Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen.

[0002] Zur Erzeugung von Oberflächen hoher Güte an Bauteilen werden diese vielfach beschichtet. Hierbei wird ein Werkstoff in einer regelmäßig nur wenige µm betragen Schicht auf ein Trägerbauteil aufgetragen, um beispielsweise die Verschleißfestigkeit zu erhöhen oder der Bauteiloberfläche bestimmte Eigenschaften (z.B. elektrische Leitfähigkeit) zu verleihen.

[0003] Verschiedene Beschichtungsverfahren sind bekannt, wobei insbesondere thermische Beschichtungsverfahren, bei denen der Beschichtungswerkstoff aufgeschmolzen und anschließend - regelmäßig mittels eines Druckluft- oder sonstigen Gasstroms - zerstäubt und auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert wird, zum Einsatz kommen. Bekannte thermische Beschichtungsverfahren sind das Plasmabeschichten, das Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und das Lichbogendrahtspritzen.

[0004] Aus DE 198 41 617 A1 ist eine Lichtbogendrahtspritzanlage zur Beschichtung von Innenflächen eines Hohlkörpers, beispielsweise von Zylinderbohrungen eines Motorblocks, bekannt.

[0005] Die darin offenbarte Lichtbogenspritzanlage weist einen rotierend angetriebenen Brennerschaft in Form einer Hohlwelle auf, die in den zu beschichtenden Hohlraum eingeführt wird. Am unteren Ende des Brennerschafts ist eine radial ausgerichtete Düse vorgesehen, durch die die Tropfen des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs mittels Drucklufts, die durch das hohle Innere des Brennerschafts zugeführt wird, ausgetragen wird.

[0006] Oberhalb des Brennerschafts ist eine Nachschubeinrichtung mit zwei Drahtrollen an diesem befestigt. Ausgehend von den Drahtrollen werden die zwei Drähte parallel zur Längsachse des Brennerschafts bis zu dessen Spitze geführt. Dort wird mittels einer elektrischen Hochspannung ein Lichtbogen zwischen den zwei Drahtenden erzeugt, der das Drahtmaterial aufschmilzt. Die Tropfen des aufgeschmolzenen Drahts werden dann von der Druckluftströmung erfasst und durch die Düse ausgetragen. Die Nachschubeinrichtung sorgt für eine kontinuierliche Versorgung des Brenners mit Beschichtungsmaterial.

[0007] Aus US 5,439,714 A ist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Hohlkörpers mit einer Pulverspritzeinrichtung bekannt, bei der das zu zerstäübende Material mit einer rotierend angetriebenen Verteilerscheibe auf die zu beschichtende Oberfläche umgelenkt wird.

[0008] Die aus der DE 198 41 617 A1 bekannte Lichtbogendrahtspritzanlage weist den Nachteil eines hohen konstruktiven Aufwands auf, der insbesondere durch die erforderliche Umlenkung des Sprühstrahls um 90° zur Erzielung einer radial Ausrichtung bedingt ist.

[0009] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschichten von Bauteilen anzugeben, mit der die Qualität der Beschichtung verbessert wird und die sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, das den Einsatz einer solchen Vorrichtung vorteilhaft ermöglicht.

[0010] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0011] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zum Beschichten eines Bauteils, insbesondere eines Hohlköpers, neben einer Sprühvorrichtung, mittels derer ein gerichteter Sprühstrahl aus Beschichtungswerkstoff erzeugt wird, eine zusätzliche Verteilvorrichtung vorgesehen, mittels derer der Sprühstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils umgelenkt wird.

[0012] Durch die funktionale Trennung der Prozessschritte Erzeugung und Umlenkung des Sprühstrahls kann sowohl die Sprühvorrichtung als auch die Verteilvorrichtung einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau aufweisen.

[0013] Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung weist eine Lichtbogendrahtspritzvorrichtung auf. Dazu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mindestens einen Brenner zum Aufschmelzen des Beschichtungswerkstoffs sowie mindestens eine mit Druckgas beaufschlagte Düse für den Transport des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs auf,

[0014] Für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung auch in Hohlkörpern mit geringem Öffnungsquerschnitt ist die Sprühvorrichtung vorzugsweise endseitig an dem länglichen Grundkörper angeordnet. Der längliche Grundkörper kann gleichzeitig der Zufuhr des Beschichtungsmaterials sowie eines Druckgases für den Transport des Beschichtungswerkstoffs dienen. Vorzugsweise Die Sprühvorrichtung erzeugt einen in Längsrichtung des Grundkörpers gerichteten Sprühstrahl, so dass eine Ausgestaltung erreicht werden kann, die keinerlei Umlenkung des Gasstroms oder des Sprühstrahls erforderlich macht.

[0015] Nach der Erfindung weist die Verteilvorrichtung eine rotierend angetriebene Verteilerscheibe auf. Dies kann insbesondere bei der Beschichtung eines rotationssymmetrischen Hohlköpers Vorteile aufweisen. Treffen die Partikel des Sprühstrahls aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff auf die Verteilerscheibe, so werden sie von dieser zunächst erfasst und auf einer Kreisbahn bewegt. Die hierbei übertragbaren Zentripetalkräfte werden jedoch von der Haftreibung zwischen den Partikeln und der Oberfläche der Verteilerscheibe begrenzt. Wird die Haftreibung überschritten, so werden die Partikel - ihren tangential gerichteten Trägheitskräften folgend - in Richtung auf die zu beschichtenden Oberflächen bewegt.

[0016] Die Verteilerscheibe weist Vertiefungen auf, die sich von einem zentralen Bereich bis in den Außenbereich der Verteilerscheibe erstrecken und möglichst am Rand der Verteilerscheibe auslaufen. Die Vertiefungen können geradlinig verlaufen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die Vertiefungen jedoch bogenförmig, vorzugsweise in Richtung der Drehrichtung der Verteilerscheibe. Die Vertiefungen ermöglichen eine höhere Beschleunigungswirkung der Verteilerscheibe, da die Partikel/Tropfen in den Vertiefungen geführt werden. Die Länge und ggf. der Radius der Vertiefungen kann beliebig entsprechend des jeweiligen Beschichtungsprozesses gewählt werden.

[0017] Vorzugsweise Ist die rotierende Verteilerscheibe kegelförmig ausgebildet. Dies kann eine besonders gute Verteilung eines auf die Verteilerscheibe gerichteter Sprühstrahls der Sprühvorrichtung in Richtung der zu beschichtenden Oberflächen ermöglichen, insbesondere wenn der Sprühstrahl auf die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe gerichtet ist. Hierbei liegt die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe vorzugsweise auf deren Rotationsachse.

[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Verteilvorrichtung zumindest in den Abschnitten, in denen diese mit dem Sprühstrahls aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff in Berührung kommt, eine Oberfläche aus einem keramischen Werkstoff auf, wobei die Verteilvorrichtung mit dem keramischen Werkstoff beschichtet oder auch ganz oder teilweise aus einem keramischen Material gefertigt sein kann. Durch den Einsatz der keramischen Materialien kann eine hohe thermische Belastbarkeit sowie eine hohe Abrieb- und Formbeständigkeit erzielt werden. Weiterhin kann eine Verteilvorrichtung mit keramischer Oberfläche eine hohe Oberflächegüte aufweisen, die ein Anhaften und Einbrennen der Partikel/Tropfen verhindern kann.

[0019] Weiterhin kann ein Rotationsantrieb, mittels dessen die Verteilerscheibe rotierend angetrieben wird, steuerbar ausgestaltet sein, so dass die Drehzahl der rotierenden Verteiferscheibe auf einen gewünschten und hinsichtlich des konkreten Beschichtungsprozesses angepassten Wert eingestellt werden kann. Dies ermöglicht, die kinetische Energie, mit der die Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen, anzupassen.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sprühvorrichtung und/oder die Verteilvorrichtung linear verfahrbar ausgestaltet. Dies ermöglicht die Beschichtung auch größerer Bauteiloberflächen. Je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung kann vorgesehen sein, lediglich die Sprühvorrichtung oder die Verteilvorrichtung linear verfahrbar auszubilden. Alternativ können beide Elemente verfahrbar ausgebildet sein, wobei die Bewegungen synchron oder asynchron sein können. Vorzugsweise werden die Sprühvorrichtung und/oder die Vorteilerscheibe entlang der Rotationsachse der Verteilerscheibe verfahren.

[0021] Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung weiterhin eine Absaugvorrichtung auf, die zum Absaugen des beim Beschichten entstehenden Oversprays dienen kann.

[0022] Bei einer Beschichtung eines an zwei Seiten offenen Hohlkörpers, beispielsweise eines Hohlzylinders, kann die Sprühvorrichtung sowie die Verteilvorrichtung von unterschiedlichen Seiten in den Hohlzylinder verfahren werden. Dies kann eine konstruktive Trennung zwischen Sprühvorrichtung und Verteilvorrichtung ermöglichen, wodurch sich der konstruktive Aufwand für die gesamte Beschichtungsvorrichtung verringern kann.

[0023] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0024] In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1:

in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Beschichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2:

in einer perspektivischen Ansicht eine Detailansicht der Verteilerscheibe aus Fig. 1.

[0025] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Beschichtung einer Zylinderbohrung in einem Kugelgehäuse eines Verbrennungsmotors verwendet wird.

[0026] Die dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist eine Sprühlanze 1 mit einem endseitig angeordneten Sprühkopf 2 auf. Die Sprühlanze 1, in deren länglichem Grundkörper 3 sowohl eine Zuführung für den in Form von Drähten 4 vorliegenden Beschichtungswerkstoff als auch eine Druckluftzufuhr 5 vorgesehen ist, erzeugt einen nach vorne, das heißt in Richtung der Längsachse der Sprühlanze 1 gerichteten Sprühstrahl aus aufgeschmolzenem Beschichtungswerkstoff. Hierzu wird, wie es aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, zwischen den zwei Drähten 4 aus Beschichtungswerkstoff eine elektrische Hochspannung angelegt, wodurch ein Lichtbogen zwischen den zwei in einem geringen Abstand zueinander positionierten Enden der Drähte 4 erzeugt wird. Durch diesen Lichtbogen wird der Werkstoff an den Enden der Drähte 4 aufgeschmolzenen und von der durch die Druckluftzufuhr 5 zugeführten Luftströmung erfasst, wodurch sich ein nach vorne gerichteter Sprühstrahl bildet.

[0027] Die mittels eines (oberen) Linearantriebs 14 verfahrbare Sprühlanze 1 wird in die obere Öffnung der zu beschichtenden Zylinderbohrung 6 eingeführt. Durch die gegenüberliegende Öffnung wird eine Verteilvorrichtung 7 in die Zylinderbohrung 6 verfahren. Diese weist eine schneckenförmige Verteilerscheibe 8 aus einem keramischen Werkstoff auf, die endseitig an einem zylindrischen Langkörper 9 befestigt ist.

[0028] Die Topographie der Verteilerscheibe 8 wird aus Fig. 2 deutlich. Diese weist an ihrer Oberseite, d.h. der der Sprühlanze 1 zugewandten Seite in regelmäßiger Teilung eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, die sich mit einem bogenförmigen Verlauf von einem zentralen Bereich der Verteilerscheibe 8 ausgehend bis zu dem Randbereich erstrecken und dort auslaufen. Die bogenförmigen Vertiefungen verlaufen in Drehrichtung, d.h. ihre Krümmung entspricht der Drehrichtung der Verteilerscheibe 8 entgegen dem Uhrzeigersinn.

[0029] Der zylindrische Langkörper 9 einschließlich der Verteilerscheibe 8 wird mittels eines Rotationsantriebs 10 rotierend angetrieben. Weiterhin kann die Einheit aus Verteilerscheibe 8, zylindrischem Langkörper 9 sowie dem Rotationsantrieb 10 linear mittels eines (unteren) Linearantriebs 11 in Richtung der Längsachse der Zylinderbohrung 6 verfahren werden.

[0030] Während des Beschichtungsvorgangs sind die Sprühlanze 1 sowie die Verteilvorrichtung 7 so ausgerichtet, das die Längsachsen der Sprühlanze 1, des zylindrischen Langkörpers 9 der Verteilvorrichtung 7 sowie der Zylinderbohrung 6 identisch sind. Der Sprühstrahl der Sprühlanze 1 ist somit direkt auf die Spitze der schneckenförmigen Verteilerscheibe 8 ausgerichtet.

[0031] Die auf die rotierende Verteilerscheibe 8 treffenden Partikel des Beschichtungswerkstoffs werden von dieser erfasst und auf einer Kreisbahn beschleunigt, wobei die übertragbaren Zentripetalkräfte jedoch von der Haftreibung zwischen den Partikeln und der Oberfläche der Verteilerscheibe 8 begrenzt werden. Wird die Haftreibung überschritten, so werden die Partikel - den tangential gerichteten Trägheitskräften folgend - in den Vertiefungen in Richtung des Rands geführt und von dort auf die zu beschichtenden Oberflächen bewegt. Die Verteilerscheibe 8 bewirkt somit eine Umlenkung des Sprühstrahls um ca. 90° in Richtung auf die zu beschichtenden Oberflächen sowie eine Beschleunigung der Partikel.

[0032] Die Beschichtung der Zylinderbohrung 6 erfolgt kontinuierlich durch ein synchrones, lineares Verfahren der Sprühlanze 1 und der Verteilvorrichtung 7, wobei mehrere Schichten durch ein mehrfaches Auf- und Abfahren erzeugt werden können.

[0033] Bei der in Fig. 1 dargestellten Beschichtungsvorrichtung wird der Abstand zwischen der Sprühlanze 1 und der Verteilerscheibe 8 durch ein synchrones Verfahren dieser beiden Elemente konstant gehalten. Insbesondere bei einer Beschichtung von Bauteilen mit geringen Ausmaßen kann es jedoch auch möglich sein, die Sprühlanze oder die Verteilvorrichtung während des Beschichtungsvorgangs nicht (oder gegebenenfalls mit einer anderen Geschwindigkeit als das jeweils andere Element) linear zu verfahren wodurch sich der Abstand zwischen den beiden Elementen während des Prozesses verändert. Eine möglicherweise hervorgerufene Veränderung der kinetischen Energie, mit der die Partikel aufgrund eines veränderten Abstands zwischen Sprühkopf 2 und Verteilerscheibe 8 auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen würden, kann gegebenenfalls durch eine Erhöhung des Luftdrucks in der Druckluftzufuhr 5 der Sprühlanze 1 oder durch eine Erhöhung der Drehzahl der Verteilerscheibe 8 ausgeglichen werden.

[0034] Die dargestellte Beschichtungsvorrichtung weist weiterhin eine Absaugvorrichtung auf, die dem Abführen des beim Beschichten entstehenden Oversprays dient. Die Absaugvorrichtung weist einen oberen und einen unteren Abdichtflansch 12, 13 auf, die auf die zwei Öffnungen des Zylinders aufgesetzt werden und jeweils eine zusätzliche Öffnung (Anschlussflansche 15) aufweisen. An eine dieser Öffnungen wird ein (nicht dargestellter) Unterdruckschlauch angeschlossen, durch den der beim Beschichten entstehende Overspray abgesaugt wird. Durch die zweite Öffnung wird dem Zylinderinnenraum Luft zugeführt, so dass die Erzeugung eines Vakuums durch die Absaugvorrichtung verhindert wird.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Hohlkörpers mit einer Lichtbogendrahtspritzeinrichtung, die eine Sprühlanze (1) mit einem länglichen Grundkörper und eine rotierend angetriebene, auf die Oberfläche des Hohlkörpers gerichtete Verteilvorrichtung (7) für den Sprühstrahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogendrahtspritzeinrichtung einen in Längsrichtung des Grundkörpers (3) der Sprühlanze (1) gerichteten Sprühstrahl erzeugt und die Verteilvorrichtung (7) eine rotierend angetriebene Verteilerscheibe (8) aufweist, die den auf die Verteilerscheibe (8) auftreffenden Sprühstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche des Hohlkörpers umlenkt, wobei die Verteilerscheibe (8) Vertiefungen aufweist, die sich von einem zentralen Bereich bis in den Außenbereich der Verteilerscheibe (8) erstrecken und vorzugsweise dort auslaufen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen einen bogenförmigen Verlauf, vorzugsweise in Drehrichtung der Verteilerscheibe (8) aufweist.

3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (8) kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe (8) auf der Rotationsachse liegt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühstrahl auf die Spitze der kegelförmigen Verteilerscheibe (8) gerichtet ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (8) zumindest einen Oberflächenabschnitt aus einem keramischen Werkstoff aufweist.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der rotierend angetriebenen Verteilerscheibe (8) einstellbar ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung und/oder die Verteilvorrichtung (7) linear verfahrbar ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogendrahtspritzeinrichtung und/oder die Verteilerscheibe (8) entlang der Rotationsachse der Verteilerscheibe (8) verfahrbar Ist.

9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absaugvorrichtung.

Claims

1. Device for coating a hollow body with an arc wire spraying device having a spray lance (1) with an elongated base body and a rotationally driven distributing device (7) for the spray jet directed onto the surface of the hollow body, characterized in that the arc wire spraying device generates a spray jet directed in the longitudinal direction of the base body (3) of the spray lance (1), and in that the distributing device (7) has a rotationally driven distributor disc (8) which deflects the spray jet impinging on the distributor disc (8) onto the surface of the hollow body to be coated, wherein the distributor disc (8) has slots extending from a central area to the outer area of the distributor disc (8), where they preferably taper off.

2. Device according to claim 1, characterized in that the slots run in an arc-shaped manner, preferably in the direction of rotation of the distributor disc (8).

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distributor disc (8) is cone-shaped, wherein the point of the cone-shaped distributor disc (8) lies on the axis of rotation.

4. Device according to claim 3, characterized in that the spray jet is directed onto the point of the cone-shaped distributor disc (8).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distributor disc (8) has at least one surface section which is made of a ceramic material.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotational speed of the rotationally driven distributor disc (8) is adjustable.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the spraying device and/or the distributing device (7) are linearly movable.

8. Device according to claims 1 and 7, characterized in that the arc wire spraying device and/or the distributor disc (8) are movable along the direction of rotation of the distributor disc (8).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized by a suction device.

Revendications

1. Dispositif de revêtement d'un corps creux au moyen d'un dispositif de projection de fil à l'arc électrique qui présente une lance de pulvérisation (1) avec un corps de base allongé et un dispositif de répartition (7) entraîné en rotation, dirigé sur la surface du corps creux pour le jet de pulvérisation, caractérisé en ce que le dispositif de projection de fil à l'arc électrique génère un jet de pulvérisation dirigé en direction longitudinale du corps de base (3) de la lance de pulvérisation (1) et en ce que le dispositif de répartition (7) présente un disque répartiteur (8) entraîné en rotation qui fait dévier sur la surface à revêtir du corps creux le jet de pulvérisation incident sur le disque répartiteur (8), le disque répartiteur (8) présentant des cavités qui s'étendent depuis une zone centrale jusque dans la zone extérieure du disque répartiteur (8) et qui se terminent de préférence à cet endroit.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités présentent une trajectoire en forme d'arc, de préférence en direction de rotation du disque répartiteur (8).

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque répartiteur (8) est réalisé en forme de cône, la pointe du disque répartiteur (8) en forme de cône se trouvant sur l'axe de rotation.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le jet de pulvérisation est dirigé sur la pointe du disque répartiteur (8) en forme de cône.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque répartiteur (8) présente au moins un tronçon de surface en un matériau céramique.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du disque répartiteur (8) entraîné en rotation est réglable.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de pulvérisation et/ou le dispositif de répartition (7) peut être déplacé linéairement.

8. Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que l'appareil de projection de fil à l'arc électrique et/ou le disque répartiteur (8) peut être déplacé le long de l'axe de rotation du disque répartiteur (8).

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un dispositif d'aspiration.

Zeichnung