EP1980328A2 - Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen - Google Patents

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EP1980328A2
EP1980328A2 EP08006774A EP08006774A EP1980328A2 EP 1980328 A2 EP1980328 A2 EP 1980328A2 EP 08006774 A EP08006774 A EP 08006774A EP 08006774 A EP08006774 A EP 08006774A EP 1980328 A2 EP1980328 A2 EP 1980328A2
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EP
European Patent Office
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distributor disc
spray
coating
distributor
hollow body
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EP08006774A
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English (en)
French (fr)
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EP1980328B1 (de
EP1980328A3 (de
Inventor
Wolfram Dr. Wagener
Emil Schreier
Franz Bayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moll Maschinenbau GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Moll Maschinenbau GmbH
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP1980328A3 publication Critical patent/EP1980328A3/de
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/224—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like
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    • B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0627—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B14/00—Arrangements for collecting, re-using or eliminating excess spraying material
    • B05B14/10—Arrangements for collecting, re-using or eliminating excess spraying material the excess material being particulate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying

Definitions

  • the invention relates to a device for coating components.
  • a material in a layer which is usually only a few ⁇ m thick is applied to a carrier component in order, for example, to increase the wear resistance or to impart certain properties (for example electrical conductivity) to the component surface.
  • thermal coating methods in which the coating material is melted and then - regularly by means of a compressed air or other gas stream - atomized and transported to the surface to be coated, are used.
  • thermal coating processes are plasma coating, high speed flame spraying and electroforming wire spraying.
  • the disclosed therein arc spray unit has a rotatably driven burner shaft in the form of a hollow shaft, which is inserted into the cavity to be coated. At the lower end of the burner shaft a radially directed nozzle is provided, through which the droplets of the molten coating material is discharged by means of compressed air, which is supplied through the hollow interior of the burner shaft.
  • a replenishment device with two wire rollers is attached to this. Starting from the wire rollers, the two wires are led parallel to the longitudinal axis of the burner shaft up to the top. There, an electric arc is generated between the two wire ends by means of an electrical high voltage, which melts the wire material. The drops of molten wire are then captured by the flow of compressed air and discharged through the nozzle.
  • the replenishment device ensures a continuous supply of the burner with coating material.
  • the present invention seeks to provide a device for coating components, which is characterized by a simple structural design. Furthermore, a method should be specified, which advantageously allows the use of such a device. This object is solved by the subject matters of the independent claims; advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.
  • the essence of the invention provides, in a device for coating a component, in particular a Hohlköpers, next to a spraying device, by means of which a directed spray of coating material is produced to provide an additional distribution device, by means of which the spray deflected to the surface to be coated of the component becomes.
  • both the spray device and the distributor device can have a particularly simple structural design.
  • the embodiment of the coating device according to the invention can be particularly preferably applied to an arc wire spraying device.
  • the device according to the invention preferably has at least one burner for melting the coating material and at least one nozzle pressurized with compressed gas for transporting the molten coating material.
  • the spraying device is preferably arranged on the end side on an elongate base body.
  • the elongated base body can simultaneously serve to supply the coating material and a compressed gas for the transport of the coating material.
  • the spray device generates a directed in the longitudinal direction of the body spray, so that a configuration can be achieved that does not require any deflection of the gas stream or the spray.
  • the distributor device has a rotary driven distributor disk.
  • a rotary driven distributor disk Such a configuration may have advantages in particular in the coating of a rotationally symmetrical Hohlköpers. If the particles of the spray jet of molten coating material meet the distributor disk, they are first grasped by the latter and moved in a circular path. However, the transferable centripetal forces are limited by the static friction between the particles and the surface of the distributor disc. If the static friction is exceeded, the particles are moved in the direction of the surfaces to be coated, following their tangentially directed inertial forces.
  • the distributor disc has recesses which extend from a central region into the outer region of the distributor disc and extend as far as possible at the edge of the distributor disc.
  • the depressions can be straight.
  • the recesses extend arcuately, preferably in the direction of rotation of the distributor disc. The recesses allow a higher acceleration effect of the distributor disc, since the particles / drops are guided in the wells.
  • the length and optionally the radius of the recesses can be chosen arbitrarily according to the respective coating process.
  • the rotating distributor disc is conical. This can be a particularly good distribution of a directed onto the distributor disc spray jet of the spray device in the direction of the surfaces to be coated allow, especially when the spray is directed to the tip of the conical distributor disc.
  • the tip of the conical distributor disc preferably lies on its axis of rotation.
  • the distribution device at least in the sections in which this comes into contact with the spray of molten coating material, a surface made of a ceramic material, wherein the distributor coated with the ceramic material or even completely or partially can be made of a ceramic material.
  • a surface made of a ceramic material wherein the distributor coated with the ceramic material or even completely or partially can be made of a ceramic material.
  • a rotary drive by means of which the distributor disc is driven in rotation, be designed controllable, so that the rotational speed of the rotating distributor disc can be adjusted to a desired and with regard to the actual coating process adapted value. This makes it possible to adjust the kinetic energy with which the particles impinge on the surface to be coated.
  • the spraying device and / or the distributing device is designed linearly movable. This allows the coating of larger component surfaces. Depending on the configuration of the coating device according to the invention, it may be provided to form only the spray device or the distributor linearly movable. Alternatively, both elements can be designed to be movable, wherein the movements can be synchronous or asynchronous. Preferably, the spraying device and / or the distributor disk are moved along the axis of rotation of the distributor disk.
  • the coating device according to the invention further comprises a suction device, which can serve to suck off the resulting overspray during coating.
  • a method according to the invention for coating a component, in particular a hollow body is characterized in that a spray jet of coating material directed onto a distributor device is produced by means of a spraying device and this spray jet is deflected by means of the distributing device onto the surface to be coated.
  • the coating material is supplied to the spray device in solid form or in powder form, since it is easy to handle in these conditions.
  • a coating material present in solid form or in powder form is melted before it is sprayed, as a result of which, inter alia, particularly fine particles can be produced.
  • the adhesion of the coating material to the surface to be coated can be improved in this way, since the hot particles of the material locally melt the surface of the component to be coated, whereby an improved cohesive connection is achieved.
  • the spraying device and the distributor device can be moved from different sides into the hollow cylinder. This can allow a structural separation between the spray device and distribution device, which can reduce the design effort for the entire coating device.
  • a device is shown, which is used for coating a cylinder bore in a ball housing of an internal combustion engine.
  • the illustrated coating apparatus has a spray lance 1 with a spray head 2 arranged at the end.
  • the spray lance 1 in whose elongated base body 3 both a supply for the present in the form of wires 4 coating material and a compressed air supply 5 is provided, generates a forward, that is directed in the direction of the longitudinal axis of the spray lance 1 spray jet of molten coating material.
  • a high electrical voltage applied between the two wires 4 of coating material, a high electrical voltage, whereby an arc between the two at a small distance from each other positioned ends of the wires 4 is generated.
  • the material is melted at the ends of the wires 4 and detected by the supplied by the compressed air supply 5 air flow, thereby forming a forward spray jet.
  • the topography of the distribution disc 8 is off Fig. 2 clear. This has on its upper side, ie, the spray lance 1 side facing in a regular division a plurality of wells, which extend with an arcuate course starting from a central region of the distributor disc 8 up to the edge region and leak there.
  • the arcuate depressions extend in the direction of rotation, ie their curvature corresponds to the direction of rotation of the distributor disc 8 in the counterclockwise direction.
  • the cylindrical long body 9 including the distributor disc 8 is driven in rotation by means of a rotary drive 10. Furthermore, the unit of distributor disc 8, cylindrical long body 9 and the rotary drive 10 can be moved linearly by means of a (lower) linear drive 11 in the direction of the longitudinal axis of the cylinder bore 6.
  • the spray lance 1 and the distributor 7 are aligned so that the longitudinal axes of the spray lance 1, the cylindrical long body 9 of the distributor 7 and the cylinder bore 6 are identical.
  • the spray of the spray lance 1 is thus aligned directly on the tip of the helical distributor disc 8.
  • the particles of the coating material striking the rotating distributor disk 8 are detected by the latter and accelerated in a circular path, the transferable centripetal forces, however, being limited by the static friction between the particles and the surface of the distributor disk 8. If the static friction is exceeded, the particles - following the tangentially directed inertial forces - are guided in the depressions in the direction of the edge and moved from there to the surfaces to be coated.
  • the distributor disc 8 thus causes a deflection of the spray jet by about 90 ° in the direction of the surfaces to be coated and an acceleration of the particles.
  • the coating of the cylinder bore 6 is carried out continuously by a synchronous, linear method of the spray lance 1 and the distribution device 7, wherein multiple layers can be generated by a multiple up and down.
  • the distance between the spray lance 1 and the distributor plate 8 is kept constant by a synchronous process of these two elements.
  • the spray lance or the distributor may also be possible for the spray lance or the distributor not to be (or possibly at a different speed than the respective other element) during the coating process. moving linearly, which changes the distance between the two elements during the process.
  • a possibly induced change in the kinetic energy with which the particles would impinge on the surface to be coated due to a changed distance between spray head 2 and distributor disk 8 can optionally be achieved by increasing the air pressure in the compressed air supply 5 of the spray lance 1 or by increasing the speed the distributor disc 8 are compensated.
  • the illustrated coating apparatus further comprises a suction device which serves to remove the overspray generated during coating.
  • the suction device has an upper and a lower Abdichtflansch 12, 13, which are placed on the two openings of the cylinder and each having an additional opening (connecting flanges 15).
  • a (not shown) vacuum hose is connected, through which the resulting overspray during coating is sucked.
  • the second opening air is supplied to the cylinder interior, so that the generation of a vacuum is prevented by the suction device.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils, insbesondere eines Hohlkörpers weist eine Sprühvorrichtung für einen Beschichtungswerkstoff auf, mittels derer ein gerichteter Sprühstrahl aus Beschichtungswerkstoff erzeugt wird, wobei der Sprühstrahl auf eine Verteilvorrichtung (7) gerichtet ist, die eine Umlenkung des Sprühstrahls auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen.
  • Zur Erzeugung von Oberflächen hoher Güte an Bauteilen werden diese vielfach beschichtet. Hierbei wird ein Werkstoff in einer regelmäßig nur wenige µm betragen Schicht auf ein Trägerbauteil aufgetragen, um beispielsweise die Verschleißfestigkeit zu erhöhen oder der Bauteiloberfläche bestimmte Eigenschaften (z.B. elektrische Leitfähigkeit) zu verleihen.
  • Verschiedene Beschichtungsverfahren sind bekannt, wobei insbesondere thermische Beschichtungsverfahren, bei denen der Beschichtungswerkstoff aufgeschmolzen und anschließend - regelmäßig mittels eines Druckluft- oder sonstigen Gasstroms - zerstäubt und auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert wird, zum Einsatz kommen. Bekannte thermische Beschichtungsverfahren sind das Plasmabeschichten, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und das Lichbogendrahtspritzen.
  • Aus DE 198 41 617 A1 ist eine Lichtbogendrahtspritzanlage zur Beschichtung von Innenflächen eines Hohlkörpers, beispielsweise von Zylinderbohrungen eines Motorblocks, bekannt.
  • Die darin offenbarte Lichtbogenspritzanlage weist einen rotierend angetriebenen Brennerschaft in Form einer Hohlwelle auf, die in den zu beschichtenden Hohlraum eingeführt wird. Am unteren Ende des Brennerschafts ist eine radial ausgerichtete Düse vorgesehen, durch die die Tropfen des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs mittels Drucklufts, die durch das hohle Innere des Brennerschafts zugeführt wird, ausgetragen wird.
  • Oberhalb des Brennerschafts ist eine Nachschubeinrichtung mit zwei Drahtrollen an diesem befestigt. Ausgehend von den Drahtrollen werden die zwei Drähte parallel zur Längsachse des Brennerschafts bis zu dessen Spitze geführt. Dort wird mittels einer elektrischen Hochspannung ein Lichtbogen zwischen den zwei Drahtenden erzeugt, der das Drahtmaterial aufschmilzt. Die Tropfen des aufgeschmolzenen Drahts werden dann von der Druckluftströmung erfasst und durch die Düse ausgetragen. Die Nachschubeinrichtung sorgt für eine kontinuierliche Versorgung des Brenners mit Beschichtungsmaterial.
  • Die aus der DE 198 41 617 A1 bekannte Lichtbogendrahtspritzanlage weist den Nachteil eines hohen konstruktiven Aufwands auf, der insbesondere durch die erforderliche Umlenkung des Sprühstrahls um 90° zur Erzielung einer radial Ausrichtung bedingt ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen anzugeben, die sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, das den Einsatz einer solchen Vorrichtung vorteilhaft ermöglicht.
    Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.
  • Der Kern der Erfindung sieht vor, bei einer Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils, insbesondere eines Hohlköpers, neben einer Sprühvorrichtung, mittels derer ein gerichteter Sprühstrahl aus Beschichtungswerkstoff erzeugt wird, eine zusätzliche Verteilvorrichtung vorzusehen, mittels derer der Sprühstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils umgelenkt wird.
  • Durch die funktionale Trennung der Prozessschritte Erzeugung und Umlenkung des Sprühstrahls kann sowohl die Sprühvorrichtung als auch die Verteilvorrichtung einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung lässt sich besonders bevorzugt bei einer Lichtbogendrahtspritzvorrichtung anwenden. In diesem Fall weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mindestens einen Brenner zum Aufschmelzen des Beschichtungswerkstoffs sowie mindestens eine mit Druckgas beaufschlagte Düse für den Transport des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs auf.
  • Für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung auch in Hohlkörpern mit geringem Öffnungsquerschnitt ist die Sprühvorrichtung vorzugsweise endseitig an einem länglichen Grundkörper angeordnet. Der längliche Grundkörper kann gleichzeitig der Zufuhr des Beschichtungsmaterials sowie eines Druckgases für den Transport des Beschichtungswerkstoffs dienen. Vorzugsweise erzeugt die Sprühvorrichtung einen in Längsrichtung des Grundkörpers gerichteten Sprühstrahl, so dass eine Ausgestaltung erreicht werden kann, die keinerlei Umlenkung des Gasstroms oder des Sprühstrahls erforderlich macht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verteilvorrichtung eine rotierend angetriebene Verteilerscheibe auf. Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere bei der Beschichtung eines rotationssymmetrischen Hohlköpers Vorteile aufweisen. Treffen die Partikel des Sprühstrahls aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff auf die Verteilerscheibe, so werden sie von dieser zunächst erfasst und auf einer Kreisbahn bewegt. Die hierbei übertragbaren Zentripetalkräfte werden jedoch von der Haftreibung zwischen den Partikeln und der Oberfläche der Verteilerscheibe begrenzt. Wird die Haftreibung überschritten, so werden die Partikel - ihren tangential gerichteten Trägheitskräften folgend - in Richtung auf die zu beschichtenden Oberflächen bewegt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verteilerscheibe Vertiefungen auf, die sich von einem zentralen Bereich bis in den Außenbereich der Verteilerscheibe erstrecken und möglichst am Rand der Verteilerscheibe auslaufen. Die Vertiefungen können geradlinig verlaufen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die Vertiefungen jedoch bogenförmig, vorzugsweise in Richtung der Drehrichtung der Verteilerscheibe. Die Vertiefungen ermöglichen eine höhere Beschleunigungswirkung der Verteilerscheibe, da die Partikel/Tropfen in den Vertiefungen geführt werden. Die Länge und ggf. der Radius der Vertiefungen kann beliebig entsprechend des jeweiligen Beschichtungsprozesses gewählt werden.
  • Vorzugsweise ist die rotierende Verteilerscheibe kegelförmig ausgebildet. Dies kann eine besonders gute Verteilung eines auf die Verteilerscheibe gerichteter Sprühstrahls der Sprühvorrichtung in Richtung der zu beschichtenden Oberflächen ermöglichen, insbesondere wenn der Sprühstrahl auf die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe gerichtet ist. Hierbei liegt die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe vorzugsweise auf deren Rotationsachse.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verteilvorrichtung zumindest in den Abschnitten, in denen diese mit dem Sprühstrahls aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff in Berührung kommt, eine Oberfläche aus einem keramischen Werkstoff auf, wobei die Verteilvorrichtung mit dem keramischen Werkstoff beschichtet oder auch ganz oder teilweise aus einem keramischen Material gefertigt sein kann. Durch den Einsatz der keramischen Materialien kann eine hohe thermische Belastbarkeit sowie eine hohe Abrieb- und Formbeständigkeit erzielt werden. Weiterhin kann eine Verteilvorrichtung mit keramischer Oberfläche eine hohe Oberflächegüte aufweisen, die ein Anhaften und Einbrennen der Partikel/Tropfen verhindern kann.
  • Weiterhin kann ein Rotationsantrieb, mittels dessen die Verteilerscheibe rotierend angetrieben wird, steuerbar ausgestaltet sein, so dass die Drehzahl der rotierenden Verteilerscheibe auf einen gewünschten und hinsichtlich des konkreten Beschichtungsprozesses angepassten Wert eingestellt werden kann. Dies ermöglicht, die kinetische Energie, mit der die Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen, anzupassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sprühvorrichtung und/oder die Verteilvorrichtung linear verfahrbar ausgestaltet. Dies ermöglicht die Beschichtung auch größerer Bauteiloberflächen. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung kann vorgesehen sein, lediglich die Sprühvorrichtung oder die Verteilvorrichtung linear verfahrbar auszubilden. Alternativ können beide Elemente verfahrbar ausgebildet sein, wobei die Bewegungen synchron oder asynchron sein können. Vorzugsweise werden die Sprühvorrichtung und/oder die Verteilerscheibe entlang der Rotationsachse der Verteilerscheibe verfahren.
  • Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung weiterhin eine Absaugvorrichtung auf, die zum Absaugen des beim Beschichten entstehenden Oversprays dienen kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten eines Bauteils, insbesondere eines Hohlköpers, zeichnet sich dadurch aus, dass mittels einer Sprühvorrichtung ein auf eine Verteilvorrichtung gerichteter Sprühstrahl aus Beschichtungswerkstoff erzeugt und dieser Sprühstrahl mittels der Verteilvorrichtung auf die zu beschichtende Oberfläche umgelenkt wird.
  • Vorzugsweise wird der Beschichtungswerkstoff der Sprühvorrichtung in fester Form oder pulverförmig zugeführt, da er in diesen Zuständen gut handhabbar ist. Vorteilhafterweise wird ein in fester Form oder pulverförmig vorliegender Beschichtungswerkstoff vor dem Versprühen aufgeschmolzen, wodurch unter anderem besonders feine Partikel erzeugt werden können. Gleichzeitig kann auf diese Weise die Haftung des Beschichtungswerkstoffs an der zu beschichtenden Oberfläche verbessert werden, da die heißen Partikel des Werkstoffs die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils lokal anschmelzen, wodurch eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung erreicht wird.
  • Bei einer Beschichtung eines an zwei Seiten offenen Hohlköpers, beispielsweise eines Hohlzylinders, kann die Sprühvorrichtung sowie die Verteilvorrichtung von unterschiedlichen Seiten in den Hohlzylinder verfahren werden. Dies kann eine konstruktive Trennung zwischen Sprühvorrichtung und Verteilvorrichtung ermöglichen, wodurch sich der konstruktive Aufwand für die gesamte Beschichtungsvorrichtung verringern kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigt
    • Fig. 1:
    in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Beschichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
    Fig. 2:
    in einer perspektivischen Ansicht eine Detailansicht der Verteilerscheibe aus Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Beschichtung einer Zylinderbohrung in einem Kugelgehäuse eines Verbrennungsmotors verwendet wird.
  • Die dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist eine Sprühlanze 1 mit einem endseitig angeordneten Sprühkopf 2 auf. Die Sprühlanze 1, in deren länglichem Grundkörper 3 sowohl eine Zuführung für den in Form von Drähten 4 vorliegenden Beschichtungswerkstoff als auch eine Druckluftzufuhr 5 vorgesehen ist, erzeugt einen nach vorne, das heißt in Richtung der Längsachse der Sprühlanze 1 gerichteten Sprühstrahl aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff. Hierzu wird, wie es aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, zwischen den zwei Drähten 4 aus Beschichtungswerkstoff eine elektrische Hochspannung angelegt, wodurch ein Lichtbogen zwischen den zwei in einem geringen Abstand zueinander positionierten Enden der Drähte 4 erzeugt wird. Durch diesen Lichtbogen wird der Werkstoff an den Enden der Drähte 4 aufgeschmolzenen und von der durch die Druckluftzufuhr 5 zugeführten Luftströmung erfasst, wodurch sich ein nach vorne gerichteter Sprühstrahl bildet.
  • Die mittels eines (oberen) Linearantriebs 14 verfahrbare Sprühlanze 1 wird in die obere Öffnung der zu beschichtenden Zylinderbohrung 6 eingeführt. Durch die gegenüberliegende Öffnung wird eine Verteilvorrichtung 7 in die Zylinderbohrung 6 verfahren. Diese weist eine schneckenförmige Verteilerscheibe 8 aus einem keramischen Werkstoff auf, die endseitig an einem zylindrischen Langkörper 9 befestigt ist.
  • Die Topographie der Verteilerscheibe 8 wird aus Fig. 2 deutlich. Diese weist an ihrer Oberseite, d.h. der der Sprühlanze 1 zugewandten Seite in regelmäßiger Teilung eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, die sich mit einem bogenförmigen Verlauf von einem zentralen Bereich der Verteilerscheibe 8 ausgehend bis zu dem Randbereich erstrecken und dort auslaufen. Die bogenförmigen Vertiefungen verlaufen in Drehrichtung, d.h. ihre Krümmung entspricht der Drehrichtung der Verteilerscheibe 8 entgegen dem Uhrzeigersinn.
  • Der zylindrische Langkörper 9 einschließlich der Verteilerscheibe 8 wird mittels eines Rotationsantriebs 10 rotierend angetrieben. Weiterhin kann die Einheit aus Verteilerscheibe 8, zylindrischem Langkörper 9 sowie dem Rotationsantrieb 10 linear mittels eines (unteren) Linearantriebs 11 in Richtung der Längsachse der Zylinderbohrung 6 verfahren werden.
  • Während des Beschichtungsvorgangs sind die Sprühlanze 1 sowie die Verteilvorrichtung 7 so ausgerichtet, das die Längsachsen der Sprühlanze 1, des zylindrischen Langkörpers 9 der Verteilvorrichtung 7 sowie der Zylinderbohrung 6 identisch sind. Der Sprühstrahl der Sprühlanze 1 ist somit direkt auf die Spitze der schneckenförmigen Verteilerscheibe 8 ausgerichtet.
  • Die auf die rotierende Verteilerscheibe 8 treffenden Partikel des Beschichtungswerkstoffs werden von dieser erfasst und auf einer Kreisbahn beschleunigt, wobei die übertragbaren Zentripetalkräfte jedoch von der Haftreibung zwischen den Partikeln und der Oberfläche der Verteilerscheibe 8 begrenzt werden. Wird die Haftreibung überschritten, so werden die Partikel - den tangential gerichteten Trägheitskräften folgend - in den Vertiefungen in Richtung des Rands geführt und von dort auf die zu beschichtenden Oberflächen bewegt. Die Verteilerscheibe 8 bewirkt somit eine Umlenkung des Sprühstrahls um ca. 90° in Richtung auf die zu beschichtenden Oberflächen sowie eine Beschleunigung der Partikel.
  • Die Beschichtung der Zylinderbohrung 6 erfolgt kontinuierlich durch ein synchrones, lineares Verfahren der Sprühlanze 1 und der Verteilvorrichtung 7, wobei mehrere Schichten durch ein mehrfaches Auf- und Abfahren erzeugt werden können.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Beschichtungsvorrichtung wird der Abstand zwischen der Sprühlanze 1 und der Verteilerscheibe 8 durch ein synchrones Verfahren dieser beiden Elemente konstant gehalten. Insbesondere bei einer Beschichtung von Bauteilen mit geringen Ausmaßen kann es jedoch auch möglich sein, die Sprühlanze oder die Verteilvorrichtung während des Beschichtungsvorgangs nicht (oder gegebenenfalls mit einer anderen Geschwindigkeit als das jeweils andere Element) linear zu verfahren wodurch sich der Abstand zwischen den beiden Elementen während des Prozesses verändert. Eine möglicherweise hervorgerufene Veränderung der kinetischen Energie, mit der die Partikel aufgrund eines veränderten Abstands zwischen Sprühkopf 2 und Verteilerscheibe 8 auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen würden, kann gegebenenfalls durch eine Erhöhung des Luftdrucks in der Druckluftzufuhr 5 der Sprühlanze 1 oder durch eine Erhöhung der Drehzahl der Verteilerscheibe 8 ausgeglichen werden.
  • Die dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist weiterhin eine Absaugvorrichtung auf, die dem Abführen des beim Beschichten entstehenden Oversprays dient. Die Absaugvorrichtung weist einen oberen und einen unteren Abdichtflansch 12, 13 auf, die auf die zwei Öffnungen des Zylinders aufgesetzt werden und jeweils eine zusätzliche Öffnung (Anschlussflansche 15) aufweisen. An eine dieser Öffnungen wird ein (nicht dargestellter) Unterdruckschlauch angeschlossen, durch den der beim Beschichten entstehende Overspray abgesaugt wird. Durch die zweite Öffnung wird dem Zylinderinnenraum Luft zugeführt, so dass die Erzeugung eines Vakuums durch die Absaugvorrichtung verhindert wird.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Beschichten eines Hohlkörpers mit einer Lichtbogendrahtspritzeinrichtung, die eine Sprühlanze mit einem länglichen Grundkörper und eine rotierend angetriebene, auf die Oberfläche des Hohlkörpers gerichtete Verteileinrichtung für den Sprühstrahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogendrahtspritzeinrichtung einen in Längsrichtung des Grundkörpers (3) der Sprühlanze (1) gerichteten Sprühstrahl erzeugt und die Verteilvorrichtung (7) eine rotierend angetriebene Verteilerscheibe (8) aufweist, die den auf die Verteilerscheibe (8) auftreffenden Sprühstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche des Hohlkörpers umlenkt.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (8) Vertiefungen aufweist, die sich von einem zentralen Bereich bis in den Außenbereich der Verteilerscheibe (8) erstrecken und vorzugsweise dort auslaufen.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen einen bogenförmigen Verlauf, vorzugsweise in Drehrichtung der Verteilerscheibe (8) aufweist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (8) kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe (8) auf der Rotationsachse liegt.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühstrahl auf die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe (8) gerichtet ist.
  6. Vorrichtungen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (8) zumindest einen Oberflächenabschnitt aus einem keramischen Werkstoff aufweist.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der rotierend angetriebenen Verteilerscheibe (8) einstellbar ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung und/oder die Verteilvorrichtung (7) linear verfahrbar ist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogendrahtspritzeinrichtung und/oder die Verteilerscheibe (8) entlang der Rotationsachse der Verteilerscheibe (8) verfahrbar ist.
  10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absaugvorrichtung.
  11. Verfahren zum Beschichten eines Hohlkörpers, wobei mittels einer Lichtbogendrahtspritzeinrichtung ein auf eine rotierende Verteilerscheibe (8) gerichteter Sprühstrahl erzeugt wird und der Sprühstrahl mittels der rotierenden Verteilerscheibe (8) auf die zu beschichtende Oberfläche des Hohlkörpers umgelenkt wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beschichtung eines an mehreren Seiten offenen Hohlkörpers die Lichtbogendrahtspritzeinrichtung und die Verteilerscheibe (8) von unterschiedlichen Seiten in den Hohlkörper verfahren werden.
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