EP4260945A1 - Device for thermal coating by means of wire arc spraying - Google Patents

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EP4260945A1
EP4260945A1 EP22167794.1A EP22167794A EP4260945A1 EP 4260945 A1 EP4260945 A1 EP 4260945A1 EP 22167794 A EP22167794 A EP 22167794A EP 4260945 A1 EP4260945 A1 EP 4260945A1
Authority
EP
European Patent Office
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wire
contact tube
electrode
cross
wire electrode
Prior art date
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Pending
Application number
EP22167794.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Prenger Dr.
Stefan Hof
Raphael Jantze
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.)
Grillo Werke AG
Original Assignee
Grillo Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Grillo Werke AG filed Critical Grillo Werke AG
Priority to EP22167794.1A priority Critical patent/EP4260945A1/en
Priority to PCT/EP2022/061029 priority patent/WO2022229170A1/en
Publication of EP4260945A1 publication Critical patent/EP4260945A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/224—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like

Definitions

  • an electrically conductive wire-shaped spray filler material is converted from the solid to the liquid state using an electrical discharge process and then applied to a substrate surface.
  • the method of wire arc spraying is based on the fact that usually two circular wire-shaped electrically conductive spray materials in the form of a metal wire are fed to one another at a constant feed rate by means of a feed device.
  • Wire arc processes using only one wire are also known.
  • the wires are conductively connected to a power source with a voltage of usually 12 to 50 V. If the distance between the two wire ends is sufficiently small, an arc is ignited, which serves as an energy source for melting the wire filler material. With the help of a gas stream (compressed air or a technical gas), the melt is released from the wire ends and accelerates it in the form of a particle stream onto a component to be coated.
  • a gas stream compressed air or a technical gas
  • Wire arc spraying is used, among other things, for corrosion protection of steel structures and aluminum tubes for heat exchangers, for wear protection as well as for repairing components and for producing solderable layers on capacitors.
  • a main problem with wire arc spraying is vortex shedding in the atomizer gas flow on or behind the wire cross sections to be melted. These vortex areas circulate continuously in the so-called dead areas of the wires and significantly influence the melting behavior (droplet size) and the arc column (plasma-gas interaction), with the result that melted spray particles remain on the vortex-shaped paths in the area of the wire ends. During this time, the material is oxidized due to the atmospheric oxygen in the ambient or compressed air. The continuous melting of the wire increases the recirculating amount of molten particles, resulting in uneven atomization. The spray jet spreading around the wire ends creates a so-called “Karman vortex street”. This results in the particle-laden spray jet expanding extremely (diverging).
  • the so-called application efficiency can be reduced by approximately 50% to 60%, ie 50 to 60% of the melted wire material does not stick to the component to be coated and is released into the environment in the form of dust.
  • the economic efficiency of the process also needs to be improved.
  • the object of the present invention is to provide an improved device, an improved method and an improved metal wire for coating workpieces by means of wire arc spraying, in which the aforementioned disadvantages of the prior art can be reduced.
  • the present invention relates to a device for thermal coating using a wire arc.
  • the device comprises a first contact tube, at least one second contact tube and an atomizer gas nozzle.
  • the contact tubes each have an inner channel for feeding a wire electrode with a streamlined cross section, preferably according to the second aspect of the present invention, to a wire exit end.
  • a voltage can be applied to the wire electrodes supplied via the first contact tube and the at least one second contact tube in order to form an electrical arc for melting the metal electrodes, with an atomizer gas being able to be ejected from the atomizing gas nozzle for discharging melted metal drops along a flow axis.
  • the at least first contact tube and at least one second contact tube are arranged with inner channels that converge towards one another in the direction of ejection of the atomizer gas and wire outlet ends that are opposite one another.
  • the outer surface of the contact tubes has a streamlined cross-section and/or the cross-sectional areas of the inner channel of the contact tubes are at least partially adapted to the streamlined cross-section of the supplied wire electrodes.
  • the cross-sectional areas of the inner channel of the contact tubes are adapted at least in sections to the streamlined cross-section of the supplied wire electrode, it is made possible, in particular, the angular position of the cross-sectional area of the wire electrode in the circumferential direction of the wire longitudinal axis/electrode longitudinal axis relative to a flow center axis to align with the atomizer gas flow.
  • the outer surface of the contact tubes can have a streamlined cross-sectional area at least in sections.
  • the streamlined cross sections of the outer surface of the contact tubes and/or the streamlined cross section of the supplied wire electrodes can be positioned in the flow of the atomizer gas in such a way that they have the lowest possible flow resistance with regard to the ejected atomizer gas and thus offer the supplied atomizer gas a significantly lower flow resistance than This is known for round cross-sectional areas of metal wires/wire electrodes known from the prior art and outer surfaces of the contact tubes.
  • the fluid flow of the atomizer gas is influenced as little as possible by the contact tubes and/or the wire electrodes, such that, for example, the resulting vortex areas and/or vortex streets can be avoided, as a result of which the discharged molten metal drops have an improved discharge pattern along the flow axis.
  • the wire electrodes are continuously fed into the area of a wire exit end of the respective contact tube via a contact tube assigned to the wire electrode.
  • the wire exit end can be designed as a contact tube tip.
  • feed devices can be provided according to the invention, which convey the wire electrodes by means of drive elements.
  • the wire electrodes are usually in the form of endless wires, which are provided in particular on coils or as ring layers in barrels. According to the invention can For example, advance or conveying speeds in the range of 0.5 to 30 meters/minute can be selected depending on the type of material and wire thickness of the wire electrode.
  • the electrical arc formed between the first contact tube and the at least one second contact tube supplies the energy necessary to melt the supplied metal electrodes.
  • the wire electrodes are made from the material that is to be used for coating.
  • the arc serves as an energy source for melting the metal wire electrodes.
  • the wire electrodes are melted only in the area of the end of the wire electrode fed from the wire exit end of the respective contact tube.
  • the melted parts of the wire electrode are detached from the end of the wire electrode by means of an atomizer gas stream in the form of liquid, isolated metal drops formed from the melted material of the respective wire electrode and accelerated towards the surface to be coated.
  • the isolated metal drops appear on the surface to be coated, the metal drops suddenly lose their kinetic energy and give off their heat energy in such a way that the metal drops are deposited on the surface and a layer on the surface of the workpiece to be coated made of the material of the wire electrodes form.
  • the at least one first and second contact tube and in particular their inner channels are arranged mirror-symmetrically to a plane through a flow center axis of the atomizer gas stream.
  • the first contact tube and the at least one second contact tube can be designed to be rotatable relative to the contact tube channel in the circumferential direction of the wire electrode longitudinal axis, the angular position being able to be determined.
  • the outlet end of the first and/or at least one second contact tube can preferably be designed as a contact tube tip.
  • the contract tube tip can be used as a body with a flow-optimized or streamlined outer shape can be formed.
  • the contact tube tip has a longitudinal axis and an inner channel running along the longitudinal axis for guiding and aligning the supplied metal wire/the supplied wire electrode.
  • the supplied metal wire/the supplied wire electrode can be supplied in a defined spatial position and in particular with a defined orientation in the circumferential direction of the wire's longitudinal axis from the contact tube tip via the wire outlet end into the atomizer gas stream.
  • the longitudinal axis of the wire is positioned at a defined angle relative to the flow center axis of the atomizer gas axis by means of the contact tube tip.
  • the at least one first and/or second contact tube is formed at least in two parts from the contact tube tip and a subsequent contact tube channel, the contact tube tip being designed to be interchangeable.
  • it can also be provided to manufacture the entire first and/or second contact tube in one piece and thus in particular the area of the contact tube tip and the subsequent contact tube channel in one piece.
  • additive manufacturing methods can be used to form the one-piece contact tube.
  • the one-piece embodiment of the contact tube tip and the contact tube channel can be designed in such a way that, in order to simplify the production of the contact tube along the longitudinal axis, it is formed in several parts, for example from a lower and an upper shell, with the inner channel for feeding the metal wire being made up of the upper and upper shells Lower shell of the contact tube is formed.
  • the contact tube tip is designed to be rotatable relative to the contact tube channel in the circumferential direction of the longitudinal axis of the wire, the angular position of the contact tube tip relative to the Contact tube channel can be determined.
  • the described ability to determine the angular position of the contact tube tip makes it possible to carry out a fine adjustment of the angular position in the wire circumferential direction of the supplied metal wire, in order to be able to carry out the flow around the metal wire and the contact tube tip with respect to the atomizer gas.
  • the inner channel is adapted to the streamlined profile of the supplied metal wire, at least in the area of the contact tube tip.
  • the device further comprises at least one feed device for the first and/or at least one second wire electrode, wherein the at least one feed device is adapted to the external cross section and the external shape of the supplied wire electrode, in particular having streamlined drive elements.
  • At least a first and/or second contact tube is at least partially formed from an electrically conductive material and the inner tube rests at least in sections on the supplied first or second wire electrode to form an electrically conductive connection.
  • the at least one first and/or second contact tube is at least partially made of an electrically non-conductive material; in particular, the contact tube tips and/or the areas of the wire exit ends can be made of a heat-resistant ceramic material.
  • power transmission elements such as in particular power guide rails, can preferably be provided in the area of the inner channel of the first and/or second contact tube.
  • the current transmission elements can be opposite the inner channel of the first and/or second Contact tube can be arranged resiliently, for example to ensure that the current-carrying elements are in contact with the supplied wire electrode.
  • wire guide device in particular in the form of a wire guide tube, wherein the wire guide device has at least one wire guide element, which comprises a guide channel adapted to the outer contour of the supplied wire electrode for the passage and alignment of the wire electrode to be supplied.
  • a counter electrode can be provided for the first and/or at least one second contact tube.
  • the counter electrode can be designed as a fixed electrode, which is particularly preferably needle-shaped.
  • the present invention relates to a wire electrode for thermal coating, comprising a wire longitudinal axis and a cross-sectional area running orthogonally to the wire longitudinal axis, the cross-sectional area being formed by a streamlined shape.
  • a streamlined shape is understood to be a shape which has a minimal flow resistance and whereby the occurrence of turbulence behind the cross section around which the atomizer gas flow flows can be avoided.
  • the cross-sectional area can preferably comprise a first axis of symmetry, wherein the dimension of the cross-sectional area along the first axis of symmetry is referred to as length a and wherein the cross-sectional area preferably comprises a second axis of symmetry which is orthogonal to the first axis of symmetry and the dimension of the cross-sectional area along the second axis of symmetry is referred to as Length b is called.
  • the cross-sectional area of the wire electrode has the shape of a flow-optimized profile, in particular one relative to a Longitudinal axis of the cross section has a mirror-symmetrical cross-sectional profile.
  • NACA profiles, Clark profiles, ZAGI profiles or other flow-optimized profiles known from the field of aerodynamics or aviation can be used as flow-optimized profiles.
  • the length a can be in the range between 1.0 mm and 8.0 mm, preferably in the range from 2.4 mm to 8.0 mm.
  • the aspect ratio a/b can be in the range from 0.3 to 0.95, preferably in the range from 0.5 to 0.9.
  • Thermal coating using wire arc spraying is particularly suitable for producing zinc coatings on surfaces.
  • Zinc can be processed particularly well using wire arch spraying.
  • the wire electrode therefore comprises zinc and its alloys as a significant proportion.
  • the metal wire according to the invention preferably consists of zinc and/or its alloys.
  • a preferred zinc alloy includes aluminum, copper, magnesium and/or titanium, balanced with zinc to 100% by weight. Furthermore, the alloy may optionally contain impurities in a proportion of 0.1% by weight, preferably 0.07% by weight, or less. Impurities are typical impurities that come from the metals used for the alloy.
  • the zinc wire consists of a zinc alloy which has an aluminum content of 0.01 to 35% by weight and/or a copper content of 0.01 to 15% by weight and/or a magnesium content of 0.01 to 10 % by weight and/or a titanium content of 0.01 to 5% by weight and balanced with zinc to 100% by weight, the alloy optionally having impurities in a proportion of 0.1% by weight or less .
  • the wire electrode can therefore consist of an alloy which contains only aluminum and zinc or only copper and zinc or only magnesium and zinc or only titanium and zinc.
  • the alloy it is also possible for the alloy to contain, in addition to zinc, two, three or all four selected from the group of aluminum, copper, magnesium and titanium.
  • a zinc alloy according to the invention has an aluminum content of 0.01 to 35% by weight and a copper content of 0.01 to 15% by weight and a magnesium content of 0.01 to 10% by weight and a titanium content of 0.01 to 10% by weight 5% by weight and balanced to 100% by weight with zinc, the alloy optionally having impurities in a proportion of 0.1% by weight or less.
  • composition of the alloy as a whole corresponds to 100% by weight. This applies to the alloys described above and to those described below.
  • the copper content is preferably from 0.01 to 5% by weight.
  • the magnesium content of an alloy according to the invention is preferably from 0.01 to 10% by weight, in particular from 0.01 to 5% by weight.
  • the titanium content is preferably in the range from 0.01 to 2.5% by weight, in particular in the range from 0.01 to 1% by weight.
  • a wire electrode made of zinc or its alloys instead of a wire electrode made of zinc or its alloys, a wire electrode made of aluminum or its alloys can also preferably be used.
  • the wire electrode consists in particular of aluminum or an aluminum alloy.
  • preferred aluminum alloys have at least one, two or more other metals selected from the group consisting of zinc, Magnesium, silicon, titanium and indium consist of.
  • the proportion of aluminum is at least 50% by weight based on the total weight of the alloy, which is 100% by weight.
  • a preferred aluminum alloy has zinc in a proportion of 0.01 to 50% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.
  • a further preferred aluminum alloy has magnesium in a proportion of 0 to 20% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.
  • a further preferred aluminum alloy has silicon in a proportion of 0 to 20% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.
  • a further preferred aluminum alloy has titanium in a proportion of 0 to 5% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.
  • a further preferred aluminum alloy has indium in a proportion of 0 to 5% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.
  • the aluminum alloy can also contain two or more metals in the ranges mentioned.
  • the proportion of aluminum is at least 50% by weight based on the total weight of the alloy.
  • the wire electrode consists of a metal per se, preferably zinc or aluminum
  • the purity of the metal is preferably 99.9%, in particular 99.94%, preferably 99.95%, particularly preferably 99.99%.
  • the atomizer gas flows concentrically around the first contact tube and the at least one second contact tube and/or the wire ends.
  • the one first contact tube and the at least one second contact tube and the first wire end and the at least one second counter electrode or only the one first wire end and the at least one second counter electrode are concentrically flowed around by the atomizer gas.
  • the contact tube tips can be arranged at an angle to the flow center axis.
  • the angle between the contact tube tip and the flow center axis is an angle in the range of 5 to 90°.
  • a metal wire as a wire electrode according to the second aspect of the invention for carrying out a method for thermal coating, preferably according to the third aspect of the invention, can be provided.
  • the tool device according to the invention comprises a first contact tube 21, a counter electrode 20 with an electrode tip 201 and an atomizer gas nozzle 25.
  • the first contact tube 21 has an inner channel 200 for supplying a first wire electrode 41 and a contact tube tip 230 with an outlet opening 220 for the first wire electrode 41.
  • An electrical voltage is applied to the first wire electrode 41 supplied via the first contact tube 21 and the counter electrode 20 to form an electrical arc.
  • the electric arc causes the supplied first wire electrode 41 to melt locally in the area of the metal wire tip 43, which emerges from the outlet opening 220 of the first contact tube 21.
  • the counter electrode 20 is designed, for example, as a one-piece needle-shaped electrode which is positioned and guided by means of a second contact tube 22.
  • the first wire electrode 41 is continuously supplied via the first contact tube 21.
  • the electric arc between the wire end 43 of the first wire electrode 41 and the counter electrode 21 is continuously maintained while performing the coating process.
  • At least one feed device can be provided for feeding the first wire electrode 21, which in turn comprises drive elements for conveying the first wire electrode 41.
  • the conveying speed of the First wire electrode 41 can be varied and in particular adapted to the selected wire thickness or the size of the cross-sectional area of the first wire electrode 41.
  • further metal electrodes can also be continuously supplied via the at least one second contact tube 22.
  • voltages in the range of 15 to 21 volts can be used for metal wires made of Zn, and voltages of 18 to 19 volts for metal wires made of ZnAl can be used, with the current strength in the range of 80A to 1500 A being selected depending on the feed speed and / or the wire cross section .
  • voltages in the range of approximately 18 to 40V can be used according to the invention for metal wires to form the arc.
  • an arc can also be formed between the continuously supplied or tracked first wire electrode 41 and a non-melting counter electrode 21.
  • the counter electrode 21 can also be fixed in the spatial position via a second contact tube 22.
  • the counter electrode 21 is stationary and does not melt and therefore does not need to be adjusted.
  • An atomizer gas 30 for discharging molten metal drops from the first wire electrode 41 along the atomizer gas flow 310 is ejected from the atomizer gas nozzle 25.
  • the first contact tube 21 and the one counter electrode 20 are arranged with the tip 201 or wire end 43 converging in the ejection direction 310 of the atomizing gas 30.
  • the outer surface 230 of the first contact tube 21 has a streamlined cross section in the illustrated embodiment.
  • the liquid metal drops of the melted first wire electrode 41 ejected by means of the atomizer gas flow 310 of the atomizer gas 30 are ejected with the atomizer gas stream 310 against a surface 100 of a material 10 to be coated.
  • the Fig. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for thermal coating using a wire arc.
  • the counter electrode 20 in the second contact tube 22 was replaced by a second wire electrode 42, the second contact tube 22 comprising an inner channel 200 for supplying the second wire electrode 42.
  • the first and second contact tubes 21, 22 are arranged with wire ends 43 or inner channels 200 that converge towards one another in the ejection direction 310 of the atomizer gas 30.
  • the electrical voltage is applied to the first contact tube 21 and the second contact tube 22, such that the electrical current is transmitted to the supplied first wire electrode 41 and the second wire electrode 42, so that there is subsequently between the two wire ends 43 of the first and second wire electrode 41, 42 forms the electric arc and in the area of the two wire ends 43 the first and second wire electrodes 41, 42 are locally melted.
  • the molten metal drops of the first and second wire electrodes 41 and 42 are ejected by expelling an atomizer gas 30 via the atomizer gas nozzle 25 via the resulting atomizer gas stream 310 against a surface 100 of a material 10 to be coated.
  • FIG. 3A shows a schematic view of a section of a wire electrode 40 according to the invention with a streamlined cross section 44, the wire electrode 40 running along a longitudinal axis 45 of the wire.
  • the wire electrode 40 can have turns and bends along the longitudinal axis 45 of the wire, so the longitudinal axis 45 does not necessarily have to run along a straight line.
  • the circumferential direction 47 of the wire longitudinal axis 45 is also shown in FIG. 3A.
  • the wire electrode 40 with a streamlined cross section 44 can form the first wire electrode 41 or second wire electrode 42 depending on the use.
  • FIG. 3B shows the enlarged detailed view of a possible example of a streamlined cross-sectional area 44 of the wire electrode 40 according to the invention and the course of the wire's longitudinal axis 45.
  • the flow around the cross-sectional area 44 of the wire electrode 40 with lateral flow is also shown in FIG. 3B, due to providence of the streamlined cross section 44, a laminar and adjacent flow can be realized without vortices.
  • FIGS. 4A to 4E show further exemplary embodiments of a streamlined cross section 44 of wire electrodes 40 according to the invention.

Abstract

Verfahren zum thermischen Beschichten von Oberflächen mittels Drahtlichtbogen, umfassend die Schritte:- Zuführen mindestens einer Drahtelektrode mit einem stromlinienförmigen Querschnitt, gebildet aus dem Beschichtungsmaterial über ein erstes Kontaktrohr,- Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der einen ersten Drahtelektrode und mindestens einen zweiten Draht-/Gegenelektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der einen ersten Drahtelektrode und der mindestens einen zweiten Draht-/Gegenelektrode, und- Ausstoßen eines Zerstäubergases zum Austragen von Metalltropfen der aufgeschmolzenen einen ersten Drahtelektrode entlang der Ausstoßrichtung des Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche eines Werkstücks.Method for thermally coating surfaces using a wire arc, comprising the steps: - supplying at least one wire electrode with a streamlined cross section, formed from the coating material via a first contact tube, - generating an arc between the one first wire electrode and at least one second wire/counter electrode Applying an electrical voltage between the one first wire electrode and the at least one second wire/counter electrode, and ejecting an atomizer gas for discharging metal drops of the melted first wire electrode along the ejection direction of the atomizer gas onto the surface of a workpiece to be coated.

Description

Bei dem Drahtlichtbogenspritzen wird ein elektrisch leitender drahtförmiger Spritzzusatzwerkstoff mit Hilfe eines elektrischen Entladungsprozesses vom festen in den flüssigen Zustand überführt und anschließend auf eine Substratoberfläche aufgetragen.In wire arc spraying, an electrically conductive wire-shaped spray filler material is converted from the solid to the liquid state using an electrical discharge process and then applied to a substrate surface.

Das Verfahren des Drahtlichtbogenspritzens beruht darauf, dass üblicherweise zwei kreisrunde drahtförmige elektrisch leitende Spritzwerkstoffe in Form eines Metalldrahtes mittels einer Vorschubeinrichtung mit einem konstanten Vorschub aufeinander zugeführt werden. Drahtlichtbogenverfahren, bei denen nur ein Draht verwendet wird, sind ebenfalls bekannt. Die Drähte sind mit einer Stromquelle leitend verbunden, an der eine Spannung von üblicherweise 12 bis 50 V anliegt. Bei hinreichend geringem Abstand der beiden Drahtenden wird ein Lichtbogen gezündet, der als Energiequelle zum Aufschmelzen des Drahtzusatzwerkstoffes dient. Mit Hilfe eines Gasstromes (Druckluft oder ein technisches Gas) wird die Schmelze von den Drahtenden gelöst und beschleunigt diese in Form eines Partikelstroms auf ein zu beschichtendes Bauteil.The method of wire arc spraying is based on the fact that usually two circular wire-shaped electrically conductive spray materials in the form of a metal wire are fed to one another at a constant feed rate by means of a feed device. Wire arc processes using only one wire are also known. The wires are conductively connected to a power source with a voltage of usually 12 to 50 V. If the distance between the two wire ends is sufficiently small, an arc is ignited, which serves as an energy source for melting the wire filler material. With the help of a gas stream (compressed air or a technical gas), the melt is released from the wire ends and accelerates it in the form of a particle stream onto a component to be coated.

Konventionelle Drahtlichtbogenspritzanlagen erzielen Abschmelzleistungen von ca. 5 - 200 kg/h bei Partikelgeschwindigkeiten von ca. 150 m/s. Im Lichtbogen werden dabei Temperaturen von über 5000K erreicht. Die Schichtdicken, die mit diesem Verfahren erzeugt werden können, liegen zwischen 50 pm und 20 mm.Conventional wire arc spray systems achieve melting rates of approx. 5 - 200 kg/h at particle speeds of approx. 150 m/s. Temperatures of over 5000K are reached in the arc. The layer thicknesses that can be created with this process are between 50 pm and 20 mm.

Das Drahtlichtbogenspritzen wird, unter anderem, zum Korrosionsschutz von Stahlstrukturen und Aluminiumrohren für Wärmetauscher, zum Verschleißschutz sowie zur Reparatur von Bauteilen und zur Herstellung lötfähiger Schichten auf Kondensatoren verwendet.Wire arc spraying is used, among other things, for corrosion protection of steel structures and aluminum tubes for heat exchangers, for wear protection as well as for repairing components and for producing solderable layers on capacitors.

Ein Hauptproblem beim Drahtlichtbogenspritzen sind Wirbelablösungen der Zerstäubergasströmung am bzw. hinter den aufzuschmelzenden Drahtquerschnitten. Diese Wirbelgebiete zirkulieren kontinuierlich in den sogenannten Totgebieten der Drähte und beeinflussen maßgeblich das Abschmelzverhalten (Tropfengröße) und die Lichtbogensäule (Interaktion Plasma-Gas), mit der Folge, dass aufgeschmolzene Spritzpartikel im Bereich der Drahtenden auf den wirbeiförmigen Bahnen verweilen. In dieser Zeit wird der Werkstoff infolge des Luftsauerstoffs der Umgebungs- bzw. Druckluft oxidiert. Durch das kontinuierliche Abschmelzen des Drahtes vergrößert sich die rezirkulierende Menge der schmelzflüssigen Partikel, mit dem Resultat einer ungleichmäßigen Zerstäubung. Der sich um die Drahtenden ausbreitende Spritzstrahl baut eine sogenannte "Karmansche Wirbelstraße" auf. Diese hat zur Folge, dass sich der partikelbeladene Spritzstrahl extrem aufweitet (divergiert). Durch die hohe Divergenz gelangt ein Teil der Partikel in langsame Außenbereiche der Zerstäubergasströmung. Die erhöhte Oxidation, die ungleichmäßigen Wärmeinhalte und Geschwindigkeiten der Partikel im Spritzstrahl führen zu einer verminderten Haftung der Partikel auf dem zu beschichtendem Bauteil. Der sogenannte Auftragswirkungsgrad kann, je nach Drahtzusatzwerkstoff, ca. 50% bis 60% vermindert sein, d.h. 50 bis 60% des abgeschmolzenen Drahtwerkstoffes bleibt nicht auf dem zu beschichtetem Bauteil haften und wird in Form von Stäuben der Umgebung zugeführt. Neben den umwelt- und arbeitssicherheitstechnischen Aspekten ist auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbesserungswürdig.A main problem with wire arc spraying is vortex shedding in the atomizer gas flow on or behind the wire cross sections to be melted. These vortex areas circulate continuously in the so-called dead areas of the wires and significantly influence the melting behavior (droplet size) and the arc column (plasma-gas interaction), with the result that melted spray particles remain on the vortex-shaped paths in the area of the wire ends. During this time, the material is oxidized due to the atmospheric oxygen in the ambient or compressed air. The continuous melting of the wire increases the recirculating amount of molten particles, resulting in uneven atomization. The spray jet spreading around the wire ends creates a so-called “Karman vortex street”. This results in the particle-laden spray jet expanding extremely (diverging). Due to the high divergence, some of the particles end up in slow outer areas of the atomizer gas flow. The increased oxidation, the uneven heat content and speed of the particles in the spray jet lead to reduced adhesion of the particles to the component to be coated. Depending on the additional wire material, the so-called application efficiency can be reduced by approximately 50% to 60%, ie 50 to 60% of the melted wire material does not stick to the component to be coated and is released into the environment in the form of dust. In addition to the environmental and In terms of occupational safety aspects, the economic efficiency of the process also needs to be improved.

Hinsichtlich der Spritzschicht führen diese Effekte auch zu einer verminderten Qualität. Dies äußert sich in Form von verminderter Haftung der Spritzschicht zum Substrat, hohe Porosität, hoher Oxidanteil und viele nur teilweise aufgeschmolzene Partikel in der Spritzschicht.With regard to the sprayed layer, these effects also lead to reduced quality. This manifests itself in the form of reduced adhesion of the sprayed layer to the substrate, high porosity, high oxide content and many only partially melted particles in the sprayed layer.

Ausgehend von dem vorbezeichnetem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Metalldraht zum Beschichten von Werkstücken mittels Drahtlichtbogenspritzen bereit zu stellen, bei welchen die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik reduziert werden können.Based on the aforementioned prior art, the object of the present invention is to provide an improved device, an improved method and an improved metal wire for coating workpieces by means of wire arc spraying, in which the aforementioned disadvantages of the prior art can be reduced.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Kontaktrohr, mindestens ein zweites Kontaktrohr und eine Zerstäubergasdüse. Die Kontaktrohre weisen jeweils einen Innenkanal für die Zuführung einer Drahtelektrode mit einem stromlinienförmigen Querschnitt bevorzugt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu einem Drahtaustrittsende auf. An die über das erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr zugeführten Drahtelektroden ist eine Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens zum Aufschmelzen der Metallelektroden anlegbar, wobei aus der Zerstäubergasdüse ein Zerstäubergas zum Austragen aufgeschmolzener Metalltropfen entlang einer Strömungsachse ausstoßbar ist. Das mindestens erste Kontaktrohr und mindestens eine zweite Kontaktrohr sind mit in Ausstoßrichtung des Zerstäubergases aufeinander zulaufenden Innenkanälen und einander gegenüberliegenden Drahtaustrittsenden angeordnet. Die Außenfläche der Kontaktrohre weist einen stromlinienförmigen Querschnitt auf und/oder die Querschnittsflächen des Innenkanals der Kontaktrohre sind zumindest abschnittsweise an den stromlinienförmigen Querschnitt der zugeführten Drahtelektroden angepasst.According to a first aspect, the present invention relates to a device for thermal coating using a wire arc. The device comprises a first contact tube, at least one second contact tube and an atomizer gas nozzle. The contact tubes each have an inner channel for feeding a wire electrode with a streamlined cross section, preferably according to the second aspect of the present invention, to a wire exit end. A voltage can be applied to the wire electrodes supplied via the first contact tube and the at least one second contact tube in order to form an electrical arc for melting the metal electrodes, with an atomizer gas being able to be ejected from the atomizing gas nozzle for discharging melted metal drops along a flow axis. The at least first contact tube and at least one second contact tube are arranged with inner channels that converge towards one another in the direction of ejection of the atomizer gas and wire outlet ends that are opposite one another. The outer surface of the contact tubes has a streamlined cross-section and/or the cross-sectional areas of the inner channel of the contact tubes are at least partially adapted to the streamlined cross-section of the supplied wire electrodes.

Durch die Vorsehung der Merkmale, wonach es vorgesehen ist, dass die Querschnittsflächen des Innenkanals der Kontaktrohre zumindest abschnittsweise an den stromlinienförmigen Querschnitt der zugeführten Drahtelektrode angepasst sind, wird es ermöglicht, insbesondere die Winkellage der Querschnittsfläche der Drahtelektrode in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse/Elektrodenlängsachse gegenüber einer Strömungsmittelachse der Zerstäubergasströmung auszurichten. Die Außenfläche der Kontaktrohre kann zumindest abschnittsweise eine stromlinienförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die stromlinienförmigen Querschnitte der Außenfläche Kontaktrohre und/oder der stromlinienförmige Querschnitt der zugeführten Drahtelektroden können dabei derart in dem Strom des Zerstäubergases positioniert werden, dass diese einen möglichst geringen Strömungswiderstand im Hinblick auf das ausgestoßene Zerstäubergas aufweisen und damit dem zugeführten Zerstäubergas einen deutlich geringeren Strömungswiderstand bieten als dies bei runden Querschnittsflächen von aus dem Stand der Technik bekannten Metalldrähten/Drahtelektroden und Außenflächen der Kontaktrohre bekannt ist. Aufgrund des strömungsoptimierten Querschnittes wird der Fluidstrom des Zerstäubergases durch die Kontaktrohre und/oder die Drahtelektroden möglichst gering beeinflusst, derart, dass beispielsweise entstehende Wirbelbereich und/oder Wirbelstraßen vermieden werden können, wodurch die ausgetragenen aufgeschmolzenen Metalltropfen ein verbessertes Austragungsbild entlang der Strömungsachse aufweisen.By providing the features according to which it is provided that the cross-sectional areas of the inner channel of the contact tubes are adapted at least in sections to the streamlined cross-section of the supplied wire electrode, it is made possible, in particular, the angular position of the cross-sectional area of the wire electrode in the circumferential direction of the wire longitudinal axis/electrode longitudinal axis relative to a flow center axis to align with the atomizer gas flow. The outer surface of the contact tubes can have a streamlined cross-sectional area at least in sections. The streamlined cross sections of the outer surface of the contact tubes and/or the streamlined cross section of the supplied wire electrodes can be positioned in the flow of the atomizer gas in such a way that they have the lowest possible flow resistance with regard to the ejected atomizer gas and thus offer the supplied atomizer gas a significantly lower flow resistance than This is known for round cross-sectional areas of metal wires/wire electrodes known from the prior art and outer surfaces of the contact tubes. Due to the flow-optimized cross section, the fluid flow of the atomizer gas is influenced as little as possible by the contact tubes and/or the wire electrodes, such that, for example, the resulting vortex areas and/or vortex streets can be avoided, as a result of which the discharged molten metal drops have an improved discharge pattern along the flow axis.

Erfindungsgemäß werden die Drahtelektroden kontinuierlich über ein jeweilig der Drahtelektrode zugeordnetes Kontaktrohr in den Bereich eines Drahtaustrittendes des jeweiligen Kontaktrohres zugeführt. Das Drahtaustrittsende kann als Kontaktrohrspitze ausgebildet werden. Für die kontinuierliche Zufuhr der Drahtelektroden können erfindungsgemäß Vorschubeinrichtungen vorgesehen werden, welche mittels Antriebselementen die Drahtelektroden fördern. Die Drahtelektroden liegen dabei üblicherweise als Endlosdrähte vor, welche insbesondere auf Spulen oder auch als Ringgelege in Fässern bereitgestellt werden. Erfindungsgemäß können beispielsweise Vortriebs- bzw. Fördergeschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 30 Meter/Minute je nach Materialart und Drahtstärke der Drahtelektrode gewählt werden. Der zwischen dem ersten Kontaktrohr und dem mindestens einem zweiten Kontaktrohr ausgebildete elektrische Lichtbogen führt die zum Aufschmelzen der zugeführten Metallelektroden notwendige Energie zu. Die Drahtelektoden sind dabei aus dem Material gebildet, welches zur Beschichtung genutzt werden soll. Der Lichtbogen dient als Energiequelle für das Aufschmelzen der Metalldrahtelektroden. Die Drahtelektroden werden dabei lediglich im Bereich des aus dem Drahtaustrittsendes des jeweiligen Kontaktrohres zugeführten Endes des Drahtelektrode aufgeschmolzen. Die aufgeschmolzenen Anteile des Drahtelektroden werden mittels eines Zerstäubergasstroms in Form von flüssigen vereinzelten Metalltropfen gebildet aus der Materialschmelze der jeweiligen Drahtelektrode von dem Ende der Drahtelektrode abgelöst und gegen die zu beschichtende Oberfläche beschleunigt. Bei dem Auftreten der vereinzelten Metalltropfen auf die zu beschichtende Oberfläche verlieren die Metalltropfen schlagartig ihre Bewegungsenergie und geben ihre Wärmeenergie ab, und zwar derart, dass die Metalltropfen auf der Oberfläche abgeschieden werden und eine Schicht auf der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks aus dem Material der Drahtelektroden bilden.According to the invention, the wire electrodes are continuously fed into the area of a wire exit end of the respective contact tube via a contact tube assigned to the wire electrode. The wire exit end can be designed as a contact tube tip. For the continuous supply of the wire electrodes, feed devices can be provided according to the invention, which convey the wire electrodes by means of drive elements. The wire electrodes are usually in the form of endless wires, which are provided in particular on coils or as ring layers in barrels. According to the invention can For example, advance or conveying speeds in the range of 0.5 to 30 meters/minute can be selected depending on the type of material and wire thickness of the wire electrode. The electrical arc formed between the first contact tube and the at least one second contact tube supplies the energy necessary to melt the supplied metal electrodes. The wire electrodes are made from the material that is to be used for coating. The arc serves as an energy source for melting the metal wire electrodes. The wire electrodes are melted only in the area of the end of the wire electrode fed from the wire exit end of the respective contact tube. The melted parts of the wire electrode are detached from the end of the wire electrode by means of an atomizer gas stream in the form of liquid, isolated metal drops formed from the melted material of the respective wire electrode and accelerated towards the surface to be coated. When the isolated metal drops appear on the surface to be coated, the metal drops suddenly lose their kinetic energy and give off their heat energy in such a way that the metal drops are deposited on the surface and a layer on the surface of the workpiece to be coated made of the material of the wire electrodes form.

Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine erste und zweite Kontaktrohr und insbesondere deren Innenkanäle spiegelsymmetrisch zu einer Ebene durch eine Strömungsmittelachse des Zerstäubergasstroms angeordnet sind.It can be provided that the at least one first and second contact tube and in particular their inner channels are arranged mirror-symmetrically to a plane through a flow center axis of the atomizer gas stream.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden das erste Kontaktrohr und das mindesten eine zweite Kontaktrohr gegenüber dem Kontaktrohrkanal in Umfangsrichtung der Drahtelektrodenlängsachse drehbar auszugestalten, wobei die Winkellage festlegbar ist.According to the invention, it can be provided that the first contact tube and the at least one second contact tube can be designed to be rotatable relative to the contact tube channel in the circumferential direction of the wire electrode longitudinal axis, the angular position being able to be determined.

Das Austrittsende des ersten und/oder mindestens einen zweiten Kontaktrohres kann bevorzugt als Kontaktrohrspitze ausgebildet werden. Besonders bevorzugt kann die Kontraktrohrspitze als Körper mit einer strömungsoptimierten bzw. stromlinienförmigen Außenform ausgebildet werden. Die Kontaktrohrspitze weist eine Längsachse sowie einen entlang der Längsachse verlaufenden Innenkanal zur Führung und für die Ausrichtung des zugeführten Metalldrahts/der zugeführten Drahtelektrode auf. Der zugeführte Metalldraht/Die zugeführte Drahtelektrode kann in einer definierten Raumlage und insbesondere mit einer definierten Ausrichtung in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse aus der Kontaktrohrspitze über das Drahtaustrittsende in den Zerstäubergasstrom zugeführt werden. Die Drahtlängsachse wird dabei in einen definierten Winkel relativ zu der Strömungsmittelachse der Zerstäubergasachse mittels der Kontaktrohrspitze positioniert.The outlet end of the first and/or at least one second contact tube can preferably be designed as a contact tube tip. Particularly preferably, the contract tube tip can be used as a body with a flow-optimized or streamlined outer shape can be formed. The contact tube tip has a longitudinal axis and an inner channel running along the longitudinal axis for guiding and aligning the supplied metal wire/the supplied wire electrode. The supplied metal wire/the supplied wire electrode can be supplied in a defined spatial position and in particular with a defined orientation in the circumferential direction of the wire's longitudinal axis from the contact tube tip via the wire outlet end into the atomizer gas stream. The longitudinal axis of the wire is positioned at a defined angle relative to the flow center axis of the atomizer gas axis by means of the contact tube tip.

Es kann vorgesehen werden, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Kontaktrohr zumindest zweiteilig aus der Kontaktrohrspitze und einem anschließenden Kontaktrohrkanal ausgebildet ist, wobei die Kontaktrohrspitze austauschbar ausgeführt ist.It can be provided that the at least one first and/or second contact tube is formed at least in two parts from the contact tube tip and a subsequent contact tube channel, the contact tube tip being designed to be interchangeable.

In einer alternativen Ausführungsform kann es ebenfalls vorgesehen werden, das gesamte erste und/oder zweite Kontaktrohr einteilig und damit insbesondere den Bereich der Kontaktrohrspitze und den anschließenden Kontaktrohrkanal einteilig zu fertigen. Insbesondere können additive Fertigungsmethoden zur Ausbildung des einteiligen Kontaktrohres genutzt werden.In an alternative embodiment, it can also be provided to manufacture the entire first and/or second contact tube in one piece and thus in particular the area of the contact tube tip and the subsequent contact tube channel in one piece. In particular, additive manufacturing methods can be used to form the one-piece contact tube.

Weiterhin kann die einteilige Ausführungsform der Kontaktrohrspitze und des Kontaktrohrkanals derart ausgeführt werden, dass zur Vereinfachung der Fertigung des Kontaktrohres entlang der Längsachse dieses mehrteilig beispielsweise aus einer Unter- und einer Oberschale ausgebildet wird, wobei der Innenkanal zur Zuführung des Metalldrahtes anteilig aus der Ober- und Unterschale des Kontaktrohres gebildet wird.Furthermore, the one-piece embodiment of the contact tube tip and the contact tube channel can be designed in such a way that, in order to simplify the production of the contact tube along the longitudinal axis, it is formed in several parts, for example from a lower and an upper shell, with the inner channel for feeding the metal wire being made up of the upper and upper shells Lower shell of the contact tube is formed.

Besonders bevorzugt kann es vorgesehen werden, dass die Kontaktrohrspitze gegenüber dem Kontaktrohrkanal in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse drehbar ausgestaltet ist, wobei die Winkellage der Kontaktrohrspitze gegenüber dem Kontaktrohrkanal festlegbar ist. Durch die beschriebene Festlegbarkeit der Winkellage der Kontaktrohrspitze wird es ermöglicht, eine Feinjustierung der Winkellage in Drahtumfangsrichtung des zugeführten Metalldrahtes vorzunehmen, um somit die Umströmung des Metalldrahtes und der Kontaktrohrspitze gegenüber dem Zerstäubergas vornehmen zu können. In der vorbezeichneten Ausführungsform wird der Innenkanal zumindest im Bereich der Kontaktrohrspitze an das stromlinienförmige Profil des zugeführten Metalldrahtes angepasst.Particularly preferably, it can be provided that the contact tube tip is designed to be rotatable relative to the contact tube channel in the circumferential direction of the longitudinal axis of the wire, the angular position of the contact tube tip relative to the Contact tube channel can be determined. The described ability to determine the angular position of the contact tube tip makes it possible to carry out a fine adjustment of the angular position in the wire circumferential direction of the supplied metal wire, in order to be able to carry out the flow around the metal wire and the contact tube tip with respect to the atomizer gas. In the aforementioned embodiment, the inner channel is adapted to the streamlined profile of the supplied metal wire, at least in the area of the contact tube tip.

Weiterhin kann es vorgesehen werden, dass die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Vorschubeinrichtung für die eine erste und/oder mindesten eine zweite Drahtelektrode umfasst, wobei die mindestens eine Vorschubeinrichtung an den Aussenquerschnitt und die Außenform der zugeführten Drahtelektrode angepasst insbesondere stromlinienförmige Antriebselemente aufweist.Furthermore, it can be provided that the device further comprises at least one feed device for the first and/or at least one second wire electrode, wherein the at least one feed device is adapted to the external cross section and the external shape of the supplied wire electrode, in particular having streamlined drive elements.

Zusätzlich kann es vorgesehen werden, dass mindestens eine erstes und/oder zweites Kontaktrohr zumindest anteilig aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist und das Innenrohr zumindest abschnittsweise an die zugeführten ersten oder zweite Drahtelektrode zur Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung anliegt.In addition, it can be provided that at least a first and/or second contact tube is at least partially formed from an electrically conductive material and the inner tube rests at least in sections on the supplied first or second wire electrode to form an electrically conductive connection.

Es kann weiterhin vorgesehen werden, das mindestens eine erste und/oder zweite Kontaktrohr zumindest anteilig aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material auszubilden, insbesondere können dabei die Kontaktrohrspitzen und/oder die Bereiche der Drahtaustrittenden aus einem wärmebeständigen Keramikmaterial ausgeführt werden.It can further be provided that the at least one first and/or second contact tube is at least partially made of an electrically non-conductive material; in particular, the contact tube tips and/or the areas of the wire exit ends can be made of a heat-resistant ceramic material.

Zur Sicherstellung einer ausreichenden Stromzuleitung bzw. Stromabgabe an die zugeführte Drahtelektrode können bevorzugt Stromübertragungselemente, wie insbesondere Stromführungsschienen, im Bereich des Innenkanals des ersten und/oder zweiten Kontaktrohrs vorgesehen werden. Die Stromübertragungselemente können dabei gegenüber dem Innenkanal des ersten und/oder zweiten Kontaktrohrs federnd angeordnet werden, um beispielsweise ein Anliegen der Stromführungselemente an die zugeführte Drahtelektrode zu gewährleisten.To ensure sufficient power supply or power output to the supplied wire electrode, power transmission elements, such as in particular power guide rails, can preferably be provided in the area of the inner channel of the first and/or second contact tube. The current transmission elements can be opposite the inner channel of the first and/or second Contact tube can be arranged resiliently, for example to ensure that the current-carrying elements are in contact with the supplied wire electrode.

Es kann weiterhin vorgesehen werden, eine Drahtführungseinrichtung, insbesondere in Form eines Drahtführungsschlauches, vorzusehen, wobei die Drahtführungseinrichtung mindestens ein Drahtleitelement aufweist, welches einen an die Außenkontur der zugeführten Drahtelektrode angepassten Führungskanal zur Durchleitung und Ausrichtung der zuzuführenden Drahtelektrode umfasst.It can further be provided to provide a wire guide device, in particular in the form of a wire guide tube, wherein the wire guide device has at least one wire guide element, which comprises a guide channel adapted to the outer contour of the supplied wire electrode for the passage and alignment of the wire electrode to be supplied.

Erfindungsgemäß kann eine Gegenelektrode für das erste und/oder mindestens eine zweite Kontaktrohr vorgesehen werden. Die Gegenelektrode kann als feststehende Elektrode ausgeführt werden, welche besonders bevorzugt als nadelförmig ausgebildet ist.According to the invention, a counter electrode can be provided for the first and/or at least one second contact tube. The counter electrode can be designed as a fixed electrode, which is particularly preferably needle-shaped.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Drahtelektrode zum thermischen Beschichten, umfassend eine Drahtlängsachse und eine zu der Drahtlängsachse orthogonal verlaufende Querschnittsfläche, wobei die Querschnittsfläche durch eine Stromlinienform gebildet ist. Als Stromlinienform wird eine Form verstanden, welche einen minimalen Strömungswiderstand aufweist und wobei weiterhin das Auftreten hin Turbulenzen hinter der durch den Zerstäubergasstrom umströmten Querschnitt vermieden werden können.According to a second aspect, the present invention relates to a wire electrode for thermal coating, comprising a wire longitudinal axis and a cross-sectional area running orthogonally to the wire longitudinal axis, the cross-sectional area being formed by a streamlined shape. A streamlined shape is understood to be a shape which has a minimal flow resistance and whereby the occurrence of turbulence behind the cross section around which the atomizer gas flow flows can be avoided.

Die Querschnittsfläche kann bevorzugt eine erste Symmetrieachse umfassen, wobei die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der ersten Symmetrieachse als Länge a bezeichnet wird und wobei die Querschnittsfläche bevorzugt eine zweite Symmetrieachse umfasst, welche zu der ersten Symmetrieachse orthogonal verläuft und die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der zweiten Symmetrieachse als Länge b bezeichnet wird.The cross-sectional area can preferably comprise a first axis of symmetry, wherein the dimension of the cross-sectional area along the first axis of symmetry is referred to as length a and wherein the cross-sectional area preferably comprises a second axis of symmetry which is orthogonal to the first axis of symmetry and the dimension of the cross-sectional area along the second axis of symmetry is referred to as Length b is called.

Es kann vorgesehen werden, dass die Querschnittsfläche der Drahtelektrode die Form eines strömungsoptimierten Profils insbesondere eines relativ zu einer Längsachse des Querschnitts spiegelsymmetrischen Querschnittsprofils aufweist. Als strömungsoptimierte Profile können erfindungsgemäß beispielsweise NACA-Profile, Clark-Profile, ZAGI-Profile oder sonstige aus dem Bereich der Aerodynamik bzw. der Luftfahrt bekannte strömungsoptimierte Profile Verwendung finden.It can be provided that the cross-sectional area of the wire electrode has the shape of a flow-optimized profile, in particular one relative to a Longitudinal axis of the cross section has a mirror-symmetrical cross-sectional profile. According to the invention, NACA profiles, Clark profiles, ZAGI profiles or other flow-optimized profiles known from the field of aerodynamics or aviation can be used as flow-optimized profiles.

Die Länge a kann im Bereich zwischen 1,0 mm und 8,0 mm, bevorzugt im Bereich von 2,4 mm bis 8,0 mm, liegen.The length a can be in the range between 1.0 mm and 8.0 mm, preferably in the range from 2.4 mm to 8.0 mm.

Das Längenverhältnis a/b kann im Bereich von 0,3 bis 0,95, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,9, liegen.The aspect ratio a/b can be in the range from 0.3 to 0.95, preferably in the range from 0.5 to 0.9.

Das thermische Beschichten mittels Drahtlichtbogenspritzen ist besonders geeignet zur Herstellung von Zink-Beschichtungen auf Oberflächen. Zink kann besonders gut mittels Drahtbogenspritzen verarbeitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Drahtelektrode daher als wesentlichen Anteil Zink sowie dessen Legierungen. Bevorzugt besteht der erfindungsgemäße Metalldraht aus Zink und/oder dessen Legierungen.Thermal coating using wire arc spraying is particularly suitable for producing zinc coatings on surfaces. Zinc can be processed particularly well using wire arch spraying. In a preferred embodiment, the wire electrode therefore comprises zinc and its alloys as a significant proportion. The metal wire according to the invention preferably consists of zinc and/or its alloys.

Eine bevorzugte Zinklegierung umfasst Aluminium, Kupfer, Magnesium und/oder Titan, wobei mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen wird. Weiterhin kann die Legierung gegebenenfalls Verunreinigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,07 Gew.-%, oder weniger aufweisen. Verunreinigungen sind dabei typische Verunreinigungen, die von den für die Legierung verwendeten Metallen stammen.A preferred zinc alloy includes aluminum, copper, magnesium and/or titanium, balanced with zinc to 100% by weight. Furthermore, the alloy may optionally contain impurities in a proportion of 0.1% by weight, preferably 0.07% by weight, or less. Impurities are typical impurities that come from the metals used for the alloy.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Zinkdraht aus einer Zinklegierung, welche einen Aluminiumgehalt von 0,01 bis 35 Gew.-% und/oder einen Kupfergehalt von 0,01 bis 15 Gew.-% und/oder einen Magnesiumgehalt von 0,01 bis 10 Gew.-% und/oder einen Titangehalt von 0,01 bis 5 Gew.-% und mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen aufweist, wobei die Legierung gegebenenfalls Verunreinigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-% oder weniger aufweist.In a preferred embodiment, the zinc wire consists of a zinc alloy which has an aluminum content of 0.01 to 35% by weight and/or a copper content of 0.01 to 15% by weight and/or a magnesium content of 0.01 to 10 % by weight and/or a titanium content of 0.01 to 5% by weight and balanced with zinc to 100% by weight, the alloy optionally having impurities in a proportion of 0.1% by weight or less .

Erfindungsgemäß kann die Drahtelektrode somit aus einer Legierung bestehen, welche nur Aluminium und Zink oder nur Kupfer und Zink oder nur Magnesium und Zink oder nur Titan und Zink enthält. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, dass die Legierung neben Zink zwei, drei oder alle vier ausgewählt aus der Gruppe aus Aluminium, Kupfer, Magnesium und Titan enthält.According to the invention, the wire electrode can therefore consist of an alloy which contains only aluminum and zinc or only copper and zinc or only magnesium and zinc or only titanium and zinc. However, according to the invention, it is also possible for the alloy to contain, in addition to zinc, two, three or all four selected from the group of aluminum, copper, magnesium and titanium.

Eine erfindungsgemäße Zinklegierung weist einen Aluminiumgehalt von 0,01 bis 35 Gew.-% und einen Kupfergehalt von 0,01 bis 15 Gew.-% und einen Magnesiumgehalt von 0,01 bis 10 Gew.-% und einen Titangehalt von 0,01 bis 5 Gew.-% und mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen auf, wobei die Legierung gegebenenfalls Verunreinigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-% oder weniger aufweist.A zinc alloy according to the invention has an aluminum content of 0.01 to 35% by weight and a copper content of 0.01 to 15% by weight and a magnesium content of 0.01 to 10% by weight and a titanium content of 0.01 to 10% by weight 5% by weight and balanced to 100% by weight with zinc, the alloy optionally having impurities in a proportion of 0.1% by weight or less.

Die Zusammensetzung der Legierung als Ganzes entspricht 100 Gew.-%. Dies gilt für die zuvor sowie für die nachfolgend beschriebenen Legierungen.The composition of the alloy as a whole corresponds to 100% by weight. This applies to the alloys described above and to those described below.

Bevorzugt beträgt der Kupfergehalt von 0,01 bis 5 Gew.-%.The copper content is preferably from 0.01 to 5% by weight.

Der Magnesiumgehalt einer erfindungsgemäßen Legierung beträgt bevorzugt von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere von 0,01 bis 5 Gew.-%.The magnesium content of an alloy according to the invention is preferably from 0.01 to 10% by weight, in particular from 0.01 to 5% by weight.

Der Titangehalt liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 2,5 Gew.-%, insbesondere im Bereich vin 0,01 bis 1 Gew.-%.The titanium content is preferably in the range from 0.01 to 2.5% by weight, in particular in the range from 0.01 to 1% by weight.

Anstelle einer Drahtelektrode aus Zink oder dessen Legierungen kann erfindungsgemäß ebenso bevorzugt eine Drahtelektrode aus Aluminium oder dessen Legierungen eingesetzt werden. Die Drahtelektrode besteht insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung.According to the invention, instead of a wire electrode made of zinc or its alloys, a wire electrode made of aluminum or its alloys can also preferably be used. The wire electrode consists in particular of aluminum or an aluminum alloy.

Bevorzugte Aluminium-Legierungen weisen neben Aluminium zumindest ein, zwei oder mehrere weitere Metalle ausgewählt aus der Gruppe, die aus Zink, Magnesium, Silizium, Titan und Indium besteht, auf. Der Anteil an Aluminium beträgt zumindest 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, welches 100 Gew.-% beträgt.In addition to aluminum, preferred aluminum alloys have at least one, two or more other metals selected from the group consisting of zinc, Magnesium, silicon, titanium and indium consist of. The proportion of aluminum is at least 50% by weight based on the total weight of the alloy, which is 100% by weight.

Eine bevorzugte Aluminium-Legierung weist Zink in einem Anteil von 0,01 bis 50 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.A preferred aluminum alloy has zinc in a proportion of 0.01 to 50% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Magnesium in einem Anteil von 0 bis 20 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.A further preferred aluminum alloy has magnesium in a proportion of 0 to 20% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Silizium in einem Anteil von 0 bis 20 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.A further preferred aluminum alloy has silicon in a proportion of 0 to 20% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Titan in einem Anteil von 0 bis 5 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.A further preferred aluminum alloy has titanium in a proportion of 0 to 5% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Indium in einem Anteil von 0 bis 5 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.A further preferred aluminum alloy has indium in a proportion of 0 to 5% by weight, supplemented with aluminum to 100% by weight.

Erfindungsgemäß kann die Aluminium-Legierung auch zwei oder mehr Metalle in den genannten Bereichen enthalten. Auch in diesem Fall beträgt der Anteil an Aluminium zumindest 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung.According to the invention, the aluminum alloy can also contain two or more metals in the ranges mentioned. In this case too, the proportion of aluminum is at least 50% by weight based on the total weight of the alloy.

Besteht die Drahtelektrode aus einem Metall an sich, vorzugsweise aus Zink oder Aluminium, so beträgt die Reinheit des Metalls vorzugsweise 99,9%, insbesondere 99,94%, bevorzugt 99,95%, insbesondere bevorzugt 99,99%.If the wire electrode consists of a metal per se, preferably zinc or aluminum, the purity of the metal is preferably 99.9%, in particular 99.94%, preferably 99.95%, particularly preferably 99.99%.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum thermischen Beschichten von Oberflächen mittels Drahtlichtbogen, umfassend die Schritte:

  • Zuführen einer ersten Drahtelektrode mit einem stromlinienförmigen Querschnitt, bevorzugt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung und gebildet aus dem Beschichtungsmaterial über ein erstes Kontaktrohr, bevorzugt mit den Merkmalen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und optionales Zuführen mindestens einer zweiten Drahtelektrode gebildet aus dem Beschichtungsmaterial über mindestens ein weites Kontaktrohr,
  • Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der ersten Drahtelektrode und mindestens einer Gegenelektrode oder mindestens einer zweiten Drahtelektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Drahtelektrode und der mindestens einen Gegenelektrode oder mindestens einen zweiten Drahtelektrode, und
  • Ausstoßen eines Zerstäubergases zum Austragen von Metalltropfen der aufgeschmolzenen einen ersten Drahtelektrode oder optional mindestens einen zweiten Drahtelektrode entlang einer Strömungsmittelachse auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Werkstücks.
According to a third aspect, the present invention relates to a method for thermally coating surfaces using a wire arc, comprising the steps:
  • Supplying a first wire electrode with a streamlined cross section, preferably according to the second aspect of the present invention and formed from the coating material via a first contact tube, preferably with the features according to the first aspect of the present invention and optionally supplying at least a second wire electrode formed from the coating material via at least one wide contact tube,
  • Generating an arc between the first wire electrode and at least one counter electrode or at least one second wire electrode by applying an electrical voltage between the first wire electrode and the at least one counter electrode or at least one second wire electrode, and
  • Ejecting an atomizer gas for discharging metal drops of the melted first wire electrode or optionally at least one second wire electrode along a flow center axis onto a surface of a workpiece to be coated.

Bevorzugt kann es vorgesehen werden, dass das eine erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und/oder die Drahtenden konzentrisch von dem Zerstäubergas umströmt werden.It can preferably be provided that the atomizer gas flows concentrically around the first contact tube and the at least one second contact tube and/or the wire ends.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden, dass das eine erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und das erste Drahtende und die mindestens eine zweite Gegenelektrode oder nur das ein erste Drahtende und die mindestens eine zweite Gegenelektrode konzentrisch vom Zerstäubergas umströmt werden.According to the invention, it can be provided that the one first contact tube and the at least one second contact tube and the first wire end and the at least one second counter electrode or only the one first wire end and the at least one second counter electrode are concentrically flowed around by the atomizer gas.

Weiterhin können die Kontaktrohrspitzen in einem Winkel zur Strömungsmittelachse angeordnet werden.Furthermore, the contact tube tips can be arranged at an angle to the flow center axis.

Es kann vorgesehen werden, dass der Winkel zwischen der Kontaktrohrspitze und der Strömungsmittelachse einen Winkel im Bereich von 5 bis 90° beträgt.It can be provided that the angle between the contact tube tip and the flow center axis is an angle in the range of 5 to 90°.

Im Nachfolgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren vorteilhafte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.Advantageous exemplary embodiments of the present invention are presented below with reference to the attached figures.

Erfindungsgemäß kann eine Verwendung der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschichten, bevorzugt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen werden.According to the invention, use of the device according to the first aspect of the invention for carrying out a method for thermal coating, preferably according to the third aspect of the invention, can be provided.

Erfindungsgemäß kann eine Verwendung eines Metalldrahtes als Drahtelektrode gemäß zweitem Aspekt der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschichten, bevorzugt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen werden.According to the invention, use of a metal wire as a wire electrode according to the second aspect of the invention for carrying out a method for thermal coating, preferably according to the third aspect of the invention, can be provided.

Es zeigen:

Fig. 1
die schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen;
Fig. 2
eine schematische Ansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen;
Fig. 3A
eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Metalldrahtes mit einem stromlinienförmigen Querschnitt;
Fig. 3B
eine Detailansicht des Querschnittes des erfindungsgemäßen Metalldrahtes gemäß Figur 3A;
Fign. 4A - 4E
Detailanschichten verschiedener beispielhafter Querschnitte eines erfindungsgemäßen Metalldrahtes.
Show it:
Fig. 1
the schematic view of a first exemplary embodiment of a device according to the invention for thermal coating using a wire arc;
Fig. 2
a schematic view of a second exemplary embodiment of a device for thermal coating using a wire arc;
Fig. 3A
a schematic representation of a first exemplary embodiment of a metal wire according to the invention with a streamlined cross section;
Fig. 3B
a detailed view of the cross section of the metal wire according to the invention according to Figure 3A;
Figs. 4A - 4E
Detailed layers of various exemplary cross sections of a metal wire according to the invention.

In der Fig. 1 ist die schematische Gesamtansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen dargestellt. Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung umfasst ein erstes Kontaktrohr 21, eine Gegenelektrode 20 mit einer Elektrodenspitze 201 sowie eine Zerstäubergasdüse 25. Das erste Kontaktrohr 21 weist einen Innenkanal 200 zur Zuführung einer ersten Drahtelektrode 41 und eine Kontaktrohrspitze 230 mit einer Austrittsöffnung 220 für die erste Drahtelektrode 41 auf. An die über das eine erste Kontaktrohr 21 zugeführte erste Drahtelektrode 41 und die Gegenelektrode 20 wird eine elektrische Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens angelegt. Der elektrische Lichtbogen bewirkt das lokale Aufschmelzen der zugeführten ersten Drahtelektrode 41 im Bereich der Metalldrahtspitze 43, welche aus der Austrittsöffnung 220 des ersten Kontaktrohrs 21 austritt. Die Gegenelektrode 20 ist in der dargestellten Ausführungsform beispielhaft als einteilige nadelförmige Elektrode ausgeführt welche mittels eines zweiten Kontaktrohrs 22 positioniert und geführt ist. Während der Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird kontinuierlich über das erste Kontaktrohr 21 die erste Drahtelektrode 41 zugeführt. Der elektrische Lichtbogen zwischen dem Drahtende 43 der ersten Drahtelektrode 41 und der Gegenelektrode 21 wird während der Durchführung des Beschichtungsverfahren kontinuierlich aufrechterhalten. Zur Kompensation des aufgeschmolzenen und über das Zerstäubergas ausgetragenen Materials der ersten Drahtelektrode 41 wird diese kontinuierlich über das erste Kontaktrohr 21 zugeführt. Für die Zuführung der ersten Drahtelektrode 21 kann mindestens eine Vorschubeinrichtung vorgesehen werden, welche wiederum Antriebselemente zur Förderung der ersten Drahtelektrode 41 umfasst. Die Fördergeschwindigkeit der ersten Drahtelektrode 41 kann variiert und insbesondere an die ausgewählte Drahtstärke bzw. die Größe der Querschnittsfläche der ersten Drahtelektrode 41 angepasst werden. In entsprechender Weise können erfindungsgemäß auch weitere Metallelektroden über das mindestens eine zweite Kontaktrohr 22 kontinuierlich zugeführt. Erfindungsgemäß können für Metalldrähte aus Zn Spannungen im Bereich von 15 bis 21 Volt, für Metalldrähte gebildet aus ZnAI Spannungen von 18 bis 19 Volt genutzt werden, wobei die Stromstärke im Bereich von 80A bis 1500 A in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit und/oder des Drahtquerschnitts gewählt werden. Allgemein können für Metalldrähte zur Ausbildung des Lichtbogens Spannungen im Bereich von etwa 18 bis 40V erfindungsgemäß Verwendung finden. Wie in der Fig. 1 dargestellt kann erfindungsgemäß jedoch auch ein Lichtbogen zwischen der kontinuierlich zugeführten bzw. nachgeführten ersten Drahtelektrode 41 und einer nicht aufschmelzenden Gegenelektrode 21 ausgebildet werden. Die Gegenelektrode 21 kann dabei ebenfalls über ein zweite Kontaktrohr 22 in der Raumlage festgelegt werden. Die Gegenelektrode 21 steht dabei fest wird nicht aufgeschmolzen und muss daher auch nicht nachgeführt werden.In the Fig. 1 the schematic overall view of a first exemplary embodiment of a device according to the invention for thermal coating using a wire arc is shown. The tool device according to the invention comprises a first contact tube 21, a counter electrode 20 with an electrode tip 201 and an atomizer gas nozzle 25. The first contact tube 21 has an inner channel 200 for supplying a first wire electrode 41 and a contact tube tip 230 with an outlet opening 220 for the first wire electrode 41. An electrical voltage is applied to the first wire electrode 41 supplied via the first contact tube 21 and the counter electrode 20 to form an electrical arc. The electric arc causes the supplied first wire electrode 41 to melt locally in the area of the metal wire tip 43, which emerges from the outlet opening 220 of the first contact tube 21. In the embodiment shown, the counter electrode 20 is designed, for example, as a one-piece needle-shaped electrode which is positioned and guided by means of a second contact tube 22. While using the device according to the invention to carry out the method according to the invention, the first wire electrode 41 is continuously supplied via the first contact tube 21. The electric arc between the wire end 43 of the first wire electrode 41 and the counter electrode 21 is continuously maintained while performing the coating process. To compensate for the material of the first wire electrode 41 that has melted and is discharged via the atomizer gas, it is continuously supplied via the first contact tube 21. At least one feed device can be provided for feeding the first wire electrode 21, which in turn comprises drive elements for conveying the first wire electrode 41. The conveying speed of the First wire electrode 41 can be varied and in particular adapted to the selected wire thickness or the size of the cross-sectional area of the first wire electrode 41. In a corresponding manner, according to the invention, further metal electrodes can also be continuously supplied via the at least one second contact tube 22. According to the invention, voltages in the range of 15 to 21 volts can be used for metal wires made of Zn, and voltages of 18 to 19 volts for metal wires made of ZnAl can be used, with the current strength in the range of 80A to 1500 A being selected depending on the feed speed and / or the wire cross section . In general, voltages in the range of approximately 18 to 40V can be used according to the invention for metal wires to form the arc. Like in the Fig. 1 However, according to the invention, an arc can also be formed between the continuously supplied or tracked first wire electrode 41 and a non-melting counter electrode 21. The counter electrode 21 can also be fixed in the spatial position via a second contact tube 22. The counter electrode 21 is stationary and does not melt and therefore does not need to be adjusted.

Aus der Zerstäubergasdüse 25 wird ein Zerstäubergas 30 zum Austragen geschmolzener Metalltropfen der ersten Drahtelektrode 41 entlang der Zerstäubergasströmung 310 ausgestoßen.An atomizer gas 30 for discharging molten metal drops from the first wire electrode 41 along the atomizer gas flow 310 is ejected from the atomizer gas nozzle 25.

Das erste Kontaktrohr 21 und die eine Gegenelektrode 20 sind mit in Ausstoßrichtung 310 des Zerstäubergases 30 aufeinander zulaufender Spitze 201 bzw. Drahtende 43 angeordnet. Die Außenfläche 230 des ersten Kontaktrohres 21 weist in der dargestellten Ausführungsform einen stromlinienförmigen Querschnitt auf. Die mittels der Zerstäubergasströmung 310 des Zerstäubergases 30 ausgestoßenen flüssigen Metalltropfen der aufgeschmolzenen ersten Drahtelektrode 41 werden mit dem Zerstäubergasstrom 310 gegen eine zu beschichtende Oberfläche 100 eines zu beschichtenden Werkstoffes 10 ausgestossen.The first contact tube 21 and the one counter electrode 20 are arranged with the tip 201 or wire end 43 converging in the ejection direction 310 of the atomizing gas 30. The outer surface 230 of the first contact tube 21 has a streamlined cross section in the illustrated embodiment. The liquid metal drops of the melted first wire electrode 41 ejected by means of the atomizer gas flow 310 of the atomizer gas 30 are ejected with the atomizer gas stream 310 against a surface 100 of a material 10 to be coated.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Fig. 2 wurde die Gegenelektrode 20 in dem zweiten Kontaktrohr 22 durch eine zweite Drahtelektrode 42 ersetzt, wobei das zweite Kontaktrohr 22 einen Innenkanal 200 zur Zuführung der zweiten Drahtelektrode 42 umfasst. Das erste und zweite Kontaktrohr 21, 22 sind mit in Ausstoßrichtung 310 des Zerstäubergases 30 aufeinander zulaufenden Drahtenden 43 bzw. Innenkanälen 200 angeordnet.The Fig. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for thermal coating using a wire arc. In the exemplary embodiment shown Fig. 2 the counter electrode 20 in the second contact tube 22 was replaced by a second wire electrode 42, the second contact tube 22 comprising an inner channel 200 for supplying the second wire electrode 42. The first and second contact tubes 21, 22 are arranged with wire ends 43 or inner channels 200 that converge towards one another in the ejection direction 310 of the atomizer gas 30.

In der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die elektrische Spannung an das erste Kontaktrohr 21 sowie das zweite Kontaktrohr 22 angelegt, derart, dass der elektrische Strom auf die zugeführten ersten Drahtelektrode 41 und die zweiten Drahtelektrode 42 übertragen wird, so dass sich in der Folge zwischen den beiden Drahtenden 43 der ersten und zweiten Drahtelektrode 41, 42 der elektrische Lichtbogen ausbildet und im Bereich der beiden Drahtenden 43 die erste und zweite Drahtelektrode 41, 42 lokal aufgeschmolzen wird.In the embodiment shown according to Fig. 2 the electrical voltage is applied to the first contact tube 21 and the second contact tube 22, such that the electrical current is transmitted to the supplied first wire electrode 41 and the second wire electrode 42, so that there is subsequently between the two wire ends 43 of the first and second wire electrode 41, 42 forms the electric arc and in the area of the two wire ends 43 the first and second wire electrodes 41, 42 are locally melted.

Die aufgeschmolzenen Metalltropfen der ersten und zweiten Drahtelektrode 41 und 42 werden durch das Ausstoßen eines Zerstäubergases 30 über die Zerstäubergasdüse 25 über den resultierenden Zerstäubergasstrom 310 gegen eine zu beschichtende Oberfläche 100 eines zu beschichtenden Werkstoffs 10 ausgestossen.The molten metal drops of the first and second wire electrodes 41 and 42 are ejected by expelling an atomizer gas 30 via the atomizer gas nozzle 25 via the resulting atomizer gas stream 310 against a surface 100 of a material 10 to be coated.

Die Fig. 3A zeigt eine schematische Ansicht eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen Drahtelektrode 40 mit einem stromlinienförmigen Querschnitt 44, wobei die Drahtelektrode 40 entlang einer Drahtlängsachse 45 verläuft. Wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, kann die Drahtelektrode 40 Windungen und Biegungen entlang der Drahtlängsachse 45 aufweisen, insofern muss die Längsachse 45 nicht unbedingt entlang einer Geraden verlaufen. In der Fig. 3A ist ebenfalls die Umfangsrichtung 47 der Drahtlängsachse 45 dargestellt. Die Drahtelektrode 40 mit stromlinienförmigem Querschnitt 44 kann je nach Verwendung die erste Drahtelektrode 41 oder zweite Drahtelektrode 42 bilden.3A shows a schematic view of a section of a wire electrode 40 according to the invention with a streamlined cross section 44, the wire electrode 40 running along a longitudinal axis 45 of the wire. As shown in FIG. 3A, the wire electrode 40 can have turns and bends along the longitudinal axis 45 of the wire, so the longitudinal axis 45 does not necessarily have to run along a straight line. The circumferential direction 47 of the wire longitudinal axis 45 is also shown in FIG. 3A. The wire electrode 40 with a streamlined cross section 44 can form the first wire electrode 41 or second wire electrode 42 depending on the use.

Die Fig. 3B zeigt die vergrößerte Detailansicht eines möglichen Beispiels einer erfindungsgemäßen stromlinienförmigen Querschnittsfläche 44 der Drahtelektrode 40 sowie den Verlauf der Drahtlängsachse 45. In der Fig. 3B ist ebenfalls die Umströmung der Querschnittsfläche 44 der Drahtelektrode 40 bei seitlicher Anströmung dargestellt, wobei aufgrund der Vorsehung des stromlinienförmigen Querschnitts 44 eine laminare und anliegende Strömung ohne Wirbel realisiert werden kann.3B shows the enlarged detailed view of a possible example of a streamlined cross-sectional area 44 of the wire electrode 40 according to the invention and the course of the wire's longitudinal axis 45. The flow around the cross-sectional area 44 of the wire electrode 40 with lateral flow is also shown in FIG. 3B, due to providence of the streamlined cross section 44, a laminar and adjacent flow can be realized without vortices.

Die Figuren 4A bis 4E zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines stromlinienförmigen Querschnittes 44 erfindungsgemäßer Drahtelektroden 40.The Figures 4A to 4E show further exemplary embodiments of a streamlined cross section 44 of wire electrodes 40 according to the invention.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen, umfassend: - ein erstes Kontaktrohr (21), - mindestens ein zweites Kontaktrohr (22) und - eine Zerstäubergasdüse (25), wobei die Kontaktrohre (21, 22) jeweils einen Innenkanal (200) zur Zuführung einer Drahtelektrode (41, 42) mit einem stromlinienförmigen Querschnitt (44) bevorzugt nach einem der Ansprüche 7 bis 11 zu einem Drahtaustrittsende aufweisen, wobei an die, über das erste Kontaktrohr und mindestens ein zweites Kontaktrohr (21, 22) zugeführte Drahtelektroden (41, 42) eine Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens zum Aufschmelzen der Drahtelektroden (41, 42) anlegbar ist, wobei aus der Zerstäubergasdüse (25) ein Zerstäubergas (30) zum Austragen aufgeschmolzener Metalltropfen entlang der Zerstäubergasströmung (310) ausstoßbar ist, wobei das erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr (21, 22) mit in Ausstoßrichtung (310) des Zerstäubergases (30) aufeinander zulaufenden Innenkanälen (200) und einander gegenüberliegenden Drahtaustrittsenden angeordnet sind, und wobei die Außenfläche (230) der Kontaktrohre (21, 22) einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweisen und/oder die Querschnittsfläche (203) des Innenkanals (200) der Kontaktrohre (21, 22) zumindest abschnittsweise an den stromlinienförmigen Querschnitt (44) der zugeführten Drahtelektroden (41) angepasst sind. 1. Device for thermal coating using a wire arc, comprising: - a first contact tube (21), - at least one second contact tube (22) and - an atomizer gas nozzle (25), wherein the contact tubes (21, 22) each have an inner channel (200) for supplying a wire electrode (41, 42) with a streamlined cross section (44), preferably according to one of claims 7 to 11, to a wire exit end, wherein a voltage for forming an electrical arc for melting the wire electrodes (41, 42) can be applied to the wire electrodes (41, 42) supplied via the first contact tube and at least one second contact tube (21, 22), wherein from the atomizer gas nozzle (25 ) an atomizer gas (30) can be ejected for discharging molten metal drops along the atomizer gas flow (310), wherein the first contact tube and the at least one second contact tube (21, 22) are arranged with inner channels (200) which converge towards one another in the ejection direction (310) of the atomizer gas (30) and wire outlet ends lying opposite one another, and wherein the outer surface (230) of the contact tubes (21, 22) have a streamlined cross-section and/or the cross-sectional area (203) of the inner channel (200) of the contact tubes (21, 22) at least in sections corresponds to the streamlined cross-section (44) of the supplied wire electrodes ( 41) are adapted. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Kontaktrohr und das mindestens zweite Kontaktrohr (21, 22) bevorzugt gegenüber dem Kontaktrohrkanal (200) in Umfangsrichtung (47) der Drahtelektrodenlängsachse (45) drehbar ausgestaltet sind, wobei die Winkellage festlegbar ist. 2. Device according to claim 1, wherein the first contact tube and the at least second contact tube (21, 22) are preferably designed to be rotatable relative to the contact tube channel (200) in the circumferential direction (47) of the wire electrode longitudinal axis (45), the angular position being definable. 3. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Vorschubeinrichtung für die eine erste und mindestens eine zweite Drahtelektrode (41, 42) umfasst, wobei die mindestens eine Vorschubeinrichtung an den Querschnitt (44) des zugeführten Metalldrahts (40) angepasste, insbesondere stromlinienförmige, Antriebselemente aufweist. 3. Device according to one of the preceding claims, wherein the device further comprises at least one feed device for the first and comprises at least one second wire electrode (41, 42), wherein the at least one feed device has drive elements adapted to the cross section (44) of the supplied metal wire (40), in particular streamlined. 5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens eine Drahtführungseinrichtung, insbesondere in Form eines Drahtführungsschlauches, wobei die Drahtführungseinrichtung mindestens ein Drahtleitelement aufweist, welches einen an den Querschnitt (44) der zugeführten Drahtelektrode (41, 42) angepassten Führungskanal zur Durchleitung und Ausrichtung der zuzuführenden Drahtelektrode (41, 42) umfasst. 5. Device according to one of the preceding claims, further comprising at least one wire guide device, in particular in the form of a wire guide tube, the wire guide device having at least one wire guide element which has a guide channel adapted to the cross section (44) of the supplied wire electrode (41, 42) for the passage and Alignment of the wire electrode (41, 42) to be supplied includes. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, wobei die Gegenelektrode (20) nadelförmig ausgebildet ist. 6. Device according to claims 1-5, wherein the counter electrode (20) is needle-shaped. 7. Drahtelektrode (40) zum thermischen Beschichten, umfassend eine Drahtlängsachse (45) und eine zu der Drahtlängsachse (45) orthogonal verlaufende Querschnittsfläche (44), wobei die Querschnittsfläche (44) durch eine Stromlinienform so ausgebildet ist, dass das anströmende Zerstäubergas (30) mit einem minimalen Strömungswiderstand die Drahtelektrode umströmt und Turbulenzen hinter der Drahtelektrode vermieden werden 7. Wire electrode (40) for thermal coating, comprising a wire longitudinal axis (45) and a cross-sectional area (44) running orthogonally to the wire longitudinal axis (45), the cross-sectional area (44) being designed by a streamlined shape in such a way that the inflowing atomizer gas (30 ) flows around the wire electrode with minimal flow resistance and turbulence behind the wire electrode is avoided 8. Drahtelektrode (40) nach dem Anspruch 7, wobei die Querschnittsfläche eine erste Symmetrieachse umfasst und die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der ersten Symmetrieachse als Länge a bezeichnet wird und wobei die Querschnittsfläche (44) bevorzugt eine zweite Symmetrieachse umfasst, welche zu der ersten Symmetrieachse orthogonal verläuft und die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der zweiten Symmetrieachse als Länge b bezeichnet wird. 8. Wire electrode (40) according to claim 7, wherein the cross-sectional area comprises a first axis of symmetry and the dimension of the cross-sectional area along the first axis of symmetry is referred to as length a and wherein the cross-sectional area (44) preferably comprises a second axis of symmetry which is related to the first axis of symmetry runs orthogonally and the dimension of the cross-sectional area along the second axis of symmetry is referred to as length b. 9. Drahtelektrode (40) nach Anspruch 8, wobei die Länge a im Bereich zwischen 1,0 mm und 8,0 mm, bevorzugt im Bereich von 2,4 mm bis 8,0 mm, liegt. 9. Wire electrode (40) according to claim 8, wherein the length a is in the range between 1.0 mm and 8.0 mm, preferably in the range of 2.4 mm to 8.0 mm. 10. Drahtelektrode (40) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Längenverhältnis a/b im Bereich von 0,3 bis 0,95, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,9 liegt. 10. Wire electrode (40) according to one of claims 8 or 9, wherein the aspect ratio a/b is in the range from 0.3 to 0.95, preferably in the range from 0.5 to 0.9. 11. Verfahren zum thermischen Beschichten von Oberflächen mittels Drahtlichtbogen, umfassend die Schritte: - Zuführen mindestens einer Drahtelektrode (41) mit einem stromlinienförmigen Querschnitt (44), bevorzugt nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gebildet aus dem Beschichtungsmaterial (41, 42) über ein erstes Kontaktrohr (21), bevorzugt mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; - Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der einen ersten Drahtelektrode (41) und mindestens einen zweiten Draht-/Gegenelektrode (42, 20) durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der einen ersten Drahtelektrode (41) und der mindestens einen zweiten Draht-/Gegenelektrode (42, 20), und - Ausstoßen eines Zerstäubergases (30) zum Austragen von Metalltropfen der aufgeschmolzenen einen ersten Drahtelektrode (41) entlang der Ausstoßrichtung des Zerstäubergases (310) auf die zu beschichtende Oberfläche eines Werkstücks (10). 11. Method for thermally coating surfaces using a wire arc, comprising the steps: - Supplying at least one wire electrode (41) with a streamlined cross section (44), preferably according to one of claims 7 to 10, formed from the coating material (41, 42) via a first contact tube (21), preferably with the features according to one of the claims 1 to 5; - Generating an arc between the first wire electrode (41) and at least one second wire/counter electrode (42, 20) by applying an electrical voltage between the first wire electrode (41) and the at least one second wire/counter electrode (42, 20), and - Ejecting an atomizer gas (30) for discharging metal drops from the melted first wire electrode (41) along the ejection direction of the atomizer gas (310) onto the surface of a workpiece (10) to be coated. 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das eine erste Kontaktrohr (21, 22) und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und die Drahtenden (43) oder nur die Drahtenden (43) konzentrisch von Zerstäubergas (30) umströmt werden. 12. The method according to claim 11, wherein the first contact tube (21, 22) and the at least one second contact tube and the wire ends (43) or only the wire ends (43) are concentrically flowed around by atomizing gas (30). 13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das eine erste Kontaktrohr (21, 22) und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und das erste Drahtende und die mindestens eine zweite Gegenelektrode (43) oder nur das eine erste Drahtende (43) und die mindestens eine zweite Gegenelektrode konzentrisch von Zerstäubergas (30) umströmt werden. 13. The method according to claim 11, wherein the one first contact tube (21, 22) and the at least one second contact tube and the first wire end and the at least one second counter electrode (43) or only the one first wire end (43) and the at least one second Counterelectrode is flowed concentrically by atomizer gas (30). 14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschichten, bevorzugt nach einem der Ansprüche 10 bis 11. 14. Use of the device according to one of claims 1 to 5 for carrying out a method for thermal coating, preferably according to one of claims 10 to 11. 15. Verwendung eines Metalldrahtes als Drahtelektrode nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschichten, bevorzugt nach einem der Ansprüche 11 bis 13. 15. Use of a metal wire as a wire electrode according to one of claims 7 to 10 for carrying out a method for thermal coating, preferably according to one of claims 11 to 13.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017007398A1 (en) * 2017-08-04 2018-02-22 Daimler Ag Arc wire burner and arc wire spraying equipment

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