[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Brenners einer Plasmabeschichtungsanlage
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Plasmabeschichtungsanlage gemäss dem
Oberbegriff des Anspruchs 11.
[0002] Plasmabeschichtungsanlagen und -verfahren werden eingesetzt, um auf Oberflächen von
Werkstücken eine Schicht aufzubringen. Die Schicht kann beispielsweise bei Turbinenschaufeln
als Wärmedämmschicht dienen oder bei Zylinderinnenflächen eines Kurbelgehäuses eines
Verbrennungsmotors die tribologischen Eigenschaften verbessern. Zur Durchführung eines
Plasmaspritzverfahrens wird von einem Brenner eine Plasmaflamme erzeugt, der ein die
Schicht bildenden Spritzwerkstoff beispielsweise in Form eines Pulvers oder eines
Drahts zugeführt wird. Der Spritzwerkstoff schmilzt in der Plasmaflamme und wird auf
das Werkstück aufgesprüht, wo er die oben genannte Schicht bildet. Dabei wird aber
nicht der gesamte zugeführte Spritzwerkstoff auf dem Werkstück abgeschieden. Dies
führt unter anderem dazu, dass sich Spritzwerkstoffpartikel am Brenner ablagern und
damit am Brenner anhaften. Derartige Verschmutzungen können zu Funktionsstörungen
des Brenners führen, die die Qualität der aufgebrachten Schicht beeinträchtigen und/oder
Unterbrechungen des Beschichtungsverfahrens notwendig machen.
[0003] In der
EP 1837081 A1 wird ein Verfahren zur Reinigung eines Brenners einer Plasmabeschichtungsanlage und
eine Plasmabeschichtungsanlage beschrieben, bei welchen der Brenner mit Druckluft
als Reinigungsmittel beaufschlagt wird, um so am Brenner anhaftende Partikel zu entfernen.
Dazu sind Reinigungsdüsen, aus denen die Druckluft austreten kann, direkt am Brenner
angeordnet.
[0004] Demgegenüber ist es insbesondere die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung
eines Brenners einer Plasmabeschichtungsanlage und eine Plasmabeschichtungsanlage
vorzuschlagen, welche einen störungsfreien Betrieb der Plasmabeschichtungsanlagen
ermöglichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und eine Plasmabeschichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs
11 gelöst.
[0005] Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Reinigung eines Brenners einer Plasmabeschichtungsanlage
wird der Brenner während einer Beschichtungsunterbrechung, also in einer Phase, in
der keine Schicht auf ein Werkstück aufgebracht wird, mit einem aus einer Reinigungsdüse
austretenden Reinigungsmittel beaufschlagt. Damit werden am Brenner anhaftende Spritzwerkstoffpartikel
entfernt.
[0006] Erfindungsgemäss ist das Reinigungsmittel so ausgeführt, dass es nach Verlassen der
Reinigungsdüse in einen gasförmigen Zustand übergeht. Das Reinigungsmittel geht dabei
entweder aus einem festen oder einem flüssigen Zustand direkt in den gasförmigen Zustand
über. Das Reinigungsmittel sublimiert oder verdampft damit nach dem Verlassen der
Reinigungsdüse. In beiden Fällen weist das Reinigungsmittel eine sehr geringe Temperatur
auf und vergrössert sein Volumen beim Übergang in den gasförmigen Zustand extrem.
Falls die am Brenner anhaftenden Spritzwerkstoffpartikel bereits eine durchgängige
Schicht gebildet haben, so wird diese stark abgekühlt und es bilden sich Risse. Nachfolgende
Partikel des Reinigungsmittels dringen in die Risse ein und expandieren schlagartig.
Dabei werden die Spritzwerkstoffpartikel abgesprengt. Falls die Spritzwerkstoffpartikel
noch keine durchgehende Schicht auf dem Brenner bilden, können Partikel des Reinigungsmittels
direkt in vorhandene Lücken und Ritzen eindringen, womit es ebenfalls zu einem Absprengen
der Spritzwerkstoffpartikel kommt.
[0007] Damit können die am Brenner anhaftenden Spritzwerkstoffpartikel besonders effektiv
entfernt werden, so dass sie keine Funktionsstörungen des Brenners hervorrufen können.
Ausserdem besteht keine Gefahr, den Brenner zu beschädigen, wie es bei einer mechanischen
Reinigung des Brenners vorkommen kann.
[0008] Das Plasma wird während der Reinigung des Brenners insbesondere aufrechterhalten.
Damit ist kein erneutes Zünden des Plasmas nach der Reinigung notwendig.
[0009] Der Brenner kann aus nur einer Reinigungsdüse oder auch aus mehreren Reinigungsdüsen
gleichzeitig oder auch nacheinander mit Reinigungsmittel beaufschlagt werden.
[0010] Unter einem "Brenner" soll in diesem Zusammenhang sowohl das eigentliche Bauteil,
in dem das Plasma erzeugt wird. verstanden werden, als auch Teile, die mit diesem
Bauteil direkt oder indirekt verbunden sind. Ein Beispiel für ein solches Bauteil
wäre ein so genannter Brennerschaft. Unter "beaufschlagen" soll in diesem Zusammenhang
beispielsweise besprüht, angeblasen oder "beschossen" verstanden werden.
[0011] In Ausgestaltung der Erfindung ist das Reinigungsmittel so ausgeführt, dass es vor
dem Verlassen der Reinigungsdüse fest ist. Das Reinigungsmittel ist dabei insbesondere
als Trockeneis, also als festes Kohlenstoffdioxid (CO
2) ausgeführt. Trockeneis sublimiert unter Normaldruck bei ca. -78 °C, geht also direkt
in die Gasphase, also den gasförmigen Zustand über, ohne vorher flüssig zu werden.
Bei der Sublimation vergrössert sich das Volumen auf das mehr als 700-fache.
[0012] Damit ist zum einen eine sehr effektive Reinigung möglich und zum anderen ist Trockeneis
einfach und kostengünstig zu beschaffen, so dass eine kostengünstige Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens möglich ist.
[0013] Bei der Verwendung kann beispielsweise ein als Trockeneisstrahlen bezeichnetes Verfahren
angewendet werden. Dabei werden Trockeneispellets mit einer Körnung beispielsweise
zwischen 2 und 8 mm beschleunigt und auf den Brenner geleitet. Die am Brenner anhaftenden
Spritzwerkstoffpartikel werden dann wie oben beschrieben abgesprengt.
[0014] In Ausgestaltung der Erfindung ist das Reinigungsmittel so ausgeführt, dass es vor
dem Verlassen der Reinigungsdüse flüssig ist. Das Reinigungsmittel ist dabei insbesondere
als flüssiger Stickstoff (N) ausgeführt. Flüssiger Stickstoff verdampft bei Normaldruck
bei ca. -196 °C. Beim Verdampfen vergrössert sich das Volumen bis auf das 700-fache.
[0015] Damit ist zum einen eine sehr effektive Reinigung möglich und zum anderen ist flüssiger
Stickstoff einfach und kostengünstig zu beschaffen, so dass eine kostengünstige Durchführung
des erfindungsgemässen Verfahrens möglich ist.
[0016] Das Reinigungsmittel kann vorteilhafterweise auch als flüssiges Kohlenstoffdioxid
(CO
2) ausgeführt sein. Beim Verlassen der Reinigungsdüse entspannt sich das Kohlenstoffdioxid,
wobei ein Teil des Kohlenstoffdioxids in den gasförmigen und ein anderer Teil in einen
festen Zustand, insbesondere in Form von Schneepartikeln, übergehen. Ein derartiges
Verfahren wird als so genanntes Schneestrahlen bezeichnet. Das Gemisch aus gasförmigen
Kohlenstoffdioxid und Schneepartikeln wird insbesondere einem Druckluftstrahl zugemischt
und so der Mischer mit dem Reinigungsmittel beaufschlagt.
[0017] Das Kohlenstoffdioxid kann damit vorteilhafterweise kontinuierlich beispielsweise
aus Tauchrohrflaschen oder Niederdrucktanks zugeführt werden. Dies ermöglicht einen
kontinuierliches Beschichtungs- und Reinigungsverfahren, das einfach und damit kostengünstig
durchführbar ist.
[0018] Das Reinigungsmittel kann aber auch aus einem anderen Stoff bestehen, der unter Normalbedingungen
gasförmig ist.
[0019] Bei Verwendung eines Reinigungsmittels, das vor dem Verlassen der Reinigungsdüse
flüssig ist, werden die am Brenner anhaftenden Spritzwerkstoffpartikel ebenso wie
oben beschrieben abgesprengt.
[0020] In Ausgestaltung der Erfindung rotiert der Brenner während eines Beschichtungsvorgangs,
wobei vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsmittel diese Rotation gestoppt wird.
Damit kann vermieden werden, dass das Reinigungsmittel so auf den Brenner auftrifft,
dass die Gefahr besteht, dass das Plasma versehentlich deaktiviert wird und somit
vor einem erneuten Beschichtungsvorgang wieder gezündet werden muss.
[0021] Die Rotation des Brenners während eines Beschichtungsvorgangs erfolgt insbesondere
um eine Längsachse des Brenners. Es ist auch möglich, dass der Brenner nicht während
des gesamten Beschichtungsvorgangs, sondern nur zeitweise rotiert. Ein rotierender
Brenner wird beispielsweise bei einer Beschichtung von Zylinderinnenflächen eines
Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors eingesetzt.
[0022] In Ausgestaltung der Erfindung wird die Rotation in einer definierten Reinigungsposition
des Brenners gestoppt, wobei die genannte Reinigungsposition insbesondere in Relation
zur Reinigungsdüse definiert ist. Damit kann gewährleistet werden, dass die Beaufschlagung
des Brenners mit Reinigungsmittel unter reproduzierbaren Bedingungen erfolgt und damit
die Reinigung auch zu reproduzierbaren Ergebnissen führt.
[0023] Um ein Stoppen der Rotation in der definierten Reinigungsposition zu ermöglichen,
kann zum Rotieren des Brenners beispielsweise ein so genannter Schrittmotor eingesetzt
werden.
[0024] In Ausgestaltung der Erfindung wird der Brenner während der Beaufschlagung mit dem
Reinigungsmittel auf einer definierten Reinigungsbahn relativ zur Reinigungsdüse bewegt.
Er wird dabei insbesondere so bewegt, dass möglichst grosse Bereiche des Brenners
mit Reinigungsmittel beaufschlagt werden und gleichzeitig empfindliche Bereiche, die
nicht mit Reinigungsmittel in Kontakt kommen sollten, ausgespart werden. Damit kann
vorteilhafterweise erreicht werden, dass möglichst grosse Bereiche des Brenners gereinigt
werden, ohne dass die Gefahr der Deaktivierung des Plasmas besteht.
[0025] Unter einer Bewegung auf einer definierten Reinigungsbahn relativ zur Reinigungsdüse
kann auch eine definierte Drehung des Brenners um seine Längsachse verstanden werden.
[0026] In Ausgestaltung der Erfindung wird der Brenner vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsmittel
in eine Reinigungsstation gefahren. Damit kann zum einen der Brenner sehr exakt gegenüber
der Reinigungsdüse positioniert werden und zum anderen können die vom Brenner abgesprengten
Spritzwerkstoffpartikel einfach aufgefangen und entsorgt werden.
[0027] An der Reinigungsstation ist dabei die Reinigungsdüse angeordnet. Die Reinigungsstation
weist ausserdem insbesondere eine Auffangwanne und/oder eine Absaugung für die abgesprengten
Spritzwerkstoffpartikel auf.
[0028] Die oben genannte Aufgabe wird auch von einer Plasmabeschichtungsanlage mit einem
Brenner und einer Reinigungseinrichtung mit einer Reinigungsdüse gelöst. Die Reinigungseinrichtung
ist dazu vorgesehen, während einer Beschichtungsunterbrechung den Brenner mit einem
aus der Reinigungsdüse austretenden Reinigungsmittel zu beaufschlagen und so am Brenner
anhaftende Spritzwerkstoffpartikel zu entfernen. Erfindungsgemäss ist das Reinigungsmittel
so ausgeführt, dass es nach Verlassen der Reinigungsdüse in einen gasförmigen Zustand
übergeht.
[0029] In Ausgestaltung der Erfindung ist die Reinigungsdüse am Brenner angeordnet. Damit
ist für die Reinigung des Brenners nur eine sehr kurze Zeitspanne nötig, da er zur
Reinigung nicht in eine spezielle Reinigungsstation gebracht werden muss. Um ein besonders
gutes Reinigungsergebnis zu ermöglichen, können auch mehr als eine Reinigungsdüse
am Brenner angeordnet sein.
[0030] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen,
in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen
sind.
[0031] Dabei zeigen:
- Fig. 1
- ein sehr schematisch dargestelltes Plasmaspritzgerät einer Plasmabeschichtungsanlage
mit einem Brenner in einer Reinigungsstation und
- Fig. 2
- einen Teil eines sehr schematisch dargestellten Plasmaspritzgeräts mit einem Brenner
und zwei am Brenner angeordneten Reinigungsdüsen.
[0032] Gemäss Fig. 1 weist ein Plasmaspritzgerät 10 einer nicht weiter dargestellten Plasmabeschichtungsanlage
ein Gehäuse 11, ein teilweise im Gehäuse 11 angeordnetes Anschlusselement 12 und einen
Brenner 13 auf. Der Brenner 13 verfügt über einen hauptsächlich zylindrischen Brennerschaft
14, über den er mit dem Anschlusselement 12 fest verbundenen ist, und einen dem Anschlusselement
12 gegenüber liegenden Brennerkopf 15. Das Anschlusselement 12 und damit auch der
Brenner 13 können um eine Längsachse 16 rotieren. Dazu ist innerhalb des Gehäuses
11 ein als ein Schrittmotor ausgeführter Elektromotor 17 angeordnet, der über ein
Getriebe 18 und einen Zahnriemen 19 mit einem koaxial zur Längsachse 16 angeordneten
Antriebsschaft 20 des Anschlusselements 12 antriebsmässig verbunden. Die für den Betrieb
des Plasmaspritzgeräts 10 notwendigen Betriebsmedien werden über Anschlüsse 21, 22,
23, 24 und 25 zu- und teilweise auch abgeführt. Über den koaxial zur Längsachse 16
am Antriebsschaft 20 angeordneten Anschluss 21 kann Beschichtungsmaterial in Form
von Pulver zugeführt werden. Die anderen Anschlüsse 22, 23, 24 und 25 sind quer zur
Längsachse 16 am Gehäuse 11 angeordnet. Über den Anschluss 22 wird Kühlwasser zu-
und über den Anschluss 23 wieder abgeleitet. Luft wird über den Anschluss 24 und Plasmagas,
beispielsweise in Form von Argon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff oder Gemischen davon,
über den Anschluss 25 zugeführt. Die einzelnen Leitungen für die Betriebsmedien innerhalb
des Anschlusselements 12 und des Brenners 13, sowie die zugehörigen Drehdurchführungen
sind hier nicht weiter von Interesse und deshalb auch nicht dargestellt.
[0033] Das Gehäuse 11 des Plasmaspritzgeräts 10 ist über ein nur teilweise dargestelltes
Koppelmodul 26 mit einem nicht dargestellten Industrieroboter verbunden, der das Plasmaspritzgerät
10 in eine gewünschte Position bringen kann. Damit kann das Plasmaspritzgerät 10 auch
so positioniert werden, dass sich der Brenner 13 in einer Reinigungsstation 27 befindet.
Die Reinigungsstation 27 weist eine Reinigungsdüse 28 auf, die mit einer nur schematisch
dargestellten Versorgungseinrichtung 29 für ein Reinigungsmittel 30verbunden ist.
Die Versorgungseinrichtung 29 kann die Reinigungsdüse 28 mit Reinigungsmittel 30 versorgen,
das unter Druck auf den Brenner 13 gebracht werden kann, so dass der Brenner 13 mit
Reinigungsmittel 30 beaufschlagt werden kann. Die Reinigungsstation 27 weist ausserdem
eine Auffangwanne 31 auf, über der der Brenner 13 während eines Reinigungsvorgangs
positioniert ist. Darüber hinaus verfügt die Reinigungsstation 27 über eine Absaugung
33 auf, neben der der Brenner 13 während eines Reinigungsvorgangs positioniert ist.
[0034] Das Plasmaspritzgerät 10 wird beispielsweise zum Beschichten von Zylinderinnenflächen
eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors verwendet. Während des Beschichtens,
also während eines Beschichtungsvorgangs rotiert der Brenner 13 dabei um die Längsachse
16. Beim Auftragen von Spritzwerkstoff auf die Zylinderinnenfläche lagern sich auch
Spritzwerkstoffpartikel 32 am Brenner 13 ab, die in einer Beschichtungsunterbrechung,
insbesondere in der Zeit, in der ein neues Kurbelgehäuse in die richtige Position
gebracht wird, entfernt werden sollen. Zu diesem Zweck wird das Plasmaspritzgerät
10 so positioniert, dass sich der Brenner 13 wie dargestellt in der Reinigungsstation
27 befindet, wobei das Plasma aktiviert bleibt. Gleichzeitig wird die Rotation des
Brenners 13 so gestoppt, dass er sich in einer definierten Reinigungsposition gegenüber
der Reinigungsdüse 28 befindet. Anschliessend wird der Brennerkopf 15 mit Reinigungsmittel
30 in Form von Trockeneispellets beaufschlagt, die mit Druckluft gegen den Brennerkopf
15 geschossen werden. Die Trockeneispellets sublimieren nach dem Austritt aus der
Reinigungsdüse 28. Die tiefe Temperatur und die Volumenzunahme beim Sublimieren sorgen
dafür, dass am Brennerkopf 15 anhaftende Spritzwerkstoffpartikel 32 vom Brennerkopf
15 entfernt werden und in der Auffangwanne 31 aufgefangen oder von der Absaugung 33
abgesaugt werden.
[0035] Der Brenner 13 kann während des Reinigungsvorgangs in einer festen Reinigungsposition
stehen bleiben. Es ist aber auch möglich, dass der Brenner 13 während des Reinigungsvorgangs
auf einer definierten Reinigungsbahn relativ zur Reinigungsdüse 28 bewegt wird. Dazu
kann beispielsweise der Brenner 13 leicht rotiert werden, wobei die Reinigungsbahn
so gewählt ist, dass das Plasma nicht direkt mit Reinigungsmittel beaufschlagt wird,
also beispielsweise wird der Brenner 13 nur um ca. 180 bis 250 ° verdreht. Alternativ
oder zusätzlich kann der Brenner 13 so bewegt werden, dass ausser dem Brennerkopf
15 auch der Brennerschaft 14 mit Reinigungsmittel 30 beaufschlagt wird. Dazu wird
der Brenner 13 in der Figur 1 nach unten, also in Richtung Auffangwanne 31 bewegt.
Es ist allerdings auch möglich, dass nicht der Brenner, sondern die Reinigungsdüse
bewegt wird.
[0036] Statt Trockeneis kann beispielsweise auch flüssiger Stickstoff oder flüssiges Kohlenstoffdioxid
als Reinigungsmittel verwendet werden.
[0037] In Fig. 2 ist ein Teil eines Plasmaspritzgeräts 110 mit einer anderen Anordnung von
Reinigungsdüsen 128 dargestellt. Das Plasmaspritzgerät 110 ist ansonsten gleich wie
das Plasmaspritzgerät 10 aus Fig. 1 aufgebaut, so dass nur auf die Unterschiede eingegangen
wird. Die Reinigungsdüsen 128 sind an einem Anschlusselement 112 so befestigt und
damit an einem Brenner 113 so angeordnet, dass sie einen Brennerkopf 115 des Brenners
113 mit Reinigungsmittel 130 beaufschlagen können. Die Reinigungsdüsen 128 sind dabei
bezüglich einer Längsachse 116 diametral gegenüber angeordnet. Sie werden über einen
nicht weiter dargestellten Anschluss am Verbindungselement 112 und entsprechende Leitungen
im Verbindungselement 112 mit Reinigungsmittel versorgt. Dabei können grundsätzlich
die gleichen Reinigungsmittel wie bei dem in Zusammengang mit Fig. 1 beschriebenen
Verfahren benutzt werden.
[0038] Es ist auch möglich, dass nur eine Reinigungsdüse oder mehr als zwei, also beispielsweise
drei oder vier Reinigungsdüsen vorgesehen sind.
1. Verfahren zur Reinigung eines Brenners (13, 113) einer Plasmabeschichtungsanlage,
bei welchem der Brenner (13, 113) während einer Beschichtungsunterbrechung mit einem
aus einer Reinigungsdüse (28, 128) austretenden Reinigungsmittel (30, 130) beaufschlagt
wird und so am Brenner (13, 113) anhaftende Spritzwerkstoffpartikel (32) entfernt
werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) so ausgeführt ist, dass es nach Verlassen der Reinigungsdüse
(28, 128) in einen gasförmigen Zustand übergeht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) so ausgeführt ist, dass es vor dem Verlassen der Reinigungsdüse
(28, 128) fest ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) als Trockeneis ausgeführt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) so ausgeführt ist, dass es vor dem Verlassen der Reinigungsdüse
(28, 128) flüssig ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) als flüssiger Stickstoff ausgeführt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) als flüssiges Kohlenstoffdioxid ausgeführt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brenner (13, 113) während eines Beschichtungsvorgangs rotiert und vor der Beaufschlagung
mit dem Reinigungsmittel (30, 130) diese Rotation gestoppt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotation des Brenners (13, 113) in einer definierten Reinigungsposition gestoppt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brenner (13, 113) während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsmittel (30, 130)
auf einer definierten Reinigungsbahn relativ zur Reinigungsdüse (28, 128) bewegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brenner (13) vor der Beaufschlagung mit dem Reinigungsmittel (30) in eine Reinigungsstation
(27) gefahren wird.
11. Plasmabeschichtungsanlage mit einem Brenner (13, 113) und einer Reinigungsdüse (28,
128), wobei die Reinigungsdüse (28, 128) dazu vorgesehen ist, während einer Beschichtungsunterbrechung
den Brenner (13, 113) mit einem aus der Reinigungsdüse (28, 128) austretenden Reinigungsmittel
(30, 130) zu beaufschlagen und so am Brenner (13, 113) anhaftende Spritzwerkstoffpartikel
(32) zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass
das Reinigungsmittel (30, 130) so ausgeführt ist, dass es nach Verlassen der Reinigungsdüse
(28, 128) in einen gasförmigen Zustand übergeht.
12. Plasmabeschichtungsanlage nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsdüse (128) am Brenner (113) angeordnet ist.