[0001] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung mit einem Lichtbogenbrenner. Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtungen die nen der Beschichtung von Werkstücken mit Metall, beispiels weise der Beschichtung von Aluminiumwerkstücken mit einer Stahlschicht. Dazu wird das Beschichtungsmaterial in Form eines Drahtes zugeführt, mittels eines Lichtbogens ge schmolzen, durch ein Prozessgas zerstäubt und auf die zu beschichtende Fläche des Werkstücks aufgespritzt.

[0002] Eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung ist bei spielsweise aus DE 102015 104 492 Al bekannt. Die Lichtbo gen-Drahtspritzeinrichtung weist einen Lichtbogenbrenner sowie eine Zuführeinrichtung für einen zu schmelzenden Draht zum Lichtbogenbrenner auf, die drehbar um eine Dreh achse angeordnet sind. Über eine Drehzuführung wird Primär gas über einen Kanal zum Lichtbogenbrenner geleitet.

[0003] EP 2941 320 Bl beschreibt eine Lichtbogen- Drahtspritzvorrichtung, bei der sich ein Lichtbogenbrenner um eine Drehachse dreht. Bei dem Lichtbogenbrenner wird ein Lichtbogen zwischen einem freien Ende eines zugeführten Drahtes und einer Kathode erzeugt. In diesem Bereich wird Drahtmaterial geschmolzen, durch Prozessgas zerstäubt und ausgestoßen.

[0004] Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau und den Betrieb des Lichtbogenbrenners zu vereinfachen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch den Lichtbogenbrenner mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Licht bogen-Drahtspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 16 gelöst.

[0006] Der Lichtbogenbrenner gemäß der vorliegenden Er findung weist eine Brennerkopplungseinheit auf. Die Bren nerkopplungseinheit ist dazu eingerichtet, eine mechanische Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit einer Ma schinenbaugruppe herzustellen. Bei hergestellter mechani scher Verbindung können Medien und/oder ein Draht und/oder Strom über die Maschinenkopplungseinheit zur Brennerkopp lungseinheit des Lichtbogenbrenners zugeführt werden. Um insbesondere die Drahtführung zu vereinfachen, weist die Brennerkopplungseinheit einen stationären Brennerkopplungs teil sowie einen um eine Drehachse drehbaren Brennerkopp lungsteil auf. Ein Drahteinlass einer Drahtführungseinrich- tung ist am stationären Brennerkopplungsteil angeordnet.

Der Drahteinlass ist dazu eingerichtet, Draht von der Ma schinenkopplungseinheit in den Lichtbogenbrenner zu leiten. Der Draht kann beispielsweise über den Drahteinlass in ein Drahtführungsrohr der Drahtführungseinrichtung zugeführt werden.

[0007] Aufgrund des nicht drehbaren stationären Brenner kopplungsteils können auch Leitungen, beispielsweise elekt rische Leitungen zu einem im stationären Brennerteil ange ordneten Sensoren sehr einfach geführt bzw. angeordnet wer den.

[0008] Am drehbaren Brennerkopplungsteil ist wenigstens ein Gaseinlass vorhanden. Das Prozessgas kann von der Ma schinenkopplungseinheit zum drehbaren Brennerkopplungsteil und von dort über den wenigstens einen Gaseinlass zu einer Austrittsöffnung des Lichtbogenbrenners gefördert werden.

[0009] Dadurch, dass der Drahteinlass am stationären Brennerkopplungsteil vorhanden ist, kann eine Drahtzu fuhreinrichtung stationär angeordnet werden. Der Draht wird über den stationären Brennerkopplungsteil beispielsweise einem Drahtführungsrohr des Lichtbogenbrenners zugeführt und wird weder um seine eigene Achse tordiert, noch um die Drehachse bewegt. Die Drahtzufuhr ist bei dieser Anordnung wesentlich vereinfacht.

[0010] Demgegenüber ist ein Gaseinlass am drehbaren Brennerkopplungsteil vorhanden. Das Prozessgas kann in den um die Drehachse drehbaren Teil des Lichtbogenbrenners ein geleitet werden, um das aufgeschmolzene Beschichtungsmate rial abhängig von der Drehstellung in die entsprechende Richtung im Wesentlichen radial zur Drehachse auszustoßen.

[0011] Ein solcher Lichtbogenbrenner ist gegenüber be kannten Lichtbogenbrennern in seiner Handhabung wesentlich verbessert .

[0012] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der stationäre Brennerkopplungsteil an der Drehachse angeord net. Vorzugsweise befindet sich der Drahteinlass an der Drehachse, so dass der Draht entlang der Drehachse zum Lichtbogenbrenner und vorzugsweise in ein Drahtführungsrohr des Lichtbogenbrenners zugeführt werden kann. Das Drahtfüh rungsrohr des Lichtbogenbrenners kann die Drehachse koaxial umschließen . [0013] Vorzugsweise ist der drehbare Brennerkopplungs teil koaxial und mit Abstand zur Drehachse angeordnet. Bei spielsweise kann der drehbare Brennerkopplungsteil koaxial zum stationären Brennerkopplungsteil angeordnet sein. Der Lichtbogenbrenner kann dadurch radial zur Drehachse be trachtet schlank und kompakt aufgebaut werden.

[0014] Der drehbare Brennerkopplungsteil kann mit einem Gehäuse des Lichtbogenbrenners verbunden sein, das die Aus trittsöffnung für das Beschichtungsmaterial aufweist.

[0015] Die Brennerkopplungseinheit kann bei einer bevor zugten Ausführungsform einen ersten elektrischen Anschluss sowie einen zweiten elektrischen Anschluss aufweisen. Ins besondere sind der erste elektrische Anschluss am stationä ren Brennerkopplungsteil und der zweite elektrische An schluss am drehbaren Brennerkopplungsteil angeordnet. Der erste elektrische Anschluss kann am Drahteinlass angeordnet oder durch den Drahteinlass gebildet sein. Es ist vorteil haft, wenn der erste elektrische Anschluss elektrisch mit dem Drahtführungsrohr verbunden ist. Über das Drahtfüh- rungsrohr kann der Draht beispielsweise über eine Kon takteinrichtung mit dem ersten elektrischen Anschluss ver bunden werden. Bei der Lichtbogenbildung dient der Draht bzw. dessen Ende vorzugsweise als Anode.

[0016] Über den zweiten elektrischen Anschluss kann eine im Bereich der Auslassöffnung angeordnete Elektrode, vor zugsweise eine Kathode, elektrisch angeschlossen werden.

[0017] Der gesamte Ohmsche Widerstand zwischen dem zwei ten elektrischen Anschluss und der Kathode ist vorzugsweise ausreichend klein, um den Spannungsabfall zwischen einer externe Spannungs- oder Stromquelle und der Kathode zu be grenzen. Der Ohmsche Widerstand zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss und der Kathode kann bei 20°C klei ner sein als 115 mW und/oder bei 50°C kleiner sein als 130 mW. Vorzugsweise ist der Gesamtwiderstand des elektrischen Kreises von der Spannungs- oder Stromquelle zur Kathode und der Spannungs- oder Stromquelle zur Anode so klein, dass der Spannungsabfall insgesamt auf weniger als 3% des Span nungsbetrages und insbesondere auf etwa 1% des Spannungsbe trages begrenzt wird. Dies entspricht einem maximalen Span nungsabfall von 350 mV bei einer Nennspannung von 35 V. Der Betrag des Nennstromes durch den elektrischen Kreis kann etwa 300 A betragen. Dadurch ergibt sich ein Ohmscher Wi derstand für den gesamten elektrischen Kreis von etwa 1,17 piW.

[0018] Der Gaseinlass oder einer von mehreren Gaseinläs- sen am drehbaren Brennerkopplungsteil ist vorzugsweise ein Primärgaseinlass. Bei einem Ausführungsbeispiel kann an der Brennerkopplungseinheit zusätzlich ein weiterer Gaseinlass vorhanden sein, der einen Sekundärgaseinlass bildet. Der Sekundärgaseinlass ist bevorzugt am drehbaren Brennerkopp lungsteil angeordnet.

[0019] Es ist vorteilhaft, wenn der Primärgaseinlass fluidisch mit einem Primärgaskanal verbunden ist. Der Prim ärgaskanal ist insbesondere mit Abstand zur Drehachse ange ordnet und kann sich in etwa parallel zur Drehachse erstre cken. Das über den Primärgaskanal geführte Prozessgas strömt schräg oder radial zur Drehachse in einen Zerstäu bungsbereich ein, der mit der Auslassöffnung verbunden ist, und transportiert das aufgeschmolzene Beschichtungsmaterial durch die Austrittsöffnung des Lichtbogenbrenners nach au ßen auf die zu beschichtende Fläche des Werkstücks.

[0020] Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sekundärgaseinlass fluidisch mit einem sich an das Draht führungsrohr des Lichtbogenbrenners anschließenden Sekun därgaskanal verbunden. Der Sekundärgaskanal kann beispiels weise als Ringraum um das Drahtführungsrohr ausgebildet sein. Dadurch benötigt der Sekundärgaskanal nur wenig Bau raum. Das über den Sekundärgaskanal geführte Prozessgas strömt somit in etwa parallel zur Erstreckungsrichtung des Drahtes in den Zerstäubungsbereich ein.

[0021] Die Querschnitte des Primärgaskanals und des Se kundärgaskanals sind ausreichend groß dimensioniert, um die Anfälligkeit gegenüber Druckschwankungen zu minimieren. Der Querschnitt des Primärgaskanals ist vorzugsweise größer als der Querschnitt des Sekundärgaskanals. Der Querschnitt des Primärgaskanals kann etwa 90 bis 100 mm ² und insbesondere etwa 95 mm ² betragen. Der der Querschnitt des Sekundärgas kanals kann etwa 80 bis 90 mm ² und insbesondere etwa 76 mm ² betragen .

[0022] Der Lichtbogenbrenner und insbesondere die Draht führungseinrichtung des Lichtbogenbrenners ist bzw. sind bei einem Ausführungsbeispiel nicht rotationssymmetrisch um die Drehachse ausgebildet. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Brennerkopplungsteil und der drehbare Brennerkopplungs teil eine vorgegebene Drehlage relativ zueinander aufwei sen. Um dies zu erreichen kann die Brennerkopplungseinheit ein Sicherungselement aufweisen. Das Sicherungselement ist dazu eingerichtet, zwischen einer Sicherungsstellung und einer Freigabestellung bewegt zu werden. In der Sicherungs- stellung verhindert das Sicherungselement eine Drehbewegung des drehbaren Brennerkopplungsteils relativ zum stationären Brennerkopplungsteil um die Drehachse. Das Sicherungsele ment in der Sicherungsstellung kann in eine Aussparung ein- greifen. Beispielsweise sind die Aussparung am stationären Brennerkopplungsteil und das Sicherungselement am drehbaren Brennerkopplungsteil angeordnet oder auch umgekehrt. Eine definierte Relativdrehstellung zwischen dem drehbaren Bren nerkopplungsteil und dem stationären Brennerkopplungsteil wird durch das Sicherungselement in der Sicherungsstellung aufrechterhalten. Dadurch wird auch die Relativlage zwi schen den drehbaren und nicht drehbaren Bestandteilen des Lichtbogenbrenners aufrechterhalten, die entweder mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil und dem stationären Brenner kopplungsteil verbunden sind. In der Freigabestellung ge stattet das Sicherungselement eine Relativdrehung des dreh baren Brennerkopplungsteils gegenüber dem stationären Bren nerkopplungsteil. Beispielsweise befindet sich das Siche rungselement in der Freigabestellung außerhalb der Ausspa rung.

[0023] Vorzugsweise ist wenigstens ein Vorspannelement vorhanden, das das Sicherungselement in die Sicherungsstel lung drängt. Das wenigstens eine Vorspannelement kann bei spielsweise wenigstens ein federelastisches Element sein, zum Beispiel eine Feder, insbesondere Schraubenfeder.

[0024] Es ist vorteilhaft, wenn die Maschinenkopplungs einheit ein Verriegelungselement aufweist. Das Verriege lungselement ist dazu eingerichtet, mit dem Sicherungsele ment zusammenzuwirken. Bei hergestellter Verbindung zwi schen der Maschinenkopplungseinheit und der Brennerkopp lungseinheit wird das Sicherungselement durch das Verriege- lungselement in der Freigabestellung gehalten, um eine Dre hung der drehbaren Brennerkopplungseinheit und der drehba ren Bestandteile des Lichtbogenbrenners zu ermöglichen.

[0025] Unabhängig davon, ob ein Sicherungselement vor handen ist oder nicht, kann am stationären Brennerkopp lungsteil der Brennerkopplungseinheit ein Gegenverriege lungselement vorhanden sein, das dazu eingerichtet ist, mit dem Verriegelungselement zusammenzuarbeiten. Dadurch kann bei hergestellter Verbindung zwischen der Maschinenkopp lungseinheit und der Brennerkopplungseinheit eine drehfeste Kopplung zwischen dem stationären Brennerkopplungsteil und einem stationären Maschinenkopplungsteil der Maschinenkopp lungseinheit hergestellt werden. Auf diese Weise kann ver hindert werden, dass sich die stationären Bestandteile des Lichtbogenbrenners versehentlich mit den drehbaren Bestand teilen des Lichtbogenbrenners mitdrehen, beispielsweise durch eine Reibung in der Drehlagerung.

[0026] Es können ein Paar oder mehrere Paare aus jeweils einem Verriegelungselement und einem Gegenverriegelungsele ment vorhanden sein. Jedes Verriegelungselement kann mit dem Gegenverriegelungselement desselben Paares eine form schlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung hersteilen. Das Gegenverriegelungselement kann beispielsweise durch ei ne axial in Richtung der Drehachse offene Aussparung gebil det sein, in die ein sich axial erstreckender Vorsprung des Verriegelungselements eingreifen kann, oder umgekehrt. Auch eine sogenannte „Hirth-Verzahnung" oder eine andere axial wirkende Verzahnung kann verwendet werden.

[0027] Eine erfindungsgemäße Lichtbogen-

Drahtspritzeinrichtung weist einen Lichtbogenbrenner gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung hat außerdem ei ne Maschinenkopplungseinheit mit einem stationären Maschi nenkopplungsteil und einem drehbaren Maschinenkopplungs teil. Das drehbare Maschinenkopplungsteil ist um die Dreh achse drehbar gelagert. Das stationäre Maschinenkopplungs teil ist dazu eingerichtet, mit dem stationären Brenner kopplungsteil verbunden zu werden. Das drehbare Maschinen kopplungsteil ist dazu eingerichtet, mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil verbunden zu werden.

[0028] Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung weist au ßerdem eine DrahtZufuhreinrichtung und eine Gaszufuhrein richtung auf. Die DrahtZufuhreinrichtung ist dazu einge richtet, den Draht zu einem Drahtauslass am stationären Ma schinenkopplungsteil zuzuführen. Die Gaszufuhreinrichtung ist dazu eingerichtet, das Prozessgas zu einem Gasauslass am drehbaren Maschinenkopplungsteil zuzuführen.

[0029] Bevorzugt ist der stationäre Maschinenkopplungs teil an der Drehachse angeordnet. Der drehbare Maschinen kopplungsteil kann koaxial und mit Abstand zur Drehachse angeordnet sein.

[0030] Wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Lichtbo genbrenner erläutert, kann an der Maschinenkopplungseinheit und bevorzugt am stationären Maschinenkopplungsteil ein Verriegelungselement vorhanden sein, das mit einem Ge genverriegelungselement am stationären Brennerkopplungsteil zusammenarbeitet, so dass bei hergestellter Verbindung eine drehfeste Kopplung zwischen dem stationären Maschinenkopp lungsteil und dem stationären Brennerkopplungsteil herge stellt ist. [0031] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeich nungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

[0032] Figur 1 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lichtbo gen-Drahtspritzeinrichtung mit einer Maschinenbaugruppe und einem sich entlang einer Drehachse erstreckenden Lichtbo genbrenner,

[0033] Figur 2 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung einer Kopplungseinrichtung aufweisend eine Maschinenkopplungseinheit der Maschinenbaugruppe aus Figur 1 und eine Brennerkopplungseinheit des Lichtbogenbrenners aus Figur 1,

[0034] Figur 3 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung der Führung und Leitung von Kühlmittel, Prozessgas, Strom und Draht im Lichtbogenbrenner,

[0035] Figur 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbei spiel einer Brennerkopplungseinheit mit Blick entlang der Drehachse,

[0036] Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Brennerkopplungseinheit aus Figur 4,

[0037] Figur 6 eine Teildarstellung eines Ausführungs beispiels des Lichtbogenbrenners zur Veranschaulichung der Stromführung zu einer Kathode des Lichtbogenbrenners, [0038] Figur 7 eine Teildarstellung eines Ausführungs beispiels eines Lichtbogenbrenners zur Veranschaulichung der Prozessgasleitung und

[0039] Figur 8 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Lichtbogenbrenners im Längs schnitt entlang der Drehachse.

[0040] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 veranschaulicht. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 hat einen Lichtbogenbrenner 11, der lösbar an einer Maschi nenbaugruppe 12 angeordnet werden kann. Zum lösbaren Ver binden des Lichtbogenbrenners 11 mit der Maschinenbaugruppe 12 dient eine Schnittstelle bzw. Kopplungseinrichtung 13, zu der eine Maschinenkopplungseinheit 14 der Maschinenbau gruppe 12 sowie eine Brennerkopplungseinheit 15 des Licht bogenbrenners 11 gehören. Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat einen um eine Drehachse D drehbaren Maschinenkopplungs teil 14d und einen nicht um die Drehachse D drehbaren Ma schinenkopplungsteil, der als stationärer Maschinenkopp lungsteil 14s bezeichnet wird. Die Brennerkopplungseinheit 15 hat analog dazu einen nicht um die Drehachse D drehbaren stationären Brennerkopplungsteil 15s sowie einen um die Drehachse D drehbaren Brennerkopplungsteil 15d (Figur 2). Die Teile des Lichtbogenbrenners 11, die am drehbaren Bren nerkopplungsteil 15d angeordnet sind, sind um die Drehachse D drehbar, während andere Teile des Lichtbogenbrenners 11, die am stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet sind, keine Drehbewegung um die Drehachse D durchführen, wenn die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 betrieben wird. [0041] Der stationäre Brennerkopplungsteil 15s ist dazu eingerichtet, lösbar mit dem stationären Maschinenkopp lungsteil 14s verbunden zu werden. Der drehbare Brenner kopplungsteil 15d ist dazu eingerichtet, mit dem drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d verbunden zu werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Darstellung in Figur 2 ein stark schematisiertes Blockschaltbild ist und nur zur Veranschaulichung der Bestandteile der Kopplungs einrichtung 13 und zur Erläuterung des Prinzips dient, aber nicht die tatsächliche räumliche Anordnung wiedergibt.

[0042] Wie es in Figur 2 veranschaulicht ist, dient eine Drehlageranordnung 19 der Maschinenkopplungseinheit 14 da zu, den drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d am stationären Maschinenkopplungsteil 14s zu lagern. Der stationäre Ma schinenkopplungsteil 14s ist dabei an der Drehachse D ange ordnet und wird vom drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d koaxial umschlossen.

[0043] Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine Drehlageranord nung 20, um den stationären Brennerkopplungsteil 15s rela tiv zum drehbaren Brennerkopplungsteil 15d zu lagern. Der stationäre Brennerkopplungsteil 15s ist an der Drehachse D angeordnet, während der drehbare Brennerkopplungsteil 15d den stationären Brennerkopplungsteil 15s koaxial umgibt.

[0044] Der Lichtbogenbrenner 11 hat ein mit dem drehba ren Brennerkopplungsteil 15d verbundenes Gehäuse 21. An ei nem freien Ende des Lichtbogenbrenners 11 weist das Gehäuse

21 eine Austrittsöffnung 22 auf. Durch die Austrittsöffnung

22 kann Beschichtungsmaterial in etwa radial oder schräg zur Drehachse D auf eine zu beschichtende Oberfläche 23 ei- nes Werkstücks 24 ausgestoßen werden. Die zu beschichtende Oberfläche 23 kann beispielsweise eine Innenfläche eines zylindrischen Hohlraums sein. Bei dem Werkstück 24 kann es sich beispielsweise um ein Kurbelwellengehäuse eines Motors handeln.

[0045] Entlang der Drehachse D und insbesondere koaxial zur Drehachse D hat der Lichtbogenbrenner 11 ein Drahtfüh rungsrohr 25, das mit einem Drahteinlass 26 am stationären Brennerkopplungsteil 15s verbunden ist. Über den Drahtein lass 26 kann in das Innere des Drahtführungsrohres 25 ein Draht 27 zugeführt werden. Der Drahteinlass 26 kann bei ei nem Ausführungsbeispiel durch einen hohlzylindrischen Stut zen gebildet sein, der sich koaxial zur Drehachse D er streckt.

[0046] Das Drahtführungsrohr 25 mündet in einen Zerstäu bungsbereich B, der mit der Austrittsöffnung 22 verbunden ist. Das freie Ende 28 des Drahtes 27 ist in dem Zerstäu bungsbereich B angeordnet. Dem freien Ende 28 des Drahtes 27 liegt eine Elektrode und beispielsgemäß eine Kathode 29 gegenüber.

[0047] Das freie Ende 28 des Drahtes und ein Ende der gegenüberliegenden Kathode 29 sind im Zerstäubungsbereich B zwischen der Austrittsöffnung 22 und einer Einmündung 30 eines Primärgaskanals 31 angeordnet. Der Primärgaskanal 31 ist fluidisch mit einem Primärgaseinlass 32 verbunden. Der Primärgaseinlass 32 ist beispielsgemäß am drehbaren Bren nerkopplungsteil 15d angeordnet. Der Primärgaskanal 31 er streckt sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse D bzw. dem Drahtführungsrohr 25 und ist bezüglich der Drehachse D mit Abstand angeordnet. Durch den Primärgaseinlass 32 und den Primärgaskanal 31 kann ein Prozessgas G über die Ein mündung 30 in den Zerstäubungsbereich B und weiter durch die Austrittsöffnung 22 aus dem Lichtbogenbrenner 11 strö men. Das Prozessgas G ist beispielsweise Sticksoff.

[0048] Die Brennerkopplungseinheit 15 weist außerdem ei nen Sekundärgaseinlass 33 auf. Über den Sekundärgaseinlass 33 kann Prozessgas G in einen Sekundärgaskanal 34 strömen. Der Sekundärgaskanal 34 ist beim Ausführungsbeispiel unmit telbar benachbart zum Drahtführungsrohr 25 angeordnet und kann das Drahtführungsrohr 25 zumindest abschnittsweise um schließen. Beim Ausführungsbeispiel ist der Sekundärgaska nal 34 zumindest in einem großen Bereich entlang der Dreh achse D als Ringraum um das Drahtführungsrohr 25 ausgebil det (Figur 3). Um eine Drehlagerung des Drahtführungsrohrs 25 gegenüber den drehbaren Bestandteilen des Lichtbogen brenners 11 zu ermöglichen, kann zwischen dem Sekundärga seinlass 33 und dem Sekundärgaskanal 34 ein schräg zur Drehachse D verlaufender Abzweigkanal 35 vorhanden sein (Figuren 2 und 7).

[0049] Figur 7 zeigt lediglich die zur Gasführung einge richteten Bestandteile des Lichtbogenbrenners 11. Beim Aus führungsbeispiel sind sowohl der Primärgaseinlass 32 als auch der Sekundärgaseinlass 33 am drehbaren Brennerkopp lungsteil 15d angeordnet. In Figur 7 sind die Gaseinlässe 32, 33 in der Bildebene hintereinander liegend angeordnet.

[0050] Wie es schematisch in den Figuren 2 und 3 veran schaulicht ist, dient der Drahteinlass 26 als erster elektrischer Anschluss 38. Dazu ist der hohlzylindrische Stutzen, der den Drahteinlass 26 bildet, aus einem elektrisch leitfähigen Material. Der Drahteinlass 26 bzw. der dadurch gebildete erste elektrische Anschluss 38 ist elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 25 verbunden, das bei spielsgemäß elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Diese elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen An schluss 38 und dem elektrisch leitfähigen Drahtführungsrohr 25 ist in Figur 2 schematisch gestrichelt dargestellt.

[0051] Wie es in Figur 3 gezeigt ist, ist am unteren En de des Drahtführungsrohres 25 eine Kontakteinrichtung 39 angeordnet, die an dem im Drahtführungsrohr 25 geführten Draht 27 anliegt und somit eine elektrische Verbindung zum Draht 27 hersteilen. Die Kontakteinrichtung 39 ist wiederum elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 25 und somit mittelbar mit dem ersten elektrischen Anschluss 38 verbunden.

[0052] Zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode 29 weist die Brennerkopplungseinheit 15 einen zweiten elektri schen Anschluss 40 auf. Der zweite elektrische Anschluss 40 ist beispielsgemäß durch einen Anschlussstift 37 gebildet, der mit Abstand zur Drehachse D angeordnet ist. Der zweite elektrische Anschluss 40 befindet sich beispielsgemäß am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d. Der zweite elektrische Anschluss 40 ist elektrisch mit wenigstens einem und bei spielsgemäß zwei Stromschienen 41 verbunden, die sich im Inneren des Gehäuses 21 in etwa parallel zur Drehachse D erstrecken. In Figur 6 ist eine dieser beiden Stromschienen veranschaulicht. Die Stromschiene 41 hat beispielsgemäß ei nen kreisrunden Querschnitt. An ihrem einen Ende ist die Stromschiene 41 beispielsgemäß mittels einer ersten Kon taktschiene 42 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 40 verbunden. Am entgegengesetzten Ende ist die Stromschiene 41 mittels einer zweiten Kontaktschiene 43 elektrisch mit dem Gehäuse 21 verbunden. Die zweite Kontaktschiene 43 kann benachbart zur Austrittsöffnung 22 angeordnet sein. Die erste Kontaktschiene 42 ist beispielsgemäß unmittelbar be nachbart zur Brennerkopplungseinheit 15 angeordnet (Figur 4).

[0053] Die Kathode 29 ist in einer Fassung 44 angeord net, die sich auf der der Brennerkopplungseinheit 15 entge gengesetzten Seite des Lichtbogenbrenners 11 befindet. Die Fassung 44 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der Kathode 29 und dem Gehäuse 21 her. Somit besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 40 und der Kathode 29 über die erste Kontakt schiene 42, die Stromschiene 41, die zweite Kontaktschiene 43, das Gehäuse 21 und die Fassung 44. Wie bereits erwähnt, können auch mehrere Stromschienen 41 zur Bildung paralleler Stromverbindungspfade vorhanden sein.

[0054] Der Lichtbogenbrenner 11 kann wenigstens einen Sensor 45 zur Überwachung und/oder Steuerung und/oder Rege lung seines Betriebs aufweisen. Der wenigstens eine Sensor 45 ist ortsfest gegenüber dem stationären Brennerkopplungs teil 15s angeordnet und kann mit der Drahtführung und bei spielsweise mittelbar oder unmittelbar am Drahtführungsrohr 25 angeordnet sein (Fig. 3). Dadurch kann eine elektrische Leitung 46 zu dem wenigstens einen Sensor 45 sehr einfach verlegt bzw. angeordnet werden.

[0055] Die Brennerkopplungseinheit 15 hat außerdem zwei Kühlmittelanschlüsse 48, die zu einem Kühlkreislauf im Lichtbogenbrenner 11 gehören. Über die Kühlmittelanschlüsse 48 kann ein Kühlmittel zugeführt und abgeführt werden. Der Kühlmittelkreislauf dient insbesondere zur Kühlung der Fas sung 44 bzw. der Kathode 29. Hierzu sind im Bereich der Fassung 44 ein oder mehrere Kühlkanäle 49 vorhanden. Der wenigstens eine Kühlkanal 49 ist über jeweils ein Kühlmit telrohr 50 mit den Kühlmittelanschlüssen 48 fluidisch ver bunden. Die Kühlmittelrohre 50 erstrecken sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Drehachse D bzw. zum Drahtfüh rungsrohr 25 im Inneren des Gehäuses 21 (Figur 3). Ein Kühlmittel K kann über einen der Kühlmittelanschlüsse 48 zugeführt und über den jeweils anderen Kühlmittelanschluss 48 abgeführt werden.

[0056] Die Kühlmittelanschlüsse 48 sind beim Ausfüh rungsbeispiel am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d ange ordnet.

[0057] Die Brennerkopplungseinheit 15 hat ein Befesti gungsmittel zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Befestigen an der Maschinenkopplungseinheit 14. Beim Aus führungsbeispiel ist dazu ein hohlzylindrisches Befesti gungsteil 51 vorhanden, in dessen Innenraum sämtliche An schlüsse 26, 32, 33, 40, 48 der Brennerkopplungseinheit 15 angeordnet sein können (Figuren 4 und 5). Das Befestigungs teil 51 kann an der Maschinenkopplungseinheit 14 lösbar klemmend gehalten werden. Es kann ein Codiermittel 52 am Befestigungsteil 51 vorhanden sein, um die Drehlage gegen über der Maschinenkopplungseinheit 14 vorzugeben. Bei spielsweise kann das Codiermittel 52 ein Vorsprung und/oder eine Vertiefung im Befestigungsteil 51 sein, um diesem eine nicht rotationssymmetrische Form zu geben.

[0058] Bezugnehmend auf Figur 2 weist die Maschinenkopp lungseinheit 14 einen Drahtauslass 54 zur Kopplung mit dem Drahteinlass 26 der Brennerkopplungseinheit 15 auf. Dem Drahtauslass 54 kann der Draht 27 von einer Drahtzufuhrein- richtung 55 der Maschinenbaugruppe 12 zugeführt werden.

[0059] Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat außerdem ei nen Primärgasauslass 56 zur fluidischen Verbindung mit dem Primärgaseinlass 32 sowie einen Sekundärgasauslass 57 zur fluidischen Verbindung mit dem Sekundärgaseinlass 33. Pro zessgas G kann dem Primärgasauslass 56 und dem Sekundärgas auslass 57 über eine Gaszufuhreinrichtung 58 der Maschinen baugruppe 12 zugeführt werden.

[0060] Der Primärgaseinlass 32 und/oder der Sekundärga seinlass 33 könnten alternativ zum dargestellten Ausfüh rungsbeispiel auch am stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet sein. Es ist auch möglich, an dem stationären Brennerkopplungsteil 15s oder dem drehbaren Brennerkopp lungsteil 15d lediglich einen gemeinsamem Einlass für das Primärgas und das Sekundärgas anzuordnen und die Gasströme durch wenigstens eine Drossel im Primärgaskanal 31 und/oder dem Sekundärgaskanal 34 zu steuern. Die wenigstens eine Drossel kann als auswechselbares Bauteil ausgebildet sein und beispielsweise eingeschraubt sein.

[0061] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dem dreh baren Maschinenkopplungsteil 14d nur über einen Anschluss Gas von der Gaszufuhreinrichtung 58 zuzuführen und die Gas ströme durch wenigstens eine Drossel in der Maschinenkopp lungseinheit 14 uns beispielsweise im drehbaren Maschinen kopplungsteil 14d zu trennen und separat durch wenigstens eine Drossel zu steuern. Die wenigstens eine Drossel kann als auswechselbares Bauteil ausgebildet sein und beispiels weise eingeschraubt sein.

[0062] Außerdem hat die Maschinenkopplungseinheit 14 zwei Kühlmittelgegenanschlüsse 59, die zur Verbindung mit den Kühlmittelanschlüssen 48 eingerichtet sind. Den Kühl- mittelgegenanschlüssen 59 kann ein Kühlmittel K über eine Kühlmittelzufuhreinrichtung 60 der Maschinenbaugruppe 12 zugeführt werden.

[0063] Der Drahtauslass 54 dient beim Ausführungsbei spiel gleichzeitig als elektrischer erster Gegenkontakt 65 für den ersten elektrischen Anschluss 38. Bei der Herstel lung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Drahtein lass 26 und dem Drahtauslass 54 wird gleichzeitig ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten elektrischen An schluss 38 und dem ersten Gegenkontakt 65 hergestellt. Da der Drahtauslass 54 am stationären Maschinenkopplungsteil 14s angeordnet ist, kann bei der elektrischen Kontaktierung auf Schleifkontakte verzichtet werden.

[0064] Dem zweiten elektrischen Anschluss 40 der Bren nerkopplungseinheit 15 ist ein elektrischer zweiter Gegen kontakt 61 an der Maschinenkopplungseinheit 14 angeordnet. Der zweite Gegenkontakt 61 ist beim Ausführungsbeispiel als Buchse ausgebildet, in die der Anschlussstift 37, der bei spielsgemäß den zweiten elektrischen Anschluss 40 bildet, zur Herstellung der elektrischen Verbindung eingreifen kann.

[0065] Beim Ausführungsbeispiel befinden sich der Prim ärgasauslass 56, der Sekundärgasauslass 57, die Kühlmittel gegenanschlüsse 59 und der zweite Gegenkontakt 61 an dem drehbar gelagerten Maschinenkopplungsteil 14d.

[0066] Zur Versorgung mit Kühlmittel K und Prozessgas G ist die Maschinenkopplungseinheit 14 über einen Drehvertei- ler 62 mit der Gaszufuhreinrichtung 58 und der Kühlmittel zufuhreinrichtung 60 fluidisch verbunden. Der Drehverteiler 62 kann beispielsweise zwei relativ zueinander drehbare ko axial angeordnete Körper aufweisen, zwischen denen mehrere Ringkanäle gebildet und gegeneinander fluidisch abgedichtet sind. Der eine Körper ist mit dem drehbaren Maschinenkopp lungsteil 14d verbunden, während der andere Körper flui disch mit den Zufuhreinrichtungen 58, 60 verbunden ist.

[0067] Um den zweiten Gegenkontakt 61 elektrisch zu kon taktieren, kann am drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d ein Schleifring 63 angeordnet sein, an dem ein Schleifkontakt 64 anliegt.

[0068] Der erste Gegenkontakt 65 ist mit einem ersten Spannungsversorgungsanschluss 66 und der zweite Gegenkon takt 61 ist beispielsgemäß über den Schleifring 63 und den Schleifkontakt 64 mit einem zweiten Spannungsversorgungsan schluss 67 elektrisch verbunden. An die Spannungsversor gungsanschlüsse 66, 67 wird eine Spannung U angelegt, wobei das höhere Spannungspotential beim Ausführungsbeispiel an den ersten Spannungsversorgungsanschluss 66 angelegt wird, so dass der Draht 27 bzw. das freie Ende 28 des Drahtes 27 als Anode dient.

[0069] Am stationären Maschinenkopplungsteil 14s ist beispielsgemäß ein Verriegelungselement 70 vorhanden. Dem Verriegelungselement 70 ist eine Aussparung 71 am stationä ren Brennerkopplungsteil 15s zugeordnet. Die Aussparung 71 ist beispielsgemäß durch eine Vertiefung in einem Ring 72 gebildet. Der Ring 72 ist koaxial zur Drehachse D angeord net und umschließt beispielsgemäß den Drahteinlass 26. Die Aussparung 71 ist parallel zur Drehachse D auf der der Ma- schinenkopplungseinheit 14 zugewandten Seite und beispiels- gemäß auch radial nach außen von der Drehachse D weg offen.

[0070] Bei hergestellter mechanischer Verbindung zwi schen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopp lungseinheit 14 greift das Verriegelungselement 70 in die Aussparung 71 ein und stellt eine drehfeste Verbindung zwi schen dem stationären Brennerkopplungsteil 15s und dem sta tionären Maschinenkopplungsteil 14s her. Dadurch wird ein versehentliches Drehen des stationären Brennerkopplungs teils 15s bei einer Drehung des drehbaren Brennerkopplungs teils 15d um die Drehachse D vermieden.

[0071] Wenn keine mechanische Verbindung zwischen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopplungsein heit 14 hergestellt ist, besteht die Möglichkeit, dass sich das drehbare Brennerkopplungsteil 15d relativ zum stationä ren Brennerkopplungsteil 15s dreht. Beim Ausführungsbei spiel wird eine solche Relativverdrehung durch ein Siche rungselement 73 verhindert, das zwischen einer Sicherungs stellung S und einer Freigabestellung F bewegbar ist. Die Sicherungsstellung S ist in Figur 2 mit durchgezogenen Li nien veranschaulicht, während die Freigabestellung F ge strichelt dargestellt ist. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Bewegung zwischen der Sicherungsstellung S und der Freigabestellung F oder umgekehrt durch ein Verschieben des Sicherungselements 73 parallel zur Drehachse D. In der Si cherungsstellung S greift das Sicherungselement 73 in die Aussparung 71 ein. Das Sicherungselement 73 ist am drehba ren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet, während der Ring 72 mit der Aussparung 71 am stationären Brennerkopplungs teil 15s angeordnet ist. Dadurch kann eine drehfeste Kopp lung zwischen dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d und dem stationären Brennerkopplungsteil 15s in der Sicherungs stellung S des Sicherungselements 73 erreicht werden.

[0072] Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Sicherungselement 73 mittels wenigstens eines Vorspann elements 74 in die Sicherungsstellung S gedrängt. Das we nigstens eine Vorspannelement 74 kann beispielsweise durch wenigstens eine Feder gebildet sein. Entgegen der Kraft des Vorspannelements 74 kann das Sicherungselement 73 in die Freigabestellung F bewegt bzw. verschoben werden.

[0073] Das Verschieben des Sicherungselements 73 von der Sicherungsstellung S in die Freigabestellung F findet beim Ausführungsbeispiel während der Herstellung der mechani schen Verbindung zwischen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopplungseinheit 14 statt. Dabei gelangt das Sicherungselement 73 in Kontakt mit dem Verriegelungs element 70. Das Verriegelungselement 70 schiebt das Siche rungselement 73 aus der Aussparung 71 des Rings 72 heraus und greift selbst in die Aussparung 71 ein. Dann ist eine Relativdrehung des drehbaren Brennerkopplungsteil 15d um die Drehachse D gegenüber dem stationären Brennerkopplungs teil 15s ermöglicht, während eine drehfeste Kopplung zwi schen dem stationären Maschinenkopplungsteil 14s und dem stationären Brennerkopplungsteil 15s hergestellt ist.

[0074] Zur Maschinenbaugruppe 12 gehört außerdem ein Mo tor 75, der beispielsweise mittels eines Antriebsriemens 76 mit dem drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d antriebsver bunden ist (Figur 1). Wird der Motor 75 angetrieben, dreht sich der drehbare Maschinenkopplungsteil 14d um die Dreh achse D. Der stationäre Maschinenkopplungsteil 14s ist drehfest um die Drehachse D angeordnet. Bei hergestellter Verbindung zwischen der Maschinenkopplungseinheit 14 und der Brennerkopplungseinheit 15 wird eine mechanische dreh feste Verbindung zwischen dem drehbaren Maschinenkopplungs teil 14d und dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d herge stellt. Wenn der drehbare Maschinenkopplungsteil 14d um die Drehachse D drehend angetrieben wird, wird dadurch auch der drehbare Brennerkopplungsteil 15d drehend um die Drehachse D bewegt. Bei dieser Drehung werden das Gehäuse 21 und die damit verbundenen Bestandteile des Lichtbogenbrenners 11 mit bewegt, wie z.B. die Stromschienen 41, der Primärgaska nal 31, die Kühlmittelkanäle 50, die Fassung 44 und die Ka thode 29. Insbesondere verbleibt im Lichtbogenbrenner 11 lediglich das Drahtführungsrohr 25 stationär.

[0075] Während des Betriebs der Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung 10 wird der Motor 75 betrieben.

Durch Anlegen der Spannung U entsteht ein Lichtbogen zwi schen dem freien Ende 28 des Drahtes 27, der als Anode dient, und der Kathode 29. Dadurch wird Material des Drah tes 27 geschmolzen. Über den Primärgaskanal 31 strömt Pro zessgas G von der Einmündung 30 zur Austrittsöffnung 22 und transportiert geschmolzenes Material des Drahtes 27 in Form von Materialpartikeln im Prozessgasstrom durch die Aus trittsöffnung 22 nach außen auf die zu beschichtende Ober fläche 23.

[0076] Der Prozessgasstrom aus dem Primärgaskanal 31 zerstäubt das geschmolzene Material im Zerstäubungsbereich B, in dem auch der Lichtbogen gebildet wird. Der Prozess gasstrom aus dem Sekundärgaskanal 34 sorgt für eine Bünde lung des ausgestoßenen Gemischs aus geschmolzenen Partikeln und Prozessgas G. Durch die fluidische Trennung des Pro- zessgases G in zwei separate Ströme, können die Volumen ströme separat eingestellt oder geregelt werden.

[0077] Während des Schmelzens und Ausstoßens von Parti keln zur Beschichtung wird der Motor 75 betrieben, so dass sich die Austrittsöffnung 22 um die Drehachse D dreht. Gleichzeitig kann der Lichtbogenbrenner 11 über eine nicht veranschaulichte Linearachse entlang der Drehachse D bewegt werden. Dadurch kann die zu beschichtende Oberfläche 23 durch eine Schraubenbewegung der Austrittsöffnung 22 mit einer Beschichtung versehen werden.

[0078] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner 11 sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 mit einem Lichtbogenbrenner 11. Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine Brennerkopplungseinheit 15, die zur mechanischen Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit 14 einer Maschinenbau gruppe 12 der Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 einge richtet ist. Die Brennerkopplungseinheit 15 hat einen sta tionären Brennerkopplungsteil 15s sowie einen um die Dreh achse D drehbar gelagerten drehbaren Brennerkopplungsteil 15d. Ein Drahteinlass 26 zur Zuführung eines Drahtes 27 ist an dem stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet. Ein Gaseinlass 32, 33 zum Zuführen eines Prozessgases G ist an dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet.

Bezugszeichenliste :

10 Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung

11 Lichtbogenbrenner

12 Maschinenbaugruppe

13 Kopplungseinrichtung

14 Maschinenkopplungseinheit

14d drehbarer Maschinenkopplungsteil 14s stationärer Maschinenkopplungsteil

15 Brennerkopplungseinheit

15d drehbarer Brennerkopplungsteil 15s stationärer Brennerkopplungsteil

19 Drehlageranordnung der Maschinenkopplungseinheit

20 Drehlageranordnung des Lichtbogenbrenners

21 Gehäuse

22 Austrittsöffnung

23 zu beschichtende Oberfläche

24 Werkstück

25 Drahtführungsrohr

26 Drahteinlass

27 Draht

28 freies Ende des Drahtes

29 Kathode

30 Einmündung des Primärgaskanals

31 Primärgaskanal

32 Primärgaseinlass

33 Sekundärgaseinlass

34 Sekundärgaskanal

35 Abzweigkanal

37 Anschlussstift erster elektrischer Anschluss

Kontakteinrichtung zweiter elektrischer Anschluss

Stromschiene erste Kontaktschiene zweite Kontaktschiene

Fassung

Sensor elektrische Leitung

Kühlmittelanschluss Kühlkanal Kühlmittelrohr Befestigungsteil Codiermittel

Drahtauslass

Drahtzufuhreinrichtung

Primärgasauslass

Sekundärgasauslass

Gaszufuhreinrichtung

Kühlmittelgegenanschluss

KühlmittelZufuhreinrichtung zweiter Gegenkontakt

Drehverteiler

Schleifring

Schleifkontakt erster Gegenkontakt erster Spannungsversorgungsanschluss zweiter Spannungsversorgungsanschluss

Verriegelungselement 71 Aussparung

72 Ring

73 Sicherungselement

74 Vorspannelement

75 Motor

76 Antriebsriemen

B Zerstäubungsbereich

D Drehachse

F Freigabestellung

G Prozessgas

K Kühlmittel

S Sicherungsstellung

U Spannung