WO2019048431A1 - Vorrichtung und verfahren zum lichtbogendrahtspritzen - Google Patents

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WO2019048431A1
WO2019048431A1 PCT/EP2018/073755 EP2018073755W WO2019048431A1 WO 2019048431 A1 WO2019048431 A1 WO 2019048431A1 EP 2018073755 W EP2018073755 W EP 2018073755W WO 2019048431 A1 WO2019048431 A1 WO 2019048431A1
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wire
electric arc
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arc
axis
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PCT/EP2018/073755
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Inventor
Artur Kurz
Werner Roth
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Gebr. Heller Maschinenfabrik Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/224—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material having originally the shape of a wire, rod or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying

Definitions

  • the invention relates to a Lichtbogendrahtbrenner for coating cylinder surfaces of internal combustion engines by means of electric arc wire spraying and a method for coating cylinder surfaces of internal combustion engines by means of a Lichtbogendrahtbrenners.
  • a similar burner shows the EP 1 238 711 Bl, wherein the arc runner burner is designed as an internal burner.
  • the arc wire burner according to the invention has a boom, in which two wire feed channels are arranged ⁇ . These are designed so that the wires running in the wire feed channels are both in a common plane to their respective free end, where the arc burns. Further, one or more gas ducts are provided, which are connected to a nozzle. The nozzle is directed so that a jet emerging from the nozzle is oriented perpendicular to the plane in which the wires are guided.
  • the boom is connected to a positioning device, wherein the axis of rotation of the positioning and thus immediately the axis of rotation of the boom "in front" of the arc, so that the beam is the axis of rotation and vice versa and the axis of rotation crossing the beam.
  • Boom designed in which the path of the metal droplets generated in the arc from the arc to the impact on the surface to be coated is greater than the radius of the cylinder bore to be coated.
  • the distance traveled by the metal droplet also referred to as jet length, is also greater than the radius of the cantilever.
  • the radius of the boom ⁇ be true from the distance between the axis of rotation of the strahlab- facing back side of the cantilever.
  • Such a burner has over burners with centric arc the advantage of a longer acceleration distance of the metal droplets, so that they impinge with Neill ⁇ rer speed on the cylinder bore to be coated. This can lead to increased coating quality.
  • outsourced in this way Weni ⁇ ger overspray on the boom and its nozzle. There are produced a total of less rebounding particles, the back ⁇ bouncing particles can be further cooled so that their tendency to stick is reduced, and they can be dissipated by a scavenging air stream before they hit the burner.
  • the above-mentioned geometric restrictions also allow an improvement of the suction through the cylinder bore upwards and / or down, which comes especially in holes with a small diameter to bear.
  • one or both wire feed channels guide the wire to be within the specified plane undergoes a certain curvature, this is preferably significantly lower than 90 ° ⁇ .
  • the deformation imparted to the wires is exclusively elastic in nature, so that the wires, after passing through their curvature, are fed back to the arc in a straight path. Because of the lack of plastic deformation, no relaxation processes are to be observed in the vicinity of the heating zone of the wires near the arc, which otherwise would lead to a jitter or otherwise uneven running of the wire ends. The avoidance of such dithering leads to the avoidance of uneven droplet formation and thus to an improved coating pattern.
  • Figure 1 is a coating system with a ⁇ OF INVENTION to the invention arc wire torch in a schematic side view
  • FIG. 2 shows the arcade wire burner of Figure 1 in a schematic, vertical sectional view
  • Figure 3 shows the arcade wire burner of Figure 1 and 2 in a schematic front view
  • Figure 4 shows the arcade wire burner of Figure 2 and 3 cut along the line IV - IV in Figure 3 in a schematic view.
  • a coating device 10 is illustrated with a Lichtbogendrahtbrenner 11, which serves to coat cylinder bores 12, 13 of an engine block 14.
  • the arc wire burner 11 is held on a positioning device 15 which is positioned relative to the engine block 14 such that an axis of rotation about which the arc wire burner 14 rotates is concentric with the respective center axis of the cylinder bore 12 or 13.
  • the positioning device 15 carries a symbolic illustrated in Figure 1 roller carrier 17, which holds ready for feeding the arc wire burner 11 he ⁇ required wire and rotates together with the Lichtbo ⁇ gendrahtbrenner 11 about the axis of rotation 16.
  • the wire arc torch 11 generates a ke- gel or fan-shaped beam 18 of carrier gas and ge ⁇ molten metal droplets which impinge with the beam 18 onto the tread 19, and there as a layer abla ⁇ like.
  • the arc wire burner 11 is so shallow that the source of the beam 18 is "behind" the axis of rotation 16, as seen from the beam impingement of the tread 19, i.e. the beam 18 passes through the axis of rotation 16.
  • FIG. 1 The separately in Figures 2 and 3 illustrate ⁇ clear boom 11 has at least 2 wire feed channels 20, 21, which are indicated schematically in Figure 3 and on an arc 22 through a not illustrated drive means at its ends, a consumable wire 23 , 24 is supplied.
  • the drive device may each comprise one or more drive rollers which are in frictional engagement with the respective wire 23, 24 and promote this controlled.
  • each wire 23, 24 associated with one or more power leads with contacts 25, 26, for example in the form of grinders, rollers, contact shoes or the like.
  • the power supply contacts 25, 26 are vorzugswei ⁇ se, but not necessarily, in the vicinity or at locations of the respective wire 23, 24 arranged at which it passes through a small curvature.
  • the respective wire 23, 24 on both sides of each straight curvature the curvature is so weak preferably that the Verfor ⁇ mung of the wire 23, 24 remains in the elastic range.
  • the wires 23, 24 terminate at the arc 22, which is preferably arranged centrally in or in front of a nozzle 27.
  • the nozzle 27 defines an exit direction 28, which is indicated by a dot-dash line in Figure 2 and at the same time the center axis of the e.g. cone-shaped beam 18 ( Figure 1).
  • the exit direction 28 is preferably at right angles to the axis of rotation 16.
  • the nozzle 27 is connected to at least one gas line ⁇ channel 29 which extends longitudinally through the boom 11 and the nozzle 27 process gas, for example. Nitrogen or another gas supplies.
  • the nozzle 27 may be configured to produce a core jet and an enveloping jet to form a hot metal droplet. chen carrying inner beam and an enveloping beam to shield against the atmosphere.
  • the boom 11 has a housing whose radius R Br is set as the distance of a rear, the outgoing beam 18 remote from the axis 30 of rotation 16.
  • the distance A of the arc 22 from the axis of rotation 16 is preferably at least one third, more preferably at least half as large as the radius R Br .
  • the apparent from Figure 4 outer contour of the horizontal ⁇ section of the arm 11 within a semicircle with the radius R Br remains. This is in the coating of a cylinder bore 19 in front of the boom 11 roomy space for exhaust streams for the extraction of overspray or other disturbing particles.
  • the Bohrungsradi ⁇ us R Bo of the cylinder bore 12 is at least as large as the housing radius R Br .
  • the coating system 10 described so far operates as follows:
  • the boom 11 For coating the running surface 19 of the cylinder bore 12, the boom 11 is axially retracted into the cylinder bore 12, as shown in FIG.
  • the cantilever extends parallel to the axis of rotation 16, which is at the same time the central axis of the cylinder bore 12.
  • the positioning device 15 By means of the positioning device 15 is effected Real ⁇ tivcardung between cylinder block 14 and wire arc torch 11, rotate about the axis of rotation 16 in the course of which the cylinder block 14 or the wire arc torch.
  • the two wires 23, 24 are supplied with a corresponding generator with electric power, so that between the ends of the two wires 23, 24 of the arc 22 ignites and burns.
  • the gas leading passage 29 and, if necessary, additional gas conduits, not shown, are supplied with a suitable carrier gas, for example. Nitrogen or egg ⁇ nem other gas or gas mixture, so that on by the arc 22 ablated by the wires of metal droplets from the gas jet in the jet 18 as a spray the tread 19 are worn. Control devices regulate the wire feed, the current supplied to the wires 23, 24 and / or the gas flow supplied via the gas duct 29.
  • the running surface 19 of the cylinder bore 12 is provided with a coating of solidified metal droplets all around and over the entire axial extent.
  • the metal droplets initially have no appreciable initial velocity at the arc. They are ⁇ taken from the gas jet generated by the nozzle 27 of the wire ends and accelerated in the direction of the tread 19. By the distance A between the arc 22 and the rotation axis 16, the metal droplets on passing through the axis of rotation 16 have a significant VELOCITY ⁇ resistance and are further accelerated in the rest of the way. They therefore hit the running surface 19 at high speed, which favors the layer structure and the Percentage of non-adherent metal particles that may otherwise deposit.
  • the arc wire burner according to the invention has two arranged in a common plane wire feed channels 20, 21, the wires 23, 24 lead to a Lichtbo ⁇ gene 22.
  • a relative to the arc 22 and be ⁇ réelle of the boom 11 fixed nozzle 27 produces a jet which entrains consumable metal droplets and intersects the rotational axis 16 of the arc wire burner.
  • the Ab ⁇ stand A between the arc 22 and the axis of rotation 16 is preferably at least one third, more preferably ⁇ at least half as large as the radius R Br Bren ⁇ ner and / or the radius R Bo of the bore to be coated.

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Abstract

Der erfindungsgemäße Lichtbogendrahtbrenner weist zwei in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Drahtzuführungskanäle (20, 21) auf, die Drähte (23, 24) zu einem Lichtbogen (22) führen. Eine bezüglich des Lichtbogens (22) sowie bezüglich des Auslegers (11) ortsfeste Düse (27) erzeugt einen Strahl, der abschmelzende Metalltröpfchen mitnimmt und die Drehachse (16) des Lichtbogendrahtbrenners schneidet. Der Abstand (A) zwischen dem Lichtbogen (22) und der Drehachse (16) ist dabei vorzugsweise wenigstens ein Drittel, weiter vorzugsweise wenigstens halb so groß wie der Radius (RBr) des Brenners und/oder der Radius (RBo) der zu beschichtenden Bohrung.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen
[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogendrahtbrenner zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren mittels Lichtbogendrahtspritzen sowie ein Verfahren zum Beschichten von Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren mittels eines Lichtbogendrahtbrenners.
[0002] Zum Aufbringen von dünnen Stahlschichten auf entsprechend durch Aufrauhung vorbereitete Zylinderbohrungen in einem Leichtmetallmotorblock hat sich das Lichtbogendrahtspritzen etabliert.
[0003] Die DE 10 2005 012 360 B4 zeigt dazu einen geeig¬ neten Lichtbogendrahtbrenner, der einen Ausleger aufweist, der zwei sich parallel zueinander zu einem Brennerkopf er¬ streckende Versorgungsrohre aufweist. Durch diese wird dem Lichtbogen sowohl Draht als auch ein Trägergas zugeführt, das über eine entsprechende Düse einen Strahl bildet. Die beiden dem Lichtbogen zuzuführenden Drähte werden über eine Rollenführung um 90° von der Vertikalen in die Horizontale umgelenkt, um dem Lichtbogen in gleicher Richtung zugeführt zu werden wie das den Strahl erzeugende Trägergas.
[0004] Einen ebensolchen Brenner zeigt die EP 1 238 711 Bl, wobei der Lichtbogendrahtbrenner als Innenbrenner ausgebildet ist.
[0005] Die DE 10 2013 200 062 AI beschreibt einen Bren¬ ner zum thermischen Beschichten, der mit nur einem einzigen zugeführten Draht auskommt, der dem Brenner auf der zentralen Drehachse zugeführt wird. Als Gegenelektrode dient eine massive Elektrode mit Kupfermantel und Wolframkern.
[0006] Außerdem ist aus der DE 10 2007 004 416 AI eine Vorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen bekannt, bei der zwei am Lichtbogen abschmelzende Drahtelektroden in einer Ebene dem Lichtbogen so zugeführt werden, dass der Lichtbo¬ gen auf einer zentralen Mittelachse brennt, die auch mittig zu einer zu beschichtenden Zylinderbohrung ausgerichtet ist. Eine umlaufende Gasdüse bläst den sich bildenden Me¬ tallspray dann radial gegen die Zylinderlauffläche.
[0007] Bei der Beschichtung von Zylinderbohrungen tritt eine Verschmutzung des Brenners durch Ablagerung von fehlgeleiteten Metalltröpfchen an der Brenneraustrittsdüse auf. Die Ablagerungen werden durch sogenannten „Overspray" verursacht, der z.B. von der Lauffläche rückprallende Partikel enthält. Außerdem zeigt sich, dass das bei großen Zylinderbohrungen durchaus zuverlässig arbeitende Lichtbogendraht- spritzverfahren bei kleinen Zylinderbohrungen weniger gut arbeitet .
[0008] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ei¬ nen verbesserten Lichtbogendrahtbrenner sowie ein verbessertes Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen anzugeben.
[0009] Diese Aufgabe wird mit dem Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 1 und mit dem Verfahren zum Lichtbogendrahtspritzen nach Anspruch 11 gelöst:
[0010] Der erfindungsgemäße Lichtbogendrahtbrenner weist einen Ausleger auf, in dem zwei DrahtZuführungskanäle ange¬ ordnet sind. Diese sind so ausgebildet, dass die in den DrahtZuführungskanälen laufenden Drähte beide in einer ge- meinsamen Ebene bis zu ihrem jeweiligen freien Ende verlaufen, an denen der Lichtbogen brennt. Weiter sind ein oder mehrere Gasleitungskanäle vorgesehen, die mit einer Düse verbunden sind. Die Düse ist so gerichtet, dass ein aus der Düse austretender Strahl rechtwinklig zu der Ebene orientiert ist, in der die Drähte geführt sind. Der Ausleger ist mit einer Positioniereinrichtung verbunden, wobei die Drehachse der Positioniereinrichtung und somit sogleich die Drehachse des Auslegers „vor" dem Lichtbogen liegt, so dass der Strahl die Drehachse und umgekehrt auch die Drehachse den Strahl durchquerend angeordnet ist.
[0011] Durch diese Maßnahmen wird ein insgesamt flacher
Ausleger gestaltet, bei dem der Weg der in dem Lichtbogen erzeugten Metalltröpfchen von dem Lichtbogen bis zum Auftreffen auf der zu beschichtenden Fläche größer ist, als der Radius der zu beschichtenden Zylinderbohrung. Vorzugsweise ist der von dem Metalltröpfchen zurückgelegte Weg, der auch als Strahllänge bezeichnet wird, außerdem größer als der Radius des Auslegers. Der Radius des Auslegers be¬ stimmt sich aus dem Abstand der Drehachse von der strahlab- gewandten Rückseite des Auslegers.
[0012] Ein solcher Brenner hat gegenüber Brennern mit zentrischem Lichtbogen den Vorteil einer längeren Beschleunigungsstrecke der Metalltröpfchen, so dass diese mit höhe¬ rer Geschwindigkeit auf der zu beschichtenden Zylinderbohrung auftreffen. Dies kann zu einer erhöhten Beschichtungs- qualität führen. Außerdem lagert sich auf diese Weise weni¬ ger Overspray an dem Ausleger und seiner Düse ab. Es werden insgesamt weniger rückprallende Partikel erzeugt, die rück¬ prallenden Partikel können weiter abgekühlt sein, so dass ihre Anhaftungsneigung reduziert ist, und sie können von einem Spülluftstrom abgeführt werden, bevor sie den Brenner treffen . [0013] Die oben angegebenen geometrischen Restriktionen ermöglichen auch eine Verbesserung der Absaugung durch die Zylinderbohrung nach oben und/oder unten, was insbesondere bei Bohrungen mit geringem Durchmesser zum Tragen kommt.
[0014] Der vergrößerte Abstand zwischen Lichtbogen und zu beschichtender Oberfläche verringert den Wärmeeintrag in die zu beschichtende Oberfläche. Dies kann der Qualität der erzeugten Beschichtung zu Gute kommen. Insbesondere ermöglicht die neue Form des Lichtbogendrahtbrenners nun auch die Beschichtung von Zylinderbohrungen mit besonders geringem Durchmesser, was dem Trend zur Verkleinerung von Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge entgegenkommt. Weitere Maßnahmen, die zu den oben genannten Vorzügen führen, finden sich insbesondere in den Ansprüchen 2 bis 10.
[0015] Die Führung der beiden Drähte in einer Ebene mit oder ohne Krümmung kommt einer flachen Bauform des Brenners entgegen. Außerdem treten dadurch im Vergleich zu Brennern mit 90 ° -Umlenkung der Drähte bei der Erfindung wesentlich geringere Störungen des Lichtbogens auf. Ohne wesentliche Umlenkung, insbesondere ohne 90 ° -Umlenkung, werden Stick- Slip-Effekte zwischen Draht und Drahtführung vermieden, die ansonsten zu einer ungleichmäßigen Drahtförderung und somit einer Fluktuation der Drahtfördergeschwindigkeit führen könnten. Neben der gleichmäßigeren DrahtZuführung wird außerdem als weiterer Vorteil eine geringere Vorschubkraft und somit eine kleinere Antriebsleistung benötigt. Auch entsteht weniger Drahtabrieb und ein geringerer Verschleiß an etwaigen Führungsteilen, wie insbesondere Keramikführungen oder dergleichen.
[0016] Wenn ein oder beide DrahtZuführungskanäle den Draht so führen, dass er innerhalb der festgelegten Ebene eine gewisse Krümmung erfährt, ist diese vorzugsweise deut¬ lich geringer als 90°. Besonders vorzugsweise ist die den Drähten mitgeteilte Verformung ausschließlich elastischer Natur, so dass die Drähte nach Durchlaufen ihrer Krümmung dem Lichtbogen wieder auf geradem Wege zugeführt werden. Wegen der fehlenden plastischen Verformung sind im Bereich der dem Lichtbogen nahen Erwärmungszone der Drähte auch keine Entspannungsvorgänge zu beobachten, die ansonsten zu einem Zittern oder auf andere Art unruhigem Lauf der Drahtenden führen würden. Die Vermeidung solcher Zitterbewegungen führt zur Vermeidung von ungleichmäßiger Tropfenbildung und somit zu einem verbesserten Beschichtungsbild .
[0017] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Ansprüchen, insbesondere Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der zugehörigen Beschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
[0018] Figur 1 eine Beschichtungsanlage mit einem erfin¬ dungsgemäßen Lichtbogendrahtbrenner in schematisierter Seitenansicht,
[0019] Figur 2 den Lichtbogendrahtbrenner nach Figur 1 in einer schematisierten, vertikal geschnittenen Darstellung,
[0020] Figur 3 den Lichtbogendrahtbrenner nach Figur 1 und 2 in einer schematisierten Vorderansicht und
[0021] Figur 4 den Lichtbogendrahtbrenner nach Figur 2 und 3 geschnitten entlang der Linie IV - IV in Figur 3 in schematisierter Ansicht. [0022] In Figur 1 ist eine Beschichtungseinrichtung 10 mit einem Lichtbogendrahtbrenner 11 veranschaulicht, der zur Beschichtung von Zylinderbohrungen 12, 13 eines Motorblocks 14 dient. Der Lichtbogendrahtbrenner 11 ist an einer Positioniereinrichtung 15 gehalten, die relativ zu dem Motorblock 14 so positioniert ist, dass eine Drehachse, um die der Lichtbogendrahtbrenner 14 dreht, konzentrisch zu der jeweiligen Mittelachse der Zylinderbohrung 12 oder 13 ausgerichtet ist.
[0023] Die Positioniereinrichtung 15 trägt einen in Figur 1 lediglich symbolisch veranschaulichten Rollenträger 17, der den zur Speisung des Lichtbogendrahtbrenners 11 er¬ forderlichen Draht bereithält und zusammen mit dem Lichtbo¬ gendrahtbrenner 11 um die Drehachse 16 dreht.
[0024] Der Lichtbogendrahtbrenner 11 erzeugt einen ke- gel- oder fächerförmigen Strahl 18 aus Trägergas und ge¬ schmolzenen Metalltröpfchen, die mit dem Strahl 18 auf die Lauffläche 19 auftreffen und sich dort als Schicht abla¬ gern .
[0025] Wie schon aus Figur 1 ersichtlich, ist der Lichtbogendrahtbrenner 11 so flach, dass die Quelle des Strahls 18 aus Sicht der Strahlauftreffstelle der Lauffläche 19 „hinter" der Drehachse 16 liegt, d.h. der Strahl 18 durchquert die Drehachse 16.
[0026] Der in den Figuren 2 und 3 gesondert veranschau¬ lichte Ausleger 11 weist wenigstens 2 DrahtZuführungskanäle 20, 21 auf, die in Figur 3 schematisch angedeutet sind und über die einem Lichtbogen 22 über eine nicht weiter veranschaulichte Antriebseinrichtung an seinen Enden abschmelzender Draht 23, 24 zugeführt wird. Die Antriebseinrichtung kann jeweils eine oder mehrere Antriebsrollen umfassen, die mit dem jeweiligen Draht 23, 24 in Reibeingriff stehen und diesen kontrolliert fördern.
[0027] Außerdem sind jedem Draht 23, 24 ein oder mehrere Stromzuführungen mit Kontakten 25, 26 z.B. in Gestalt von Schleifern, Rollen, Kontaktschuhen oder dergleichen zugeordnet. Die Stromzuführungskontakte 25, 26 sind vorzugswei¬ se, jedoch nicht zwingend, in der Nähe oder an Stellen des jeweiligen Drahts 23, 24 angeordnet, an denen dieser eine geringe Krümmung durchläuft. Vorzugsweise ist der jeweilige Draht 23, 24 zu beiden Seiten jeder Krümmung gerade, wobei die Krümmung vorzugsweise so schwach ist, dass die Verfor¬ mung des Drahts 23, 24 im elastischen Bereich bleibt. Unabhängig davon werden beide Drähte 23, 24 dem Lichtbogen 22 in einer Ebene zugeführt, die, wie Figur 2 zeigt, vorzugs¬ weise in einem konstanten Abstand A zu der Drehachse 16 an¬ geordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, die von den bei¬ den Drähten 23, 24 beschriebene Ebene in einem spitzen Winkel gegen die Drehachse 16 zu neigen.
[0028] Die Drähte 23, 24 enden an dem Lichtbogen 22, der vorzugsweise mittig in oder vor einer Düse 27 angeordnet ist. Die Düse 27 legt eine Austrittsrichtung 28 fest, die in Figur 2 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist und die zugleich die Mittelachse des z.B. kegelförmigen Strahls 18 (Figur 1) ist. Die Austrittsrichtung 28 liegt vorzugsweise rechtwinklig zu der Drehachse 16.
[0029] Die Düse 27 ist an mindestens einen Gasleitungs¬ kanal 29 angeschlossen, der sich längs durch den Ausleger 11 erstreckt und der Düse 27 Prozessgas, bspw. Stickstoff oder ein anderes Gas zuführt. Insbesondere kann die Düse 27 so ausgebildet sein, dass sie einen Kernstrahl und einen einhüllenden Strahl erzeugt, um einen heißen Metalltröpf- chen tragenden inneren Strahl und einen einhüllenden Strahl zur Abschirmung gegen die Atmosphäre zu bilden.
[0030] Wie insbesondere auch aus Figur 4 ersichtlich, weist der Ausleger 11 ein Gehäuse auf, dessen Radius RBr als Abstand einer rückwärtigen, dem austretenden Strahl 18 abgewandten Stelle 30 von der Drehachse 16 festgelegt ist. Der Abstand A des Lichtbogens 22 von der Drehachse 16 ist vorzugsweise wenigstens ein Drittel, weiter vorzugsweise wenigstens halb so groß wie der Radius RBr. Außerdem bleibt die aus Figur 4 ersichtliche Außenkontur des Horizontal¬ schnitts des Auslegers 11 innerhalb eines Halbkreises mit dem Radius RBr. Damit ist bei der Beschichtung einer Zylinderbohrung 19 vor dem Ausleger 11 geräumig Platz für Absaugströme zur Absaugung von Overspray oder sonstigen störenden Partikeln.
[0031] Wie Figur 2 erkennen lässt, ist der Bohrungsradi¬ us RBo der Zylinderbohrung 12 wenigstens so groß wie der Gehäuseradius RBr.
[0032] Durch die Anordnung der beiden Drähte 23, 24 in einer Ebene, bezogen auf die Austrittsrichtung des Strahls 18, vor der Drehachse 16 (d.h. die Drähte 23, 24 liegen be¬ züglich der Drehachse 16 stromaufwärts) ergibt sich ein ma¬ ximaler Abstand AB von der Lauffläche 19, der deutlich größer ist als der Bohrungsradius RBo .
[0033] Die insoweit beschriebene Beschichtungsanlage 10 arbeitet wie folgt:
[0034] Zur Beschichtung der Lauffläche 19 der Zylinderbohrung 12 wird der Ausleger 11 wie in Figur 1 dargestellt axial in die Zylinderbohrung 12 eingefahren. Vorzugsweise erstreckt sich der Ausleger dabei parallel zu der Drehachse 16, die zugleich die Mittelachse der Zylinderbohrung 12 ist. Mittels der Positioniereinrichtung 15 wird eine Rela¬ tivdrehung zwischen Zylinderblock 14 und Lichtbogendrahtbrenner 11 bewirkt, im Rahmen derer der Zylinderblock 14 oder der Lichtbogendrahtbrenner 11 um die Drehachse 16 rotieren. Zugleich werden die beiden Drähte 23, 24 mit einem entsprechenden Generator mit elektrischer Leistung versorgt, so dass zwischen den Enden der beiden Drähte 23, 24 der Lichtbogen 22 zündet und brennt. Der Gasleitungskanal 29 und ggfs. weitere nicht dargestellte Gasleitungskanäle werden mit geeignetem Trägergas, bspw. Stickstoff oder ei¬ nem anderen Gas oder Gasgemisch, beaufschlagt, so dass durch den Lichtbogen 22 von den Drähten abgeschmolzene Metalltröpfchen von dem Gasstrahl in dem Strahl 18 als Spray auf die Lauffläche 19 getragen werden. Regeleinrichtungen regulieren dabei den Drahtvorschub, den den Drähten 23, 24 zugeführten Strom und/oder den über den Gasleitungskanal 29 zugeführten Gasstrom.
[0035] Durch die Relativbewegung in Umfangsrichtung und zusätzlich in Axialrichtung wird die Lauffläche 19 der Zylinderbohrung 12 ringsum und über die gesamte axiale Er- streckung mit einem Belag aus erstarrten Metalltröpfchen versehen .
[0036] Die Metalltröpfchen haben an dem Lichtbogen zunächst keine nennenswerte Anfangsgeschwindigkeit. Sie wer¬ den von dem durch die Düse 27 erzeugten Gasstrahl von den Drahtenden abgenommen und in Richtung auf die Lauffläche 19 beschleunigt. Durch den Abstand A zwischen dem Lichtbogen 22 und der Drehachse 16 haben die Metalltröpfchen beim Passieren der Drehachse 16 schon eine erhebliche Geschwindig¬ keit und werden auf dem Rest des Weges weiter beschleunigt. Sie treffen deswegen mit hoher Geschwindigkeit auf die Lauffläche 19 auf, was den Schichtaufbau begünstigt und den Prozentsatz nicht haftender Metallpartikel, die sich anderweitig ablagern können, vermindert.
[0037] Der erfindungsgemäße Lichtbogendrahtbrenner weist zwei in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Drahtzuführungskanäle 20, 21 auf, die Drähte 23, 24 zu einem Lichtbo¬ gen 22 führen. Eine bezüglich des Lichtbogens 22 sowie be¬ züglich des Auslegers 11 ortsfeste Düse 27 erzeugt einen Strahl, der abschmelzende Metalltröpfchen mitnimmt und die Drehachse 16 des Lichtbogendrahtbrenners schneidet. Der Ab¬ stand A zwischen dem Lichtbogen 22 und der Drehachse 16 ist dabei vorzugsweise wenigstens ein Drittel, weiter vorzugs¬ weise wenigstens halb so groß wie der Radius RBr des Bren¬ ners und/oder der Radius RBo der zu beschichtenden Bohrung.
Bezugs zeichen :
Figure imgf000012_0001

Claims

Patentansprüche :
1. Lichtbogendrahtbrenner zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen mittels Lichtbogendrahtspritzen,
mit einem Ausleger (11), der zwei in einer gemeinsamen Ebene angeordnete DrahtZuführungskanäle (20, 21), we¬ nigstens einen Gasleitungskanal (29) und Stromleitun¬ gen (25, 26) aufweist, mit einer Düse (27), die an den wenigstens einen Gas¬ leitungskanal (29) angeschlossen ist und die einen im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene orientierten Strahl (18) erzeugend ausgebildet ist, mit einer Positioniereinrichtung (15) zur Lagerung des Auslegers (11) bezüglich einer Drehachse (16) so, dass die Drehachse (16) den Strahl (18) durchquerend ange¬ ordnet ist.
2. Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (11) exzentrisch zu der Drehachse (16) bewegbar ist.
3. Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Düse (27) erzeugte Strahl (18) und ein zwischen Enden der beiden Drähte (23, 24) brennender Lichtbogen (22) zentrisch zueinander angeordnet sind.
4. Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lichtbogen (22) und der Drehachse (16) ein Abstand (A) festgelegt ist, der wenigstens so groß ist, wie ein Drittel, vorzugsweise die Hälfte des in gleicher Rich- tung zu messenden Radius (RBr) des Auslegers (11)
5. Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur eines Querschnittes des Auslegers (11) auf Höhe seines Lichtbogens (22) einen Halbkreis nicht überschreitet, der die Drehachse (16) als Mittelpunkt aufweist und dessen Radius durch die von der Düse (27) abgewandte Rückseite (30) des Auslegers (11) bestimmt ist.
6. Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzufüh¬ rungskanäle (20, 21) eine an ihrem jeweiligen Ende aufeinander zu gekrümmte Bahn festlegend ausgebildet sind .
7. Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die DrahtZuführungskanäle (20, 21) im Übrigen gerade ausgeführt sind.
8. Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die DrahtZuführungskanäle (20, 21) Draht (23, 24) geführt ist und dass die Krüm¬ mung so festgelegt ist, dass die durch die die Draht¬ zuführungskanäle (20, 21) geführten Drähte (23, 24) eine Verformung erfahren.
9. Lichtbogendrahtbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung so festgelegt ist, dass die Drähte (23, 24) eine ausschließlich elasti¬ sche Verformung erfahren.
10. Lichtbogendrahtbrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Drahtzu¬ führungskanal (23, 24) im Bereich der Krümmung wenigs- tens ein Stromzufuhrmittel (25, 26) angeordnet ist.
Verfahren zum Beschichten einer Zylinderlauffläche (19) mittels eines Lichtbogendrahtbrenners nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Lichtbogens (22) von der zu be¬ schichtenden Zylinderlauffläche (19) größer ist als der Radius (RBo) derselben.
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