TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche
mittels eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl
von einer Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet
wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin
eine Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Beschichtungspartikel
enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung
unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet wird, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 9.
[0002] Das gattungsgemäße Verfahren wird eingesetzt zum Beschichten einer Oberfläche, wobei
der Beschichtungspartikel enthaltende Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung
unter einem vorgegebenen Spritzwinkel auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet
wird.
[0003] Beim Beschichten von Bauteilen, insbesondere beim thermischen Beschichten, wird stets
eine gleichmäßige und in ihrer Qualität homogen beschichtete Oberfläche angestrebt.
Dies trifft insbesondere beim Innenbeschichten von Zylindern einer Kolben-Zylinder-Anordnung,
wie sie beispielsweise in Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, zu. Ein entscheidendes
Qualitätskriterium bei einem solchen Beschichtungsvorgang, insbesondere beim thermischen
Beschichten, ist der Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls auf die zu beschichtende
Oberfläche und eventuell auch die Geschwindigkeit der Beschichtungspartikel des Beschichtungsstrahls.
Durch Verschleiß, Montagefehler, Parameterverwechslung oder falsche Handhabung kann
es möglich sein, dass der gewünschte Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls auf die
zu beschichtende Oberfläche nicht korrekt realisiert wird, obwohl alle Prozess- und
Spritzparameter korrekt eingestellt sind. Sobald jedoch der Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls
auf die zu beschichtende Oberfläche außerhalb vordefinierter Grenzen liegt, ist die
Qualität der Oberflächenbeschichtung verändert, da die auftreffenden Beschichtungspartikel
in einem ungeeigneten Winkel oder mit einer ungeeigneten Geschwindigkeit auf die Oberfläche
auftreffen. Derartige Fehler können dazu führen, dass das zu beschichtende Bauteil
in der Qualitätskontrolle als "Ausschuss" bewertet wird, obwohl die Prozess- und Spritzparameter
korrekt eingestellt gewesen sind.
STAND DER TECHNIK
[0004] Es ist aus der
DE 199 10 892 A1 bekannt, mittels eines thermischen Beschichtungsvorgangs eine Beschichtung auf der
Oberfläche eines Substrats zu erzeugen, wobei mittels einer digitalen Kamera zumindest
ein die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes Merkmal des thermischen Spritzprozesses
erfasst, kontrolliert und/oder überwacht wird.
[0005] Die
DE 198 20 195 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Spritzen,
wobei in einem im Wesentlichen horizontal verlaufenden Plasmastrahl von oben ein zu
verspritzendes Pulver eingedüst wird. Dabei wird mittels einer Kamera überwacht, ob
das von oben in den Plasmastrahl eingebrachte Pulver im Zentrum des Plasmastrahls
aufgeschmolzen wird oder - was unerwünscht ist - nicht in den Plasmastrahl eindringt
oder durch den Plasmastrahl hindurchgeblasen wird. Das von der Kamera erfasste Bild
wird verwendet, um eine optimale Einblasung des Pulvers in den Plasmastrahl einstellen
zu können. Eine Ablenkung des Plasmastrahls erfolgt hier nicht. Allerdings wird allgemein
erwähnt, dass mittels einer digitalen Kamera zumindest ein die Qualität der Spritzschicht
beeinflussendes Merkmal des thermischen Spritzprozesses erfasst, kontrolliert und/oder
überwacht werden kann, wobei als ein derartiges die Qualität der Spritzschicht beeinflussendes
Merkmal unter anderem auch der Spritzwinkel als Winkel zwischen Spritzstrahl und Substrahloberfläche
beiläufig erwähnt wird.
[0006] Auch die
US 2006/0198944 A1 zeigt und beschreibt eine Vorrichtung zum Plasmaspritzen, bei der in einen horizontal
auf eine Abscheideoberfläche gerichteten Plasmastrahl von der Seite Pulverpartikel
in den Plasmastrahl eingedüst werden. Durch diese schräge Eindüsung der Pulverpartikel
in den Plasmastrahl werden die Pulverpartikel, die im Plasmastrahl aufgeschmolzen
werden, unter einem Winkel auf die Oberfläche gesprüht, der von der horizontalen Richtung
des Plasmastrahls abweicht.
[0007] Die
US 5,047,612 A zeigt und beschreibt ebenfalls eine Plasmasprühvorrichtung, bei der auf einer Oberfläche
abzuscheidende Pulverpartikel unter einem Winkel von 90° in einen horizontal auf die
Abscheideoberfläche gerichteten Plasmastrahl injiziert werden. Eine Kamera ist auf
die Abscheideoberfläche gerichtet und erfasst das auf der Abscheideoberfläche abgeschiedene
Pulver.
[0008] Die
US 2004/0245354 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Sprühprozesses, wobei die
Partikelverteilung eines partikelaufweisenden Sprühstrahls mittels eines Partikelanalysers
ermittelt wird.
[0009] Aus der
FR 2 866 902 A1 ist eine Vorrichtung zum Spritzen von Metallpartikeln mittels eines elektrischen
Lichtbogens bekannt, bei der ein die vom Lichtbogen geschmolzenen Metallpartikel aufweisender
Gasstrom in einer Axialrichtung aus einer ersten Zerstäubungsdüse austritt. Dieser
in Axialrichtung aus der Düse austretende Gasstrahl mit den Metallpartikeln wird von
weiteren Gasströmen, die aus rechtwinklig zur Axialrichtung ausgerichteten Kanälen
einer Ablenkdüseneinrichtung austreten, umgelenkt, so dass der die Metallpartikel
enthaltene Gasstrom im rechten Winkel auf eine zur Axialrichtung parallele, zu beschichtende
Oberfläche, beispielsweise die Innenwand eines mit der Düse koaxialen Zylinders, auftrifft.
Das Aufspritzen der flüssigen Metallpartikel auf die zu beschichtende Oberfläche erfolgt
dabei im rechten Winkel zur Oberfläche.
[0010] Die
FR 2 865 218 A1 zeigt und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von zumindest
einer Zylinderbohrung durch thermisches Lichtbogenspritzen. Auch bei diesem Stand
der Technik wird der in Axialrichtung aus einer Spritzdüse einer axial in die Zylinderbohrung
eingeführten Lichtbogenspritzeinrichtung austretende Materialstrahl von einem rechtwinklig,
also in Radialrichtung der Zylinderbohrung, austretenden Gasstrahl abgelenkt, damit
das geschmolzene Material in Radialrichtung im Wesentlichen rechtwinklig auf die Zylinderinnenwand
auftrifft.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verstellung
eines Beschichtungsstrahls anzugeben, mit dem es möglich ist, die Beschichtungsqualität
zu verbessern und die Anzahl der in der Qualitätskontrolle als "Ausschuss" zu bezeichnenden
Bauteile zu reduzieren, um zu erzielen, dass alle Bauteile eine über einen Beschichtungsvorgang
gleichmäßig beschichtete Oberfläche erhalten.
[0012] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0013] Bei einem Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mittels eines Beschichtungspartikel
enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl von einer Spritzeinrichtung
unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche gerichtet wird, wobei der Beschichtungsstrahl
aus zumindest zwei Teilstrahlen gebildet wird, die jeweils aus einer Austrittsöffnung
eines zugeordneten Austrittskanals der Spritzeinrichtung austreten, wobei die jeweiligen
Achsen der Austrittskanäle in einem Winkel zueinander stehen, wobei einer der Austrittskanäle
ein Spritzkanal für einen die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom ist,
wobei die Austrittsöffnung dieses Spritzkanals eine Spritzdüse bildet und wobei der
andere der Austrittskanäle ein Steuerkanal für einen den ersten Gasstrom ablenkenden
zweiten Gasstrom ist, wobei die Austrittsöffnung dieses Steuerkanals zumindest eine
Steuerdüse bildet, wird erfindungsgemäß die die Spritzdüse bildende Austrittsöffnung
des Spritzkanals auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet und der aus der Spritzeinrichtung
austretende Beschichtungsstrahl wird mit einer Bilderfassungseinrichtung erfasst.
Aus dem erfassten Bild des Beschichtungsstrahls wird der Spritzwinkel während des
Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelt und bei
einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels von einem vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
wird der der Spritzwinkel verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert.
Bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels von einem vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
wird der Spritzwinkel verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert,
wobei bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels vom vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
der Volumenstrom eines ersten Teilstrahls der zumindest zwei Teilstrahlen erhöht und
der Volumenstrom eines zweiten Teilstrahls der zumindest zwei Teilstrahlen verringert
wird.
VORTEILE
[0014] Diese erfindungsgemäße Ermittlung und Verstellung des Spritzwinkels mit einer Bilderfassungseinrichtung
ermöglicht es in besonders vorteilhafter Weise, eine entweder kontinuierliche Konstanthaltung
des Spritzwinkels während eines Beschichtungsvorgangs zu realisieren oder zwischen
zwei Beschichtungsvorgängen den Spritzwinkel zu kontrollieren und für einen oder mehrere
nachfolgende Beschichtungsvorgänge nachzujustieren. Hierdurch kann eine höhere Standzeit
der Spritzeinrichtung bei gleichzeitiger Gewährleistung gleichbleibender Beschichtungsqualität
erzielt werden. Auch der Verschleiß der Spritzeinrichtung oder von Teilen der Spritzeinrichtung,
beispielsweise von deren Düsen, kann rechtzeitig erkannt und gegebenenfalls kompensiert
werden, bevor eine verschleißbedingte Veränderung des Spritzwinkels zu einem fehlerhaften
Verfahrensergebnis führt.
[0015] Im Gegensatz zu einem Stand der Technik, wo allenfalls eine Ablenkung des Plasmastrahls
aufgrund des von der Seite in den Plasmastrahl eingedüsten aufzuschmelzenden Pulvers
erfolgt, wird im vorliegenden Fall ein bereits die Beschichtungspartikel enthaltender
Plasmastrahl (erster Gasstrom) mittels eines von der Seite auf diesen ersten Gasstrom
einwirkenden zweiten Gasstroms gezielt ausgelenkt. Diese Steuerung des die Beschichtungspartikel
enthaltenden ersten Gasstroms durch den zweiten Gasstrom erlaubt eine gezielte Einstellung
des Spritzwinkels, ohne dass dabei Einfluss auf die Verteilung der Beschichtungspartikel
im ersten Gasstrom genommen wird. Der Vorgang des Vermischens der Beschichtungspartikel
mit dem ersten Gasstrom ist somit bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zum
Stand der Technik gemäß der
DE 198 20 195 A1 von der Spritzwinkelbeeinflussung separat vorgesehen.
[0016] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf Anspruch
1 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
[0017] Vorteilhaft ist es auch, wenn der aus Spritzeinrichtung austretende Beschichtungsstrahl
zur Ermittlung des Spritzwinkels von der Seite, also quer, vorzugsweise rechtwinklig,
zu der Ebene in der der Beschichtungsstrahl um den Spritzwinkel ausgelenkt wird, erfasst
wird. Besonders genau lässt sich die Ermittlung des Spritzwinkels mittels der beschriebenen
Bilderfassung durchführen, wenn der Beschichtungsstrahl als Freistrahl aus der Spritzeinrichtung
austritt.
[0018] Die Verstellung des Spritzwinkels kann auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise
durch Verschwenkung von mit den Austrittsöffnungen versehenen Austrittsdüsen für die
Teilstrahlen oder durch Verschwenkung von zumindest einer Spritzdüse für den Beschichtungsstrahl
oder durch das Vorsehen von mechanisch veränderbaren Strahl-Umlenkmitteln für zumindest
einen der Teilstrahlen und/oder für den Beschichtungsstrahl.
[0019] Vorzugsweise erfolgen die Erhöhung des Volumenstroms des ersten Teilstrahls und die
Verringerung des Volumenstroms des zweiten Teilstrahls stets derart, dass die Summe
der Volumenströme der Teilstrahlen konstant ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass
eine Veränderung des Spritzwinkels durch Veränderung der Volumenströme der Teilstrahlen
nicht zu einer Veränderung der Qualität der Beschichtung aufgrund eines geänderten
Gesamtvolumenstroms führt.
[0020] Alternativ erfolgen die Erhöhung des Volumenstroms des ersten Teilstrahls und die
Verringerung des Volumenstroms des zweiten Teilstrahls stets derart, dass der Energiegehalt
des aus den Teilstrahlen gebildeten Beschichtungsstrahls konstant bleibt. Der Energiegehalt
eines Beschichtungspartikel enthaltenen Gasstrahls wird bestimmt durch die Masse der
einzelnen in einem Gasvolumen enthaltenen Partikel, der Temperatur jedes Partikels,
der Geschwindigkeit jedes Partikels und dem (zumeist vernachlässigbaren) Energiegehalt
des Gases.
[0021] In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der
Winkel zwischen den Achsen der Austrittskanäle ein rechter Winkel, so dass die Teilstrahlen
rechtwinklig aufeinander auftreffen. Hierdurch kann der aus der Steuerdüse austretende
Steuer-Teilstrahl mit geringsten Volumenströmen bereits eine wirksame Auslenkung des
aus der Spritzdüse austretenden, die Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungspartikel-Teilstrahls
bewirken.
[0022] Vorzugsweise ist das Verfahren zum thermischen Beschichten der Oberfläche ausgebildet,
wobei die Spritzeinrichtung eine thermische Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator
ist. Das Verfahren kann aber auch als kinetisches Beschichtungsverfahren ausgebildet
sein, wobei die in einem Partikelstromgenerator erzeugten Partikel mit sehr hoher
Geschwindigkeit (zum Beispiel größer als 600 m/sec) auf die zu beschichtende Oberfläche
aufgebracht werden.
[0023] Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn der Partikelstromgenerator vom ersten Gasstrom
durchströmt wird, der als mit Beschichtungspartikeln angereicherter Gasstrom durch
den Spritzkanal hindurchtritt und aus der Spritzdüse austritt.
[0024] Vorteilhafterweise ist bei einem solchen Verfahren zum thermischen Beschichten der
die Beschichtungspartikel aufweisende erste Teilstrahl ein von einem Plasmabrenner
erzeugter Plasmastrahl.
[0025] Bei einer solchen Plasmabeschichtung wird zur Regelung des Energiegehalts des Beschichtungsstrahls
die Leistung des zumindest einen Plasmabrenners geregelt. Eine solche Regelung des
Plasmabrenners zusätzlich zur Regelung der Volumenströme der beiden Teilstrahlen gewährleistet
in besonders zuverlässiger Weise, dass sowohl der Energiegehalt als auch der Partikelgehalt
im Beschichtungsstrahl konstant bleibt, während dessen Spritzwinkel verändert wird.
[0026] Mit der Erfindung soll auch eine Vorrichtung zur Verstellung eines Beschichtungsstrahls
angegeben werden, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist. Dieser Teil der Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 9 gelöst.
[0027] Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche mittels
eines Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahls, wobei der Beschichtungsstrahl
von einer Spritzeinrichtung unter einem Spritzwinkel auf die Oberfläche richtbar ist,
insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Spritzeinrichtung mit einem Spritzkanal für einen Beschichtungspartikel
enthaltenden ersten Gasstrom und zumindest einem Steuerkanal für einen den ersten
Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom versehen ist, wobei die Austrittsöffnung des
Spritzkanals eine Spritzdüse bildet und wobei die Austrittsöffnung des zumindest einen
Steuerkanals eine Steuerdüse bildet, wobei die aus den Austrittsöffnungen austretenden
Gasströme jeweils einen Teilstrahl und gemeinsam den Beschichtungsstrahl bilden und
wobei die Achsen der Austrittskanäle unter einem Winkel zueinander stehen, ist erfindungsgemäß
die die Spritzdüse bildende Austrittsöffnung des Spritzkanals auf die zu beschichtende
Oberfläche gerichtet. Zudem ist zumindest eine Bilderfassungseinrichtung vorgesehen,
die ausgebildet ist, um den Beschichtungsstrahl während des Beschichtungsvorgangs
oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen zu erfassen, und es ist eine Bildauswerteeinrichtung
vorgesehen, die ausgebildet ist, um die von der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung
gelieferte Bildsignale zu erhalten und daraus den Spritzwinkel des Beschichtungsstrahls
und/oder den auf die Oberfläche auftreffenden Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls
zu ermitteln. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, mit denen der Spritzwinkel verstellbar
ist. wobei die Mittel, mittels derer der Spritzwinkel verstellbar ist, Mittel sind,
mit denen der Volumenstrom des jeweils durch den Austrittskanal austretenden Gasstroms
veränderbar ist.
[0028] Diese Vorrichtung ermöglicht auf besonders vorteilhafte und zuverlässige Weise die
Verstellung eines Beschichtungsstrahls sowohl während des Beschichtens einer Oberfläche
als auch zur Kalibrierung zwischen zwei Beschichtungsvorgängen. Insbesondere ist diese
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
[0029] Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den vom Anspruch 9 abhängigen
Ansprüchen 10 bis 13 angegeben.
[0030] Dabei ist es von Vorteil, wenn die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms von mittels
eines jeweiligen Stellantriebs verstellbaren Drosseleinrichtungen gebildet sind. Derartige
automatisch verstellbare Drosseleinrichtungen ermöglichen es, die Gasströme im Steuerkanal
beziehungsweise im Spritzkanal derart zu variieren, dass der für die gewünschte Einstellung
des Spritzwinkels erforderliche jeweilige Volumenstrom durch die Kanäle hindurchtritt.
[0031] Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn eine Stell- oder Regeleinrichtung vorgesehen
ist, die die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms, insbesondere die Stellantriebe
der Drosseleinrichtungen, mit jeweils einem Stell- oder Regelsignal beaufschlagt.
Dies ermöglicht eine Prozessautomatisierung.
[0032] Die Regeleinrichtung erhält in dieser Ausführungsform der Vorrichtung als Regelgröße
den von der Bildauswerteeinrichtung gelieferten Spritzwinkel und/oder den Auftreffwinkel.
Mit diesen Daten kann die Stell- oder Regeleinrichtung dann die erforderliche Verstellung
der Teilstrahlen vornehmen und so den Spritzwinkel des Beschichtungsstrahls auf das
gewünschte Maß einstellen beziehungsweise entsprechend nachführen. Grundsätzlich wäre
es auch möglich, den auf die Oberfläche auftreffenden Auftreffwinkel des Beschichtungsstrahls
zu bestimmen und daraus den Spritzwinkel zu ermitteln.
[0033] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator ausgestattet. Der Partikelstromgenerator,
der beispielsweise einen Plasmabrenner, einen Drahtspritzbrenner oder einen Kaltgasbrenner
aufweisen kann, erzeugt zusammen mit dem Gasstrom einen metallischen und/oder keramischen
Partikelnebel als Beschichtungsstrahl. Im Falle eines Plasmabrenners kann mittels
des Plasmas ein metallischer und/oder keramischer Partikelnebel in Verbindung mit
dem Gasstrom als Beschichtungsstrahl gebildet werden.
[0034] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Regeleinrichtung - zusätzlich zum jeweiligen
Volumenstrom der Gasströme - den zumindest einen Partikelstromgenerator mit einem
dessen Partikelabgabeleistung regelnden Signal beaufschlagt. Dadurch ist es möglich,
die Partikeldichte im Beschichtungsstrahl konstant zu halten.
[0035] Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine beschichtete Oberfläche erhalten.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, um eine beschichtete
Oberfläche einer Zylinderinnenwand einer Kolben-Zylinder-Anordnung zu erhalten. Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren zur Beschichtung der auf der Zylinderinnenwand
vorgesehenen Lauffläche einer Kolben-Zylinder-Anordnung in einer Brennkraftmaschine
angewendet wird, so dass als Verfahrensergebnis auch eine solche Brennkraftmaschine
mit erfindungsgemäß beschichteten Laufflächen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst
ist.
[0036] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails
und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0037] Es zeigt:
- Fig. 1
- ein schematisches Prozessschaubild eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer
schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- Fig. 2
- einen schematisch dargestellten Aufbau einer Spritzeinrichtung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und
- Fig. 3
- einen alternativen Aufbau einer Spritzeinrichtung.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
[0038] In Fig. 1 ist ein Prozessschaubild einer Beschichtungsanlage dargestellt, mit der
eine besonders vorteilhafte Realisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verstellung
eines Beschichtungsstrahls durchführbar ist.
[0039] Eine weiter unten in Verbindung mit Fig. 2 näher beschriebene Spritzeinrichtung 1
ist so angeordnet, dass sie einen Beschichtungspartikel enthaltenden Beschichtungsstrahl
S aus einer Spritzdüse 10 unter einem vorgegebenen Spritzwinkel α auf eine zu beschichtende
Oberfläche 2 richtet. Die Oberfläche ist dazu bevorzugt senkrecht zu einer Längsachse
x der Spritzeinrichtung 1 angeordnet.
[0040] Im gezeigten Beispiel ist zwischen der Spritzeinrichtung 1 und der Oberfläche 2 ist
seitlich versetzt neben dem Beschichtungsstrahl S eine Bilderfassungseinrichtung 3
zur Aufnahme von Bildern des Beschichtungsstrahls S angeordnet. Die Bilderfassungseinrichtung
3 weist eine Kamera 30 auf, die den Beschichtungsstrahl S von der Seite erfasst, so
dass der Spritzwinkel α in einer von der Kamera 30 aufgenommenen Bildebene liegt.
Vorzugsweise erfasst die Kamera 30 die gesamte Längserstreckung des Beschichtungsstrahls
S von dessen Austritt aus der Spritzeinrichtung 1 bis zur Oberfläche 2, so dass auch
der vom Beschichtungsstrahl S auf der Oberfläche 2 gebildete Auftreffbereich S' von
der Kamera 30 erfasst wird. Alternativ kann die Ermittlung des Spritzwinkels α auch
im Freistrahl, das heißt ohne das Vorsehen der zu beschichtenden Oberfläche 2, erfolgen.
[0041] Das von der Kamera 30 aufgenommene Bild wird in der Bilderfassungseinrichtung 3 mittels
eines (nicht gezeigten) Bildsensors auf dem Fachmann bekannte Weise in elektrische
Signale umgesetzt, die an eine Bildauswerteeinrichtung 31 weitergeleitet werden. Die
Bildauswerteeinrichtung 31 analysiert die Bildsignale und ermittelt daraus den Spritzwinkel
α und damit den auf die Oberfläche 2 auftreffenden Auftreffwinkel β des Beschichtungsstrahls
S. Diese ermittelten Winkeldaten werden dann an eine Stell- oder Regeleinrichtung
32 weitergeleitet. Die Stell- oder Regeleinrichtung 32 vergleicht den oder die erhaltenen
Winkel (Spritzwinkel α und/oder Auftreffwinkel β) mit einem jeweils zugeordneten,
in einer Speichereinrichtung 33 gespeicherten vorgegebenen Soll-Spritzwinkel und ermittelt
die entsprechende Winkelabweichung. Aus dieser Winkelabweichung Δα zwischen dem gemessenen
Ist-Spritzwinkel und dem Soll-Spritzwinkel wird ein Stellsignal generiert, das an
die Spritzeinrichtung 1 weitergeleitet wird und dort den Spritzwinkel α des Beschichtungsstrahls
S auf weiter unten noch beschriebene Weise auf den vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
verstellt. Ist eine solche Verstellung nicht möglich, so wird ein Verschleiß-Alarmsignal
generiert und vorzugsweise der weitere Betrieb der Spritzeinrichtung 1 unterbunden.
[0042] Nach Verstellung des Spritzwinkels α erfolgt erneut eine Vermessung des Beschichtungsstrahls
mittels der Bilderfassungseinrichtung 3, so dass sich auf diese Weise ein geschlossener
Regelkreislauf ausbildet. Eine solche Regelung kann während eines aktiven Beschichtungsvorgangs
erfolgen, wodurch der Spritzwinkel α permanent auf den vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
nachgeregelt wird und so eine kontinuierliche Qualitätskontrolle des Spritzvorgangs
gewährleistet wird.
[0043] Es gibt jedoch auch Situationen, in denen eine derartige kontinuierliche Bilderfassung
des Beschichtungsstrahls S nicht möglich ist, beispielsweise wenn die Beschichtung
von Hohlräumen durchgeführt wird, in denen es nicht möglich ist, eine Bilderfassungseinrichtung
neben dem Beschichtungsstrahl S zu platzieren. Dies ist beispielsweise der Fall beim
Beschichten von Zylinderinnenwand-Oberflächen in Kolben-Zylinder-Anordnungen, wie
beispielsweise bei Kolbenbrennkraftmaschinen. In diesen Fällen erfolgt die beschriebene
Überprüfung des Spritzwinkels α nicht kontinuierlich, sondern zwischen zwei Beschichtungsvorgängen.
Beispielsweise kann eine bestimmte Anzahl von Beschichtungsvorgängen durchgeführt
werden und dann kann die Spritzeinrichtung 1 in eine Mess- und Kalibierposition verfahren
werden, die beispielsweise dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau entspricht, wobei vorzugsweise
aber die zu beschichtende Oberfläche 2 weggelassen und der Beschichtungsstrahl S als
Freistrahl vermessen wird. In dieser Mess- und Kalibrierposition kann der Spritzwinkel
α dann auf einen vorgegebenen Soll-Spritzwinkel verstellt oder eingeregelt werden.
Nach einem solchen Kalibriervorgang kann dann erneut eine Mehrzahl von Beschichtungsvorgängen
durchgeführt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die bei einem derartigen
Kalibriervorgang kompensierte Winkelabweichung erfasst und in Bezug auf die zwischen
den beiden vorhergehenden Kalibriervorgängen erbrachte Beschichtungsleistung gesetzt
wird. Durch Fortschreibung dieser Daten ist es möglich, einen Verschleißtrend zu ermitteln,
so dass eine Prognose über die noch verbleibende Rest-Nutzungszeit der Spritzeinrichtung
1 bis zum Erreichen einer Verschleißgrenze abgegeben werden kann.
[0044] Ein möglicher Aufbau einer für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung einsetzbaren Spritzeinrichtung 1 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt.
[0045] Die Spritzeinrichtung 1 weist ein längliches Gehäuse 1' auf, das sich entlang einer
Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 erstreckt und das auch als Spritzlanze bezeichnet
wird.
[0046] Im Gehäuse 1' sind zwei Kanäle 11, 13 vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel
zur Längsachesachse x in Längsrichtung durch das Gehäuse 1' erstrecken. An einem ersten
Ende des Gehäuses 1' münden diese Kanäle 11, 13 in jeweils ein Anschlusselement 11',
13' für eine jeweils zugeordnete Gasversorgungsleitung 11", 13".
[0047] Am anderen axialen Ende des Gehäuses 1' bilden die Kanäle 11, 13 Austrittskanäle
12, 14, die mit jeweils einer Austrittsöffnung 12', 14' nach außen münden. Die Austrittskanäle
12, 14 sind nicht parallel zueinander angeordnet, sondern die jeweiligen Achsen 12",
14" der Austrittskanäle 12, 14 sind in einem Winkel γ zueinander geneigt. In dem in
Fig. 2 gezeigten Beispiel beträgt der Winkel γ etwa 90°.
[0048] Der erste Kanal 11, dessen Austrittskanal 12 eine Achse 12" aufweist, die parallel
zur Längsachse x der Spritzeinrichtung 1 verläuft, ist mit einem Partikelgenerator
17 versehen, der einen Plasmabrenner 17' aufweist. Dieser Partikelgenerator 17 wird
von einem durch die Gasversorgungsleitung 11" zugeführten Prozessgas durchströmt,
wobei mittels des Plasmabrenners 17' aufgeschmolzene Partikel vom Gasstrom mitgerissen
werden. Der mit diesen Beschichtungspartikeln versehene Prozessgasstrahl tritt durch
den Austrittskanal 12 und dessen die Spritzdüse 10 bildende Austrittsöffnung 12' zunächst
in achsparalleler Richtung aus dem Gehäuse 1' der Spritzeinrichtung als ein erster
Teilstrahl S1 aus.
[0049] Durch den zweiten Kanal 13 wird ein durch die zweite Gasversorgungsleitung 13" zugeführtes
zweites Gas, das dem Prozessgas entsprechen kann, das aber auch einfach nur Druckluft
sein kann, in den einen Steuerkanal bildenden zweiten Austrittskanal 14 eingeleitet,
und tritt von dort durch dessen eine Steuerdüse 18 bildende Austrittsöffnung 14' aus
und trifft als ein zweiter Teilstrahl S2 im Winkel γ auf den aus der Spritzdüse 10
austretenden und die Beschichtungspartikel enthaltenden ersten Gasstrom. Dieser zweite
Teilstrahl S2 lenkt den ersten Teilstrahl S1 aus seiner achsparallelen Richtung ab.
Der erste Teilstrahl S1 und der zweite Teilstrahl S2, der einen Steuergasstrom bildet,
vereinigen sich zu einem resultierenden Beschichtungsstrahl S, dessen Strahlmittelachse
S" um den Spritzwinkel α zur Achse 12" des Spritzkanals 12 von der Steuerdüse 18 weg
(in Fig. 2 nach unten) geneigt ist.
[0050] In jedem der beiden Kanäle 11, 13 ist eine mittels eines jeweils zugeordneten Stellantriebs
15', 16' verstellbare Drosseleinrichtung 15, 16 vorgesehen. Mittels der ersten Drosseleinrichtung
15, die im ersten Kanal 11 vorgesehen ist, lässt sich der Volumenstrom des Prozessgases
regulieren. Mittels der zweiten Drosseleinrichtung 16, die im zweiten Kanal 13 vorgesehen
ist, lässt sich der Volumenstrom des Steuergases regulieren. Die jeweiligen Stellantriebe
15', 16' sind über Signalleitungen 15", 16" mit der Stell- oder Regeleinrichtung 32
verbunden und können von dieser jeweils Stellsignale empfangen.
[0051] Auch der Partikelgenerator 17 ist über eine Stellsignalleitung 17" mit der Stell-
oder Regeleinrichtung 32 verbunden und kann von dieser Stellsignale empfangen.
[0052] Auch wenn in der Darstellung nach Fig. 2 ein Beispiel gezeigt ist, bei welchem der
mit den Beschichtungspartikeln beladene Gasstrom in einer Richtung parallel zur Längsachse
x der Spritzeinrichtung 1 austritt, sind auch Varianten der Spritzeinrichtung 1 denkbar,
bei denen der mit Beschichtungspartikeln behaftete Gasstrom in einem Winkel zur Längsachse
x austritt. Im Extremfall kann eine andere beispielhafte Variante derart ausgebildet
sein, dass der mit den Beschichtungspartikeln beladene Gasstrom im rechten Winkel
zur Längsachse x austritt, während der Steuergasstrom parallel zur Längsachse x austritt.
Eine solche Variante ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen
wie im Beispiel der Fig. 2 die gleichen Komponenten betreffen.
[0053] Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich
der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des durch
die Ansprüche definierten Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr
auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung
kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen
Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
[0054] Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich
dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
[0055]
- 1
- Spritzeinrichtung
- 1'
- längliches Gehäuse
- 2
- Oberfläche
- 3
- Bilderfassungseinrichtung
- 10
- Spritzdüse
- 11
- Kanal
- 11'
- Anschlusselement
- 11"
- erste Gasleitung
- 12
- Austrittskanal / Spritzkanal
- 12'
- Austrittsöffnung
- 12"
- Achse
- 13
- Kanal
- 13'
- Anschlusselement
- 13"
- zweite Gasleitung
- 14
- Austrittskanal / Steuerkanal
- 14'
- Austrittsöffnung
- 14"
- Achse
- 15
- Drosseleinrichtung
- 15'
- Stellantrieb
- 15"
- Signalleitung
- 16
- Drosseleinrichtung
- 16'
- Stellantrieb
- 16"
- Signalleitung
- 17
- Partikelstromgenerator
- 17'
- Plasmabrenner
- 17"
- Stellsignalleitung
- 18
- Steuerdüse
- 30
- Objektiv
- 31
- Bildauswerteeinrichtung
- 32
- Stell- oder Regeleinrichtung
- 33
- Speichereinrichtung
- x
- Längsachse
- S
- Beschichtungsstrahl
- S"
- Strahlmittelachse
- S1
- Teilstrahl
- S2
- Teilstrahl
- α
- Spritzwinkel
- β
- Auftreffwinkel
- γ
- Winkel
1. Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche (2) mittels eines Beschichtungspartikel
enthaltenden Beschichtungsstrahls (S), wobei der Beschichtungsstrahl (S) von einer
Spritzeinrichtung (1) unter einem Spritzwinkel (α) auf die Oberfläche (2) gerichtet
wird, wobei der Beschichtungsstrahl (S) aus zumindest zwei Teilstrahlen (S1, S2) gebildet
wird, die jeweils aus einer Austrittsöffnung (12', 14') eines zugeordneten Austrittskanals
(12, 14) der Spritzeinrichtung (1) austreten, wobei die jeweiligen Achsen (12", 14")
der Austrittskanäle (12, 14) in einem Winkel (γ) zueinander stehen, wobei einer der
Austrittskanäle (12, 14) ein Spritzkanal (12) für einen die Beschichtungspartikel
enthaltenden ersten Gasstrom ist, wobei die Austrittsöffnung (12') dieses Spritzkanals
(12) eine Spritzdüse (10) bildet und wobei der andere der Austrittskanäle (12, 14)
ein Steuerkanal (14) für einen den ersten Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom ist,
wobei die Austrittsöffnung (14') dieses Steuerkanals (14) zumindest eine Steuerdüse
(18) bildet;
dadurch gekennzeichnet,
dass die die Spritzdüse (10) bildende Austrittsöffnung (12') des Spritzkanals (12) auf
die zu beschichtende Oberfläche (2) gerichtet wird;
dass der aus der Spritzeinrichtung (1) austretende Beschichtungsstrahl (S) mit einer Bilderfassungseinrichtung
(3) erfasst wird;
dass aus dem erfassten Bild des Beschichtungsstrahls (S) der Spritzwinkel (α) während
des Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei Beschichtungsvorgängen ermittelt wird;
dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels (α) von einem vorgegebenen Soll-Spritzwinkel
der Spritzwinkel (α) verstellt und dadurch auf den Soll-Spritzwinkel nachjustiert
wird und dass bei einer Abweichung des ermittelten Spritzwinkels (α) vom vorgegebenen
Soll-Spritzwinkel der Volumenstrom eines ersten Teilstrahls (S1) der zumindest zwei
Teilstrahlen erhöht und der Volumenstrom eines zweiten Teilstrahls (S2) der zumindest
zwei Teilstrahlen verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der aus Spritzeinrichtung (1) austretende Beschichtungsstrahl (S) zur Ermittlung
des Spritzwinkels (α) von der Seite, vorzugsweise als Freistrahl, mit der Bilderfassungseinrichtung
(3) erfasst wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhöhung des Volumenstroms des ersten Teilstrahls (S1) und die Verringerung des
Volumenstroms des zweiten Teilstrahls (S2) stets derart erfolgen, dass die Summe der
Volumenströme der Teilstrahlen (S1, S2) oder der Energiegehalt des aus den Teilstrahlen
(S1, S2) gebildeten Beschichtungsstrahls (S) konstant ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Winkel (γ) zwischen den Achsen (12", 14") der Austrittskanäle (12, 14) ein rechter
Winkel ist, so dass die Teilstrahlen (S1, S2) rechtwinklig aufeinander auftreffen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren zum thermischen Beschichten der Oberfläche ausgebildet ist, wobei die
Spritzeinrichtung (1) eine thermische Spritzeinrichtung mit einem Partikelstromgenerator
(17) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Partikelstromgenerator (17) vom ersten Gasstrom durchströmt wird, der als mit
Beschichtungspartikeln angereicherter Gasstrom durch den Spritzkanal (12) hindurchtritt
und aus der Spritzdüse (10) austritt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Teilstrahl ein von einem Plasmabrenner (17') erzeugter Plasmastrahl ist,
der die Beschichtungspartikel aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Regelung des Energiegehalts des Beschichtungsstrahls (S) die Leistung des zumindest
einen Plasmabrenners (17') geregelt wird.
9. Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche (2) mittels eines Beschichtungspartikel
enthaltenden Beschichtungsstrahls (S), wobei der Beschichtungsstrahl (S) von einer
Spritzeinrichtung (1) unter einem Spritzwinkel (α) auf die Oberfläche (2) richtbar
ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Spritzeinrichtung (1) mit einem Spritzkanal (12) für einen Beschichtungspartikel
enthaltenden ersten Gasstrom und zumindest einem Steuerkanal (14) für einen den ersten
Gasstrom ablenkenden zweiten Gasstrom versehen ist, wobei die Austrittsöffnung (12')
des Spritzkanals (12) eine Spritzdüse (10) bildet und wobei die Austrittsöffnung (14')
des zumindest einen Steuerkanals (14) eine Steuerdüse (18) bildet, wobei die aus den
Austrittsöffnungen (12', 14') austretenden Gasströme jeweils einen Teilstrahl (S1,
S2) und gemeinsam den Beschichtungsstrahl (S) bilden und wobei die Achsen (12", 14")
der Austrittskanäle (12, 14) unter einem Winkel (γ) zueinander stehen;
dadurch gekennzeichnet,
- dass die die Spritzdüse (10) bildende Austrittsöffnung (12') des Spritzkanals (12) auf
die zu beschichtende Oberfläche (2) gerichtet ist;
- dass zumindest eine Bilderfassungseinrichtung (3) vorgesehen ist, die ausgebildet ist,
um den Beschichtungsstrahl (S) während des Beschichtungsvorgangs oder zwischen zwei
Beschichtungsvorgängen zu erfassen;
- dass eine Bildauswerteeinrichtung (30) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, um die von
der zumindest einen Bilderfassungseinrichtung (3) gelieferte Bildsignale zu erhalten
und daraus den Spritzwinkel (α) des Beschichtungsstrahls (S) und/oder den auf die
Oberfläche (2) auftreffenden Auftreffwinkel (β) des Beschichtungsstrahls (S) zu ermitteln;
- dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer der Spritzwinkel (α) verstellbar ist und
- dass die Mittel, mittels derer der Spritzwinkel (α) verstellbar ist, Mittel sind, mit
denen der Volumenstrom des jeweiligen durch den Austrittskanal (12, 14) austretenden
Gasstroms veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Mittel zur Veränderung des Volumenstroms von mittels eines jeweiligen Stellantriebs
(15', 16') verstellbaren Drosseleinrichtungen (15, 16) gebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
- dass eine Stell- oder Regeleinrichtung (32) vorgesehen ist, die die Mittel zur Veränderung
des Volumenstroms, insbesondere die Stellantriebe (15', 16') der Drosseleinrichtungen
(15, 16), mit jeweils einem Stell- oder Regelsignal beaufschlagt, wobei. vorzugsweise
die Stell- oder Regeleinrichtung (32) als Regelgröße den von der Bildauswerteeinrichtung
(30) gelieferten Spritzwinkel (α) und/oder den Auftreffwinkel (α) erhält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorzugsweise als thermische Spritzeinrichtung ausgebildete Spritzeinrichtung
(1) mit einem Partikelstromgenerator (17) ausgestattet ist, der vorzugsweise einen
Plasmabrenner (17') aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regeleinrichtung (32) den zumindest einen Partikelstromgenerator (17) mit einem
dessen Partikelabgabeleistung regelnden Signal beaufschlagt.
1. A method for coating a surface (2) by means of a coating jet (S) containing coating
particles, wherein the coating jet (S) is directed onto the surface (2) at a spraying
angle (α) by a spraying means (1), wherein the coating jet (S) is formed from at least
two partial jets (S1, S2) which emerge in each case from an exit opening (12', 14')
of an associated exit duct (12, 14) of the spraying means (1), wherein the respective
axes (12", 14") of the exit ducts (12, 14) are at an angle (γ) to each other, wherein
one of the exit ducts (12, 14) is a spraying duct (12) for a first gas stream containing
the coating particles, wherein the exit opening (12') of this spraying duct (12) forms
a spray nozzle (10) and wherein the other one of the exit ducts (12, 14) is a control
duct (14) for a second gas stream which deflects the first gas stream, wherein the
exit opening (14') of this control duct (14) forms at least one control nozzle (18);
characterised in that
the exit opening (12') of the spraying duct (12) which forms the spray nozzle (10)
is directed at the surface (2) to be coated;
in that the coating jet (S) emerging from the spraying means (1) is detected with an image
acquisition means (3);
in that the spraying angle (α) is ascertained from the detected image of the coating jet
(S) during the coating operation or between two coating operations;
in that in the event of the ascertained spraying angle (α) deviating from a predetermined
desired spraying angle the spraying angle (α) is adjusted and thereby readjusted to
the desired spraying angle, and
in that in the event of the ascertained spraying angle (α) deviating from the predetermined
desired spraying angle the volume flow of a first partial jet (S1) of the at least
two partial jets is increased and the volume flow of a second partial jet (S2) of
the at least two partial jets is reduced.
2. A method according to Claim 1,
characterised in that
the coating jet (S) emerging from spraying means (1) is detected from the side, preferably
as a free jet, with the image acquisition means (3) to ascertain the spraying angle
(α).
3. A method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the increase in the volume flow of the first partial jet (S1) and the reduction in
the volume flow of the second partial jet (S2) always take place such that the sum
of the volume flows of the partial jets (S1, S2) or the energy content of the coating
jet (S) formed from the partial jets (S1, S2) is constant.
4. A method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the angle (γ) between the axes (12", 14") of the exit ducts (12, 14) is a right-angle,
so that the partial jets (S1, S2) meet each other at right-angles.
5. A method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the method is designed for thermally coating the surface, the spraying means (1) being
a thermal spraying means with a particle stream generator (17).
6. A method according to Claim 5,
characterised in that
the flow of the first gas stream passes through the particle stream generator (17),
which stream passes as a gas stream enriched with coating particles through the spraying
duct (12) and emerges from the spray nozzle (10).
7. A method according to Claim 5 or Claim 6,
characterised in that
the first partial jet is a plasma jet generated by a plasma burner (17'), which jet
contains the coating particles.
8. A method according to Claim 7,
characterised in that
the output of the at least one plasma burner (17') is regulated to regulate the energy
content of the coating jet (S).
9. A device for coating a surface (2) by means of a coating jet (S) containing coating
particles, wherein
the coating jet (S) can be directed onto the surface (2) by a spraying means (1) at
a spraying angle (α), especially for carrying out a method according to one of the
preceding claims, wherein the spraying means (1) is provided with a spraying duct
(12) for a first gas stream containing coating particles and at least one control
duct (14) for a second gas stream which deflects the first gas stream, wherein the
exit opening (12') of the spraying duct (12) forms a spray nozzle (10) and wherein
the exit opening (14') of the at least one control duct (14) forms a control nozzle
(18), wherein the gas streams emerging from the exit openings (12', 14') in each case
form a partial jet (S1, S2) and jointly the coating jet (S), and wherein the axes
(12", 14") of the exit ducts (12, 14) are at an angle (γ) to each other;
characterised in that
- the exit opening (12') of the spraying duct (12) which forms the spray nozzle (10)
is directed at the surface (2) to be coated;
- in that at least one image acquisition means (3) is provided which is designed to detect
the coating jet (S) during the coating operation or between two coating operations;
- in that an image evaluation means (30) is provided which is designed to receive the image
signals supplied by the at least one image acquisition means (3) and to ascertain
therefrom the spraying angle (α) of the coating jet (S) and/or the angle of incidence
(β) of the coating jet (S) which strikes the surface (2);
- in that means are provided by means of which the spraying angle (α) is adjustable, and
- in that the means by means of which the spraying angle (α) is adjustable are means with which
the volume flow of the respective gas stream emerging through the exit duct (12, 14)
can be changed.
10. A device according to Claim 9,
characterised in that
- the means for changing the volume flow are formed by choke means (15, 16) which
are adjustable by means of a respective actuator (15', 16').
11. A device according to Claim 9 or Claim 10,
characterised in that
- an actuating or regulating means (32) is provided which acts upon the means for
changing the volume flow, especially the actuators (15', 16') of the choke means (15,
16), with in each case an actuating or regulating signal, wherein preferably the actuating
or regulating means (32) receives as controlled variable the spraying angle (α) supplied
by the image evaluation means (30) and/or the angle of incidence (α).
12. A device according to one of Claims 9 to 11,
characterised in that
the spraying means (1) which is preferably designed as a thermal spraying means is
equipped with a particle stream generator (17) which preferably has a plasma burner
(17').
13. A device according to Claim 11 and 12,
characterised in that
the regulating means (32) acts upon the at least one particle stream generator (17)
with a signal which regulates the particle output thereof.
1. Procédé de revêtement d'une surface (2) au moyen d'un faisceau de revêtement (S) renfermant
des particules de revêtement, le faisceau de revêtement (S) étant orienté sur la surface
(2) par un dispositif d'injection (1) selon un angle d'injection (α), le faisceau
de revêtement (S) étant formé par au moins deux faisceaux partiels (S1, S2) qui sortent
chacun d'une ouverture de sortie (12', 14') d'un canal de sortie (12, 14) associés
du dispositif d'injection (1), les axes respectifs (12", 14") des canaux de sortie
(12, 14) étant disposés l'un par rapport à l'autre selon un angle (γ), l'un des canaux
de sortie (12, 14) étant un canal d'injection d'un premier flux gazeux renfermant
les particules de revêtement, l'ouverture de sortie (12') de ce canal d'injection
(12) formant une buse d'injection (10), et l'autre canal de sortie (12, 14) étant
un canal de commande (14) d'un second flux gazeux déviant le premier flux gazeux,
l'ouverture de sortie (14') de ce canal de commande (14) formant au moins une buse
de commande (18),
caractérisé en ce que
l'ouverture de sortie (12') du canal d'injection (12) formant la bus d'injection (10)
est orientée vers la surface (2) à revêtir,
le faisceau de revêtement (S) sortant du dispositif d'injection (1) est détecté par
un dispositif de détection d'image (3),
à partir de l'image détectée du faisceau de revêtement (S) on détermine l'angle d'injection
(α) pendant le processus de revêtement ou entre deux processus de revêtement,
en cas d'écart entre l'angle d'injection (α) déterminé et un angle d'injection de
consigne prédéfini, on modifie l'angle d'injection (α) et on le règle ainsi sur l'angle
d'injection de consigne, et
en cas d'écart entre l'angle d'injection (α) déterminé à l'angle d'injection de consigne
prédéfini, le débit volumique d'un premier faisceau partiel (S1) parmi les aux moins
deux faisceaux partiels est augmenté et le débit volumique d'un second faisceau partiel
(S2) parmi les faisceaux partiels est diminué.
2. Procédé conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce que
le faisceau de revêtement sortant du dispositif d'injection (1) est détecté, avec
le dispositif de détection d'image (3) pour déterminer l'angle d'injection (α) par
le côté, de préférence sous la forme d'un faisceau libre.
3. Procédé conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'augmentation du débit volumique du premier faisceau partiel (S1) et la diminution
du débit volumique du second faisceau partiel (S2) sont toujours effectués de sorte
que la somme des débits volumiques des faisceaux partiels (S1, S2) ou la teneur énergétique
du faisceau de revêtement (S) formé à partir des faisceaux partiels (S1, S2) soit
constante.
4. Procédé conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'angle (γ) entre les axes (12", 14") des canaux de sortie (12, 14) est un angle droit
de sorte que les faisceaux partiels (S1, S2) viennent se frapper perpendiculairement.
5. Procédé conforme à l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
il est conçu pour effectuer un revêtement thermique de la surface, le dispositif d'injection
(1) étant un dispositif d'injection thermique ayant un générateur de flux de particules
(17).
6. Procédé conforme à la revendication 5,
caractérisé en ce que
le générateur de flux de particules (17) est parcouru par un premier courant gazeux
qui passe au travers du canal d'injection (12) et sort de la buse d'injection (10)
sous la forme d'un flux gazeux enrichi en particules de revêtement.
7. Procédé conforme à la revendication 5 ou 6,
caractérisé en ce que
le premier faisceau partiel est un faisceau plasma produit par une torche à plasma
(17') qui comporte les particules de revêtement.
8. Procédé conforme à la revendication 7,
caractérisé en ce que
pour permettre de régler la teneur énergétique du faisceau de revêtement (S) on règle
la puissance de la torche à plasma (17').
9. Dispositif de revêtement d'une surface (2) au moyen d'un faisceau de revêtement (S)
renfermant des particules de revêtement dans lequel le faisceau de revêtement (S)
peut être orienté vers la surface (2) par un dispositif d'injection (1) sous un angle
d'injection (α), permettent en particulier la mise en œuvre d'un procédé conforme
à l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'injection (1)
est équipé d'un premier canal d'injection (12) d'un premier flux gazeux renfermant
les particules de revêtement et d'au moins un canal de commande (14) destiné à un
second flux gazeux déviant le premier flux gazeux, l'ouverture de sortie (12') du
canal d'injection (12) formant une buse d'injection (10) et l'ouverture de sortie
(14') du canal de commande (14) formant une buse de commande (18), les flux gazeux
sortant des ouvertures de sortie (12', 14') formant chacun un faisceau partiel (S1,
S2) et conjointement le faisceau de revêtement (S), et les axes (12", 14") des canaux
de sortie (12, 14) étant positionnés l'un par rapport à l'autre selon un angle (γ),
caractérisé en ce que
- l'ouverture de sortie (12') du canal d'injection (12) formant la buse d'injection
(10) est orientée vers la surface (2) à revêtir,
- il est prévu au moins un dispositif de détection d'image (3) qui est réalisé pour
permettre de détecter le faisceau de revêtement (S) pendant le processus de revêtement
ou entre deux processus de revêtement,
- il est prévu un dispositif d'évaluation d'image (30) qui est réalisé pour permettre
d'obtenir les signaux d'image fournis par le dispositif de détection d'image (3) et
d'en déduire l'angle d'injection (α) du faisceau de revêtement (S) et/ou l'angle (β)
du faisceau de revêtement (S) venant frapper la surface (2),
- il est prévu des moyens permettant de régler l'angle d'injection (α), et
- les moyens permettant de régler l'angle d'injection (α) sont des moyens permettant
de modifier le débit volumique du flux gazeux sortant respectivement par le canal
de sortie (12, 14).
10. Dispositif conforme à la revendication 9,
caractérisé en ce que
les moyens permettant de modifier le débit volumique sont constitués par des dispositifs
d'étranglement (15, 16) pouvant respectivement être réglés au moyen d'un actionneur
(15', 16').
11. Dispositif conforme à la revendication 9 ou 10,
caractérisé en ce qu'
il est prévu un dispositif de réglage ou de régulation (32) qui fournit respectivement
aux moyens permettant de modifier le débit volumique, en particulier à l'actionneur
(15', 16') des dispositifs d'étranglement (15, 16) un signal de réglage ou de régulation,
et de préférence le dispositif de réglage ou de régulation (32) comporte en tant que
grandeur de réglage l'angle d'injection (α) et/ou l'angle de frappe (α) fourni par
le dispositif d'évaluation d'image (30).
12. Dispositif conforme à l'une des revendications 9 à 11,
caractérisé en ce que
le dispositif d'injection (1) qui est réalisé de préférence sous la forme d'un dispositif
d'injection thermique est équipé d'un générateur de flux de particules (17) qui comporte
de préférence une torche à plasma (17').
13. Dispositif conforme aux revendications 11 et 12,
caractérisé en ce que
le dispositif de régulation (32) fournit au générateur de flux de particules (17)
un signal réglant sa puissance de sortie de particules.