verbunden sein. Vorzugsweise kann der Ba- sisteil hierzu einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der in das Drahtführungsrohr eingeführt und beispielsweise einge- steckt ist und insbesondere innen am Drahtführungsrohr an- liegt. Dadurch kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Schleifkontaktkörper und dem Drahtführungsrohr herge- stellt werden. Die mechanische Verbindung zwischen dem Schleifkontaktkörper und dem Drahtführungsrohr kann form- schlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder durch Haftvermittlung hergestellt sein.

[0017] Es ist außerdem vorteilhaft, wenn zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Längsachse unmittelbar benachbar- ten Schleifkontakten ein Schlitz vorhanden ist. Die Breite des Schlitzes in Umfangsrichtung kann kleiner sein als die Breite der Schleifkontakte in Umfangsrichtung. Durch die Schlitze ist eine Beweglichkeit der Schleifkontakte relativ zueinander hergestellt. Die Schleifkontakte können sich rechtwinklig oder radial oder schräg auf den Draht zu oder vom Draht weg bewegen.

[0018] Insbesondere sind die Schleifkontakte aufgrund einer elastischen Verformbarkeit jedes Schleifkontakts und/oder des Basisteils des Schleifkontaktkörpers relativ zur Längsachse bewegbar.

[0019] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorspanneinrichtung mehrere elastisch verformbare Vorspann- elemente auf. Jedem Schleifkontakt kann ein separates Vor- spannelement und insbesondere genau ein separates Vorspann- element zugeordnet sein. Dadurch kann jeder Schleifkontakt individuell und unabhängig von den anderen Schleifkontakten in Richtung zum Draht hin mit einer Vorspannkraft beauf- schlagt werden.

[0020] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorspanneinrichtung einen die Schleifkontakte in Umfangsrichtung vollständig umschließenden elastischen Spannkörper auf, beispielsweise eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, oder einen Ringkörper aus einem elas- tischen Material. Der Spannkörper kann in einer Umfangsnut angeordnet sein, wobei jeder Schleifkontakt einen Abschnitt der Umfangsnut aufweist.

[0021] Es ist vorteilhaft, wenn die Vorspannelemente an einem gemeinsamen Vorspannkörper angeordnet sind. Der Vor- spannkörper kann integral ohne Naht- und Fügestelle ausge- bildet sein. Er kann bei einem Ausführungsbeispiel ein Hülsenteil aufweisen, von dem aus sich jedes Vorspannele- ment bis zu einem Endabschnitt erstreckt. Der Endabschnitt ist in Axialrichtung parallel zur Längsachse mit Abstand zum Hülsenteil angeordnet.

[0022] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jedes Vorspannelement einen sich zwischen dem Hülsenteil und dem Endabschnitt schräg zur Längsachse geneigt erstre- ckenden Stegabschnitt auf. Insbesondere kann über den Steg- abschnitt eine elastische Federwirkung erzeugt werden. Vor- zugsweise steht der Stegabschnitt nicht in direktem Kontakt mit einem zugeordneten Schleifkontakt. Zwischen dem Stegab- schnitt und dem zugeordneten Schleifkontakt kann ein Frei- raum vorhanden sein. Mittels des Stegabschnitts kann der Endabschnitt des Vorspannelements durch eine aufgrund von elastischer Verformung erzeugter Kraft in Richtung zur Längsachse hin gedrängt werden. Es ist bevorzugt, wenn je- des Vorspannelement ausschließlich über den Endabschnitt am zugeordneten Schleifkontakt anliegt.

[0023] Vorteilhafterweise erstreckt sich der Endab- schnitt jedes Vorspannelements parallel zur Längsachse. In Umfangsrichtung um die Längsachse kann jeder Endabschnitt einen kreisbogenförmigen Verlauf aufweisen.

[0024] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwi- schen zwei in Umfangsrichtung um die Längsachse unmittelbar benachbarten Vorspannelementen ein Zwischenraum vorhanden. Die Breite dieses Zwischenraums ist insbesondere kleiner als die Breite der Vorspannelemente in Umfangsrichtung. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn in jeden Zwischenraum we- nigstens ein Schlitz oder genau ein Schlitz einmündet. Die Breite des Zwischenraums in Umfangsrichtung ist insbesonde- re mindestens so groß wie die Breite des in den Zwischen- raum mündenden Schlitzes. [0025] Der Lichtbogenbrenner kann eine stationäre Bau- gruppe sowie eine drehbare Baugruppe aufweisen. Die drehba- re Baugruppe kann mittels einer Drehlageranordnung drehbar um eine Drehachse gelagert sein, die vorzugsweise identisch ist mit der Längsachse. In dieser Ausführungsform kann die Drahtführungseinrichtung Bestandteil der stationären Bau- gruppe sein. Die Prozessgasleiteinrichtung und das Gehäuse können Bestandteile der drehbaren Baugruppe bilden.

[0026] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge- ben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschrei- bung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zei- gen:

[0027] Figur 1 eine schematisch, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung aufweisend eine Maschinenbaugruppe und einen sich entlang einer Drehachse erstreckenden Licht- bogenbrenner,

[0028] Figuren 2 und 3 jeweils eine schematische Prin- zipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Lichtbogen- brenners,

[0029] Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung des Lichtbogenbrenners aus den Figuren 1-3,

[0030] Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schleifkontaktkörpers der Kon- taktierungsanordnung aus Figur 4,

[0031] Figur 6 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanordnung des Lichtbogenbrenners gemäß der Figuren 1-3 und

[0032] Figur 7 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kontaktierungsanord- nung.

[0033] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausfüh- rungsbeispiels einer Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 aufweisend einen Lichtbogenbrenner 11 und eine Maschinen- baugruppe 12 veranschaulicht. Der Lichtbogenbrenner 11 stellt dabei das Beschichtungswerkzeug dar, um eine Ober- fläche 13 eines Werkstücks 14 zu beschichten. Der Lichtbo- genbrenner 11 weist eine um eine Drehachse D drehbar gela- gerte Baugruppe 15 sowie eine stationäre Baugruppe 16 auf. Die drehbare Baugruppe 15 kann beispielsweise mittels we- nigstens eines Lagers 17 drehbar an der stationären Bau- gruppe 16 gelagert sein. Wie es beispielhaft in Figur 2 veranschaulicht ist, können bei einem Ausführungsbeispiel zwei in einer Axialrichtung A parallel zur Drehachse mit Abstand angeordnete Lager 17 vorhanden sein. Jedes Lager 17 kann als Gleitlager oder Wälzlager ausgebildet sein.

[0034] Der Lichtbogenbrenner 11 ist lösbar an der Ma- schinenbaugruppe 12 angeordnet. Zum Herstellen und Trennen der lösbaren Verbindung dient eine Kopplungseinrichtung 18. Die Kopplungseinrichtung 18 hat maschinenseitig einen dreh- bar um die Drehachse D antreibbaren Teil, der mittels einer Antriebseinheit 19 drehend angetrieben werden kann. Dieser drehend antreibbare maschinenseitige Teil der Kopplungsein- richtung 18 kann drehfest mit der drehbaren Baugruppe 15 gekoppelt werden, dass diese mittels der Antriebseinheit 19 um die Drehachse D drehend angetrieben werden kann.

[0035] Die drehbare Baugruppe 15 des Lichtbogenbrenners 11 weist ein Gehäuse 23 mit einer Austrittsöffnung 24 und eine Prozessgasleiteinrichtung 25 auf. Die Prozessgasleit- einrichtung 25 ist stark schematisiert in Figur 3 veran- schaulicht und dient dazu, ein Prozessgas G über wenigstens einen Gaskanal und beispielsgemäß über einen Primärgaskanal 26 sowie einen Sekundärgaskanal 27 zu einem Zerstäubungsbe- reich 28 im Gehäuse 23 zu leiten. Der Zerstäubungsbereich 28 ist fluidisch mit der Austrittsöffnung 24 des Gehäuses 23 verbunden.

[0036] Innerhalb des Gehäuses 23 kann außerdem eine Kühlkanalanordnung 29 vorhanden sein, um den Lichtbogen- brenner bzw. Bestandteile davon zu kühlen. Die Kühlkanalan- ordnung 29 kann am Gehäuse 23 einen Kühlkanalzulauf und ei- nen Kühlkanalablauf aufweisen, um ein Kühlmittel K in die Kühlkanalanordnung 29 einzuleiten bzw. abzuleiten.

[0037] Die stationäre Baugruppe 16 weist eine Drahtfüh- rungseinrichtung 33 auf, um einen Draht 34 von einem Draht- einlass 35 zum Zerstäubungsbereich 28 zu führen. Beim Aus- führungsbeispiel erstreckt sich dazu ein Drahtführungsrohr 36 vom Drahteinlass 35 bis in die Nähe des Zerstäubungsbe- reichs 28. Am Außenumfang des Drahtführungsrohrs 36 stützt sich die drehbare Baugruppe 15 mittels des wenigstens einen Lagers 17 um die Drehachse D drehbar ab. Das Drahtführungs- rohr 36 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet.

[0038] Über die Maschinenbaugruppe 12 werden dem mittels der Kopplungseinrichtung 18 angeschlossenen Lichtbogenbren- ner 11 Prozessgas G, Kühlmittel K und der Draht 34 zuge- führt. Außerdem kann der Lichtbogenbrenner 11 elektrisch mit der Maschinenbaugruppe 12 verbunden sein. ,um elektri- sche Energie und/oder Steuersignale zum Lichtbogenbrenner und/oder Messsignale vom Lichtbogenbrenner 11 zu übertra- gen. Im Zerstäubungsbereich 28 wird ein Drahtende des Drah- tes 34 geschmolzen und durch das Prozessgas G zerstäubt.

Das Prozessgas G strömt aus dem Zerstäubungsbereich 28 durch die Austrittsöffnung 24 aus und führt dabei Partikel des geschmolzenen Drahtes 34 als Beschichtungsmaterialpar- tikel mit. Diese treffen auf die zu beschichtende Oberflä- che 13 des Werkstücks 14 auf und bleiben dort haften.

[0039] Durch eine Drehbewegung der drehbaren Baugruppe 15 um die Drehachse D rotiert die Austrittsöffnung 24 eben- falls um die Drehachse D. Dabei kann überlagert eine Rela- tivbewegung zwischen dem Lichtbogenbrenner 11 und dem Werk- stück 14 in Axialrichtung A erzeugt werden, so dass bei- spielsweise eine Innenfläche einer zylindrischen Ausnehmung eines Werkstücks 14 beschichtet werden kann.

[0040] Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbei- spiel erstreckt sich der Primärgaskanal 26 durch das Gehäu- se 23 mit Abstand zur Drehachse D. Der Sekundärgaskanal 27 kann als Ringkanal zwischen dem Gehäuse 23 und dem Draht- führungsrohr 36 ausgebildet sein. An der Innenseite des Ge- häuses 23 können nutförmige Axialaussparungen 37 auf Höhe des im Sekundärgaskanal 27 angeordneten Lagers 17 vorhanden sein, um eine Gasströmung durch den Sekundärgaskanal 27 um das betreffende Lager 17 zu ermöglichen (Figuren 2 und 3).

[0041] Der Lichtbogenbrenner 11 weist im Zerstäubungsbe- reich 28 zwei sich mit Abstand gegenüberliegende Elektroden auf, wobei das dem Zerstäubungsbereich 28 zugeordnete Drah- tende 40 eine Anode 41 bildet und eine Kathode 42 in Axial- richtung A mit Abstand zur Anode 41 am Gehäuse 23 angeord- net ist.

[0042] Eine elektrische Verbindungseinrichtung 43 des Lichtbogenbrenners 11 ist dazu eingerichtet, eine elektri- sche Verbindung zwischen einem ersten elektrischen An- schluss 44a und dem Drahtende 40 bzw. der Anode 41 herzu- stellen (Figur 3). Die elektrische Verbindungseinrichtung 43 weist hierzu eine benachbart zum Zerstäubungsbereich 28 angeordnete Kontaktierungsanordnung 45 auf. Die Kontaktie- rungsanordnung 45 ist beispielsgemäß mechanisch und elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 36 verbunden. Das Drahtführungsrohr 36 ist teilweise oder vollständig elektrisch leitfähig und stellt beispielsgemäß eine elekt- rische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen An- schluss 44a und der Kontaktierungsanordnung 45 bereit. Die Kontaktierungsanordnung 45 besteht beispielsgemäß aus elektrisch leitfähigem Material. Sie hat mehrere Schleif- kontakte 46, die relativ zum Drahtende 40 beweglich gela- gert sind und mittels einer Vorspanneinrichtung 47 gegen das Drahtende 40 gedrängt werden. Das Drahtende 40 er- streckt sich entlang einer Längsachse L, die beim Ausfüh- rungsbeispiel mit der Drehachse D zusammenfällt. Der im Drahtführungsrohr 36 geführte Draht 34 kann sich zwischen der Kontaktierungsanordnung 45 und dem Drahteinlass 35 ebenfalls im Wesentlichen entlang der Längsachse L erstre- cken.

[0043] Der Lichtbogenbrenner 11 hat einen zweiten elektrischen Anschluss 44b. Der zweite elektrische An- schluss 44b kann beispielsweise über einen elektrisch leit- fähigen Bestandteil des Gehäuses 23 oder durch eine elekt- rische Leitung am oder im Gehäuse 23 mit der Kathode 42 verbunden sein. Über eine externe Spannungsquelle kann eine Spannung V zwischen den ersten elektrischen Anschluss 44a und den zweiten elektrischen Anschluss 44b angelegt werden, so dass im Zerstäubungsbereich 28 ein Lichtbogen zwischen der Anode 41 (Drahtende 40) und der Kathode 42 gebildet wird. Mittels des Lichtbogens wird Material am Drahtende 40 geschmolzen und durch das in den Zerstäubungsbereich 28 einströmende Prozessgas G mitgenommen und über die Aus- trittsöffnung 24 ausgestoßen.

[0044] Als Prozessgas G kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden.

[0045] Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Vorspanneinrichtung 47 separat von den Schleifkon- takten 46 ausgebildet. Ausführungsbeispiele der Vorspan- neinrichtung 47 sind in den Figuren 4, 6 und 7 veranschau- licht. Der Aufbau der beispielsgemäßen Vorspanneinrichtun- gen 47 wird später näher erläutert. Jedenfalls ist die Vor- spanneinrichtung 47 dazu eingerichtet, die Schleifkontakte 46 zum Drahtende 40 bzw. zur Längsachse L zu drängen und dadurch eine Anlage zwischen den Schleifkontakten 46 und dem Drahtende 40 zu bewirken.

[0046] Anhand der Figuren 4 und 5 wird zunächst ein Aus- führungsbeispiel einer Schleifkontaktanordnung mit mehreren Schleifkontakten 46 beschrieben. Die Schleifkontakte 46 sind vorzugsweise an einem gemeinsamen Schleifkontaktkörper 48 angeordnet. Der Schleifkontaktkörper 48 ist beim Ausfüh- rungsbeispiel integral ohne Naht- und Fügestelle herge- stellt. Er kann aus einem Metall oder einer metallischen Legierung bestehen, die elektrisch leitfähig ist.

[0047] Der Schleifkontaktkörper 48 hat einen Basisteil 49 ausgehend von dem sich die mehreren Schleifkontakte 46 weg zu jeweils einem freien Ende 50 erstrecken. Die Schleifkontakte 46 sind in Umfangsrichtung U um die Längs- achse L verteilt und beispielsgemäß regelmäßig verteilt an- geordnet. Zwei in Umfangsrichtung U unmittelbar benachbarte Schleifkontakte 46 sind durch einen Schlitz 51 voneinander getrennt. Der Schlitz 51 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene, die entlang der Längsachse L verläuft und sozusagen durch die Axialrichtung A und eine Richtung radi- al zur Längsachse L aufgespannt ist. Schlitz 51 mündet in einen im Wesentlichen zylindrischen Innenbereich, entlang dem sich der Draht 34 bzw. das Drahtende 40 erstreckt, an dem die Schleifkontakte 46 anliegen. Angrenzend an diesen Innenbereich und/oder an ihrer dem Innenbereich entgegenge- setzten Außenseite hat jeder Schleifkontakt 46 beispielsge- mäß eine Außenfläche, die auf einer Zylindermantelfläche um die Längsachse L angeordnet ist. Insbesondere durch eine kreisbogenförmige konkave Außenfläche kann die Kontaktflä- che des Schleifkontakts 46 mit dem Drahtende 40 maximiert werden. Diese Außenflächen der Schleifkontakte 46 können alternativ auch andere Formen aufweisen.

[0048] Im Anschluss an den Basisteil 49 hat jeder Schleifkontakt 46 einen sich im Wesentlichen in Axialrich- tung A erstreckenden Abschnitt mit einem ungefähr trapez- förmigen Querschnitt. Bei dem hier veranschaulichten Aus- führungsbeispiel hat jeder Schleifkontakt 46 außerdem eine Schrägfläche 52, die sich geneigt zur Längsachse L er- streckt, wodurch sich jeder Schleifkontakt 46 verjüngt. Die Schrägflachen 52 sämtlicher Schleifkontakte 46 liegen vor- zugsweise auf einer Mantelfläche eines Kegelstumpfs.

[0049] Der Basisteil 49 ist beim Ausführungsbeispiel zu- mindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet. Auf der den freien Enden 50 der Schleifkontakte 46 entgegengesetz- ten Axialseite hat der Basisteil 49 einen Verbindungsab- schnitt 53, der dazu eingerichtet ist, in das Drahtfüh- rungsrohr 36 eingeführt, beispielsweise eingesteckt zu wer- den und am Drahtführungsrohr 36 anzuliegen. Dadurch kann ein elektrischer Kontakt zwischen dem Schleifkontaktkörper 48 und dem Drahtführungsrohr 36 hergestellt werden. Zusätz- lich oder alternativ kann zwischen dem Verbindungsabschnitt 53 und dem Drahtführungsrohr 36 eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden. Zu- sätzlich oder alternativ kann die mechanische Verbindung zwischen dem Schleifkontaktkörper 48 und dem Drahtführungs- rohr 36 durch mechanische Befestigungsmittel, beispielswei- se Schrauben, Rastverbindungsmittel oder dergleichen und/oder eine Haftvermittlung unter Verwendung eines Kleb- stoffs hergestellt werden.

[0050] Zusätzlich oder alternativ kann am Verbindungsab- schnitt 53 ein Außengewinde vorgesehen sein, das in ein In- nengewinde am Drahtführungsrohr 36 eingeschraubt werden kann.

[0051] Der Basisteil 49 des Schleifkontaktkörpers 48 hat außerdem wenigstens einen Anschlag 54, der eine axiale Re- lativposition zwischen dem Schleifkontaktkörper 48 und dem Drahtführungsrohr 36 definiert. Der wenigstens eine An- schlag 54 kann beispielsweise durch einen Ringflansch des Basisteils 49 gebildet sein. Der Außendurchmesser des Ring- flansches 55 kann dem Außendurchmesser des Drahtführungs- rohrs entsprechen. Die den Schleifkontakten 46 abgewandte Fläche des Ringflansches 55 liegt im montierten Zustand beispielsgemäß an der Stirnseite des Drahtführungsrohres 36 an. Dadurch ist eine weitere mechanische und elektrische Kontaktfläche zwischen dem Schleifkontaktkörper 48 und dem Drahtführungsrohr 36 bereitgestellt.

[0052] In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel kann der wenigstens eine Anschlag 54 auch durch andere radial zur Längsachse L über die Außenfläche des Verbindungsabschnitts 53 hinausragende Elemente gebildet sein. Eine in Umfangs- richtung U durchgängige Ausführung ist nicht zwingend er- forderlich .

[0053] Der Basisteil 49 hat außerdem einen Halteab- schnitt 56, der sich an den wenigstens einen Anschlag 54 bzw. den Ringflansch 55 anschließt. Der Halteabschnitt 56 ist auf der dem Verbindungsabschnitt 53 entgegengesetzten Axialseite des wenigstens einen Anschlags 54 bzw. des Ring- flansches 55 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel schließt sich der Halteabschnitt 56 unmittelbar an den Ringflansch 55 an. Er hat eine Außenfläche, die sich koaxial zur Längs- achse L erstreckt.

[0054] Der Halteabschnitt 56 ist dazu eingerichtet, ei- nen Vorspannkörper 60 auf dem Schleifkontaktkörper 48 anzu- ordnen. Der Vorspannkörper 60 bildet bei dem hier beschrie- benen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Vorspanneinrich- tung 47. Er weist einen hohlzylindrischen Hülsenteil 61 auf, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außen- durchmesser des Halteabschnitts 56 des Schleifkontaktkör- pers 48 entspricht, so dass der Vorspannkörper 60 mit dem Hülsenteil 61 auf den Halteabschnitt 56 gesteckt werden kann. Alternativ könnte der Halteabschnitt 56 auch ein Ge- winde aufweisen, auf das das Hülsenteil mit einem zugeord- neten Innengewinde geschraubt werden könnte. Eine Stirnsei- te des Hülsenteils 61 kann dabei zur Anlage mit dem Ring- flansch 55 bzw. dem wenigstens einen Anschlag 54 gelangen. Die axiale Länge des Halteabschnitts 56 kann in etwa der axialen Länge des Hülsenteils 61 entsprechen.

[0055] Von dem Hülsenteil 61 ragen mehrere Vorspannele- mente 62 des Vorspannkörpers 60 weg. Die Vorspannelemente 62 sind in Umfangsrichtung U um die Längsachse L verteilt und beispielsgemäß regelmäßig verteilt angeordnet. Zwischen zwei in Umfangsrichtung U unmittelbar benachbarten Vorspan- nelementen 62 ist ein Zwischenraum 63 vorhanden, der die beiden Vorspannelemente 62 voneinander trennt. Die Breite des Zwischenraums 63 in Umfangsrichtung U ist bevorzugt ma- ximal so groß wie oder kleiner als die Breite der Vorspann- elemente 62 in Umfangsrichtung U.

[0056] Jedes Vorspannelement 62 hat einen sich an den Hülsenteil 61 anschließenden Stegabschnitt 64 sowie einen sich an den Stegabschnitt 64 anschließenden Endabschnitt 65. Die Endabschnitte 65 sind in Axialrichtung A mit Ab- stand zum Hülsenteil 61 angeordnet.

[0057] Die Anzahl der Vorspannelemente 62 entspricht beim Ausführungsbeispiel der Anzahl der Schleifkontakte 46. Jedem Schleifkontakt 46 ist ein Vorspannelement 62 zugeord- net, das den zugehörigen Schleifkontakt 46 von radial außen mit einer Vorspannkraft beaufschlagt und den Schleifkontakt 46 zum Drahtende 40 bzw. zur Längsachse L hin drängt. Dadurch kann eine sichere Anlage zwischen dem Schleifkon- takt 46 und dem Drahtende 40 gewährleistet werden. Entspre- chend der Anzahl der Schleifkontakte 46 kann auch die An- zahl der Vorspannelemente 62 variieren. Beim Ausführungs- beispiel gemäß der Figuren 4 und 5 sind mehrere und bei- spielsgemäß vier Paare von sich jeweils diametral gegen- überliegenden Schleifkontakten 46 und/oder Vorspannelemen- ten 62 vorhanden. Die Anzahl dieser Paare kann variieren.

In Abwandlung hierzu ist es auch möglich, eine ungerade An- zahl an Schleifkontakten 46 und/oder Vorspannelementen 62 zu realisieren.

[0058] Bei dem in Figur 6 veranschaulichten Ausführungs- beispiel der Kontaktierungsanordnung 45 sind genau zwei Schleifkontakte 46 und genau zwei Vorspannelemente 62 vor- handen.

[0059] Wie es insbesondere anhand der Darstellung in Fi- gur 6 zu erkennen ist, liegen die Stegabschnitte 64 der Vorspannelemente 62 nicht unmittelbar am zugeordneten Schleifkontakt 46 an, sondern es ist vielmehr ein Freiraum 66 zwischen der der Längsachse L zugewandten Innenfläche des Stegabschnitts 64 und der von der Längsachse L abge- wandten Außenfläche des zugeordneten Schleifkontakts 46 vorhanden. Die radiale Dimension dieses Freiraums 66 kann sich ausgehend von dem Hülsenteil 61 in Richtung zum Endab- schnitt 65 verringern. Der Stegabschnitt 64 kann sich aus- gehend vom Hülsenteil 61 zum Endabschnitt 65 hin schräg ge- neigt zur Längsachse L erstrecken, so dass er sich bei sei- ner Erstreckung vom Hülsenteil 61 weg an die Längsachse L annähert.

[0060] Mit dem Endabschnitt 65 liegt jedes Vorspannele- ment 62 am zugeordneten Schleifkontakt 46 an. Der Endab- schnitt 65 erstreckt sich dazu vorzugsweise in Axialrich- tung A. In seiner Erstreckung in Umfangsrichtung U kann je- der Endabschnitt 65 einen kreisbogenförmigen Verlauf auf- weisen. Die Wandstärke des Endabschnitts 65 kann gegenüber dem sich anschließenden Stegabschnitt 64 größer sein.

[0061] Über den Stegabschnitt 64 wird der jeweils daran anschließende Endabschnitt 65 federelastisch schwenkbar am Hülsenteil 61 gelagert. Bei montiertem Zustand des Vor- spannkörpers 60 werden die Vorspannelemente 62 aus ihrer Ruhelage heraus ausgelenkt und liegen mit einer radial nach innen auf die Längsachse L zu wirkenden Vorspannkraft an den Schleifkontakten 46 an. Die Vorspannelemente 62 bilden sozusagen Federzungen.

[0062] Die Schlitze 51 zwischen den Schleifkontakten 46 haben beim Ausführungsbeispiel eine Breite in Umfangsrich- tung U, die geringer ist als die minimale Breite und zumin- dest die maximale Breite der Schleifkontakte 46.

[0063] Die Zwischenräume 63 zwischen den Vorspannelemen- ten 62 haben in Umfangsrichtung U um die Längsachse L vor- zugsweise eine Breite, die kleiner ist als die minimale Breite und zumindest die maximale Breite der Vorspannele- mente 62. Die Breite der Zwischenräume 63 in Umfangsrich- tung U ist insbesondere mindestens so groß wie oder größer als die Breite der Schlitze 51 in Umfangsrichtung U. In je- den Zwischenraum 63 mündet beispielsgemäß ein Schlitz 51.

[0064] Bei der in Figur 7 dargestellten weiteren Ausfüh- rungsform weist die Vorspanneinrichtung 47 einen die Schleifkontakte 46 in Umfangsrichtung U umschließenden elastischen Spannkörper 67 auf, beispielsweise eine Schrau- benfeder 68. Der Spannkörper 67 bzw. die Schraubenfeder 68 ist ringförmig. Die Schraubenfeder 68 ist in einer Umfangs- nut 69 benachbart zu den freien Enden der Schleifkontakte 46 und beispielsgemäß benachbart zu den Schrägflächen 52 angeordnet. Dabei weist jeder Schleifkontakt 46 einen Ab- schnitt der Umfangsnut 69 auf, die durch die Schlitze 51 zwischen den Schleifkontakten 46 unterbrochen ist.

[0065] In Figur 2 ist außerdem schematisch eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Lichtbogenbrenners 11 veran- schaulicht. Mittels einer Sicherungseinrichtung 70 kann ei- ne Relativdrehung zwischen der drehbaren Baugruppe 15 und der stationären Baugruppe 16 verhindert werden, wenn sich die Sicherungseinrichtung 70 in dem in Figur 2 veranschau- lichten Sicherungszustand befindet. In dem Sicherungszu- stand stehen ein Sicherungselement 71 der drehbaren Bau- gruppe 15 und ein Gegenelement 72 der stationären Baugruppe 16 in Eingriff, so dass eine Relativdrehung um die Drehach- se D bzw. die Längsachse L unterbunden wird. Das Siche- rungselement 71 wird in die Sicherungsstellung vorgespannt und kann aus der Sicherungsstellung heraus bewegt werden, beispielsweise durch eine Verschiebung in Axialrichtung A, wie es durch den Pfeil P in Figur 2 veranschaulicht ist. Dadurch ist es möglich, die Sicherungseinrichtung 70 von dem in Figur 2 veranschaulichten Sicherungszustand in einen Freigabezustand umzuschalten, so dass eine Relativdrehung zwischen der drehbaren Baugruppe 15 und der stationären Baugruppe 16 ermöglicht wird. Das Umschalten in den Freiga- bezustand kann automatisch beim Herstellen der mechanischen Verbindung mit der Maschinenbaugruppe 12 erfolgen.

[0066] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner 11 für eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10. Der Lichtbo- genbrenner 11 weist eine Drahtführungseinrichtung 33 zum Führen eines Drahtes 34 von einem Drahteinlass 35 zu einem Zerstäubungsbereich 28 auf. Über eine Prozessgasleitein- richtung 25 kann Prozessgas von wenigstens einem Gaseinlass zum Zerstäubungsbereich 28 geleitet werden. Im Zerstäu- bungsbereich 28 wird der Draht durch Lichtbogenbildung auf- geschmolzen. Zur elektrischen Kontaktierung ist im An- schluss an den Zerstäubungsbereich eine Kontaktierungsan- ordnung 45 vorhanden. Die Kontaktierungsanordnung 45 hat mehrere im Wesentlichen radial zu einem Drahtende 40 des Drahtes bewegbar gelagerte Schleifkontakte 46. Die Schleif- kontakte 46 werden durch eine Vorspanneinrichtung 47 in Richtung zum Drahtende 40 mit einer Vorspannkraft beauf- schlagt.

Bezugszeichenliste :

10 Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung

11 Lichtbogenbrenner

12 Maschinenbaugruppe

13 Oberfläche des Werkstücks

14 Werkstück

15 drehbare Baugruppe

16 stationäre Baugruppe

17 Lager

18 Kopplungseinrichtung

19 Antriebseinheit

23 Gehäuse

24 Austrittsöffnung

25 Prozessgasleiteinrichtung

26 Primärgaskanal

27 Sekundärgaskanal

28 Zerstäubungsbereich

29 Kühlkanalanordnung

33 Drahtführungseinrichtung

34 Draht

35 Drahteinlass

36 Drahtführungsrohr

37 Axialaussparung

40 Drahtende des Drahtes

41 Anode

42 Kathode

43 elektrische Verbindungseinrichtung 44a erster elektrischer Anschluss 44b Zweiter elektrischer Anschluss

45 Kontaktierungsanordnung

46 Schleifkontakt

47 Vorspanneinrichtung

48 Schleifkontaktkörper

49 Basisteil

50 freies Ende des Schleifkontakts

51 Schlitz

52 Schrägfläche

53 Verbindungsabschnitt

54 Anschlag

55 Ringflansch

56 Halteabschnitt

60 Vorspannkörper

61 Hülsenteil

62 Vorspannelement

63 Zwischenraum

64 Stegabschnitt

65 Endabschnitt

66 Freiraum

67 Spannkörper

68 Schraubenfeder

69 Umfangsnut

70 Sicherungseinrichtung

71 Sicherungselernent

72 Gegenelement

A Axialrichtung

D Drehachse

L Längsachse

P Pfeil U Umfangsrichtung

V Spannung

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenbrenner (11) aufweisend:

- ein Gehäuse (23) mit einer Austrittsöffnung (24),

- eine Prozessgasleiteinrichtung (25), die wenigstens einen Gaskanal (26, 27) aufweist und dazu eingerichtet ist, ein Prozessgas (G) von wenigstens einem Gaseinlass zu einem Zerstäubungsbereich (28) zu leiten, der mit der Austrittsöffnung (24) strömungsverbunden ist,

- eine Drahtführungseinrichtung (33), die dazu einge- richtet ist, einen Draht (34) von einem Drahteinlass (35) zum Zerstäubungsbereich (28) zu führen,

- eine elektrische Verbindungseinrichtung (43), die da- zu eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zwi- schen einem elektrischen Anschluss (44a) und dem Draht (34) herzustellen, wobei die Verbindungseinrichtung (43) eine Kontaktierungsanordnung (45) aufweist, die benachbart zum Zerstäubungsbereich (28) angeordnet ist und die mehrere beweglich gelagerte Schleifkontakte (46) aufweist, die durch eine Vorspanneinrichtung (47) gegen ein Drahtende (40) des Drahtes (34) gedrängt wer- den, das sich entlang einer Längsachse (L) erstreckt.

2. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontakte (46) an einem gemeinsamen Schleifkontaktkörper (48) angeord- net sind.

3. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontaktkörper (48) integral ausgebildet ist.

4. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontaktkörper (48) einen hohlzylindrischen Basisteil (49) aufweist, von dem sich jeder Schleifkontakt (46) bis zu einem freien Ende (50) hin erstreckt, das in einer Axialrich- tung (A) parallel zur Längsachse (L) mit Abstand zum Basisteil (49) angeordnet ist.

5. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbin- dungseinrichtung (43) ein elektrisch leitfähiges Draht- führungsrohr (36) aufweist, das Bestandteil der Draht- führungseinrichtung (33) ist.

6. Lichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontaktkörper (46) mechanisch und elektrisch mit dem Drahtführungs- rohr (36) verbunden ist.

7. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 4 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (49) einen Verbindungsabschnitt (53) aufweist, der in das Draht- führungsrohr (36) eingesetzt ist.

8. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Umfangs- richtung (U) um die Längsachse (L) unmittelbar benach- barten Schleifkontakten (46) ein Schlitz (51) vorhanden ist, dessen Breite in Umfangsrichtung (U) kleiner ist als die Breite der Schleifkontakte (46) in Umfangsrich- tung (U).

9. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (47) mehrere elastisch verformbare Vorspannelemente (62) aufweist.

10. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schleifkontakt (46) ein separates Vorspannelement (62) zugeordnet ist.

11. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannelemente (62) an einem gemeinsamen Vorspannkörper (60) angeordnet sind.

12. Lichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannkörper (60) ein Hülsenteil (61) aufweist, von dem aus sich jedes Vorspannelement (62) bis zu einem Endabschnitt (65) er- streckt, der in einer Axialrichtung (A) parallel zur Längsachse (L) mit Abstand zum Hülsenteil (61) angeord- net ist.

13. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Vorspannelement (62) einen sich zwischen dem Hülsenteil (61) und dem Endab- schnitt (65) schräg zur Längsachse (L) geneigt erstre- ckenden Stegabschnitt (64) aufweist.

14. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Endabschnitt (65) jedes Vorspannelements (62) parallel zur Längsachse (L) erstreckt.

15. Lichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei in Umfangs- richtung (U) um die Längsachse (L) unmittelbar benach- barten Vorspannelementen (62) ein Zwischenraum (63) vorhanden ist, dessen Breite in Umfangsrichtung (U) kleiner ist als die Breite der Vorspannelemente (62) in Umfangsrichtung (U).

16. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung einen die Schleifkontakte (46) in Umfangsrichtung (U) umschließenden elastischen Spannkörper (67) aufweist.

17. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgasleiteinrich- tung (25) und das Gehäuse (23) Bestandteile einer dreh- baren Baugruppe (15) sind, die drehbar um eine Drehach- se (D) gelagert ist.

18. Lichtbogenbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungseinrich- tung (33) Bestandteil einer stationären Baugruppe (16) ist.