[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 Drahts zugeführt, mittels eines Lichtbogens geschmol zen, durch ein Prozessgas zerstäubt und auf die zu be schichtende 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 und eine DrahtZuführung für einen zu schmelzenden Draht auf. Der Lichtbogenbrenner sowie die Drahtführungseinrich- tung sind um eine Drehachse drehbar angeordnet. Prozessgas zum Ausstößen von Partikeln des aufgeschmolzenen Materials wird dem Lichtbogenbrenner über eine Drehzuführung zuge führt.

[0003] EP 2941 320 Bl beschreibt eine Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung, 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 ein 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 einen Lichtbogenbrenner mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Licht bogen-Drahtspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 16 gelöst.

[0006] Der erfindungsgemäße Lichtbogenbrenner weist ein Gehäuse mit einer Austrittsöffnung auf. Durch die Aus trittsöffnung kann ein Gemisch aus einem Prozessgas mit da rin enthaltenen Beschichtungsmaterialpartikeln zur Be schichtung einer Oberfläche eines Werkstücks ausgestoßen werden. Die Beschichtungsmaterialpartikel werden in einem Zerstäubungsbereich, der mit der Austrittsöffnung strö mungsverbunden ist, durch Schmelzen eines Drahtendes er zeugt und mittels eines Prozessgases zerstäubt.

[0007] Der Lichtbogenbrenner hat eine Drahtführungsein- richtung, die dazu eingerichtet ist, den Draht von einem Drahteinlass zu einem Zerstäubungsbereich zu führen. Im Zerstäubungsbereich wird der Lichtbogen zum Schmelzen des Materials des Drahtendes gebildet. Das Drahtende kann dabei als Elektrode und insbesondere als Anode dienen. Eine wei tere Elektrode, insbesondere eine Kathode, kann im Gehäuse des Lichtbogenbrenners gegenüberliegend zum Drahtende ange ordnet sein.

[0008] Eine Prozessgasleiteinrichtung des Lichtbogen brenners weist wenigstens einen Gaskanal auf. Die Prozess- gasleiteinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Prozessgas von wenigstens einem Gaseinlass zum Zerstäubungsbereich zu leiten. Im Zerstäubungsbereich wird eine Prozessgasströmung erzeugt, die das geschmolzene Drahtmaterial in Richtung der Austrittsöffnung und weiter auf die zu beschichtende Ober fläche mitnimmt.

[0009] Der Lichtbogenbrenner weist außerdem eine Drehla geranordnung auf. Die Drehlageranordnung lagert eine dreh bare Baugruppe aufweisend das Gehäuse und die Prozessgas leiteinrichtung des Lichtbogenbrenners drehbar gegenüber einer stationären Baugruppe, die die Drahtführungseinrich- tung aufweist, um eine Drehachse. Die Drehachse wird insbe sondere durch die stationäre Baugruppe und beispielsweise die Drahtführungseinrichtung definiert.

[0010] Bei dieser Ausgestaltung des Lichtbogenbrenners kann die Drahtführungseinrichtung beim Betrieb in Umfangs richtung um die Drehachse Stillstehen, während sich die drehbare Baugruppe mit dem Gehäuse und der Prozessgasleit einrichtung um die Drehachse dreht. Dadurch wird das Zufüh ren des Drahtes in den Lichtbogenbrenner und mittels der Drahtführungseinrichtung zum Zerstäubungsbereich wesentlich vereinfacht. Ein Drehen des Drahtes um die Drehachse oder ein Tordieren des Drahtes wird vermieden.

[0011] Es ist vorteilhaft, wenn die Drehlageranordnung mehrere Drehlager aufweist. Zum Beispiel kann die Drehla geranordnung zumindest ein erstes Drehlager und ein zweites Drehlager aufweisen. Die Drehlager sind parallel zur Dreh achse mit Abstand zueinander angeordnet. Die Drehlager kön nen als Rollenlager oder als Gleitlager ausgeführt sein. [0012] Bei einem Ausführungsbeispiel ist das erste Lager ein Festlager und das zweite Lager ein Loslager. Über das Festlager wird die Position der Drahtführungseinrichtung gegenüber dem Gehäuse und der Prozessgasleiteinrichtung pa rallel zur Drehachse bestimmt. Das Festlager kann somit Axialkräfte parallel zur Drehachse übertragen. Das Loslager ist dazu eingerichtet, keine oder lediglich geringe Axial kräfte parallel zur Drehachse zwischen der Drahtführungs einrichtung und dem Gehäuse bzw. der Prozessgasleiteinrich tung zu übertragen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Festlager als Rollen- oder Kugellager und das Loslager als Gleitlager ausgeführt sein.

[0013] Es ist bevorzugt, wenn das erste Lager und insbe sondere das Festlager weiter von der Austrittsöffnung ent fernt ist als das zweite Lager und insbesondere das Losla ger.

[0014] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drahteinlass des Lichtbogenbrenners an der Drehachse ange ordnet, so dass der Draht entlang der Drehachse geführt werden kann. Die Drahtführungseinrichtung kann außerdem ein Drahtführungsrohr aufweisen, das mit dem Drahteinlass ver bunden ist. Das Drahtführungsrohr kann sich parallel zur Drehachse erstrecken und bevorzugt koaxial um die Drehachse angeordnet sein.

[0015] Bei einem Ausführungsbeispiel ist der wenigstens eine Gaseinlass mit Abstand zur Drehachse angeordnet. Die Prozessgasleiteinrichtung kann beispielsweise einen Primär gaseinlass und einen Sekundärgaseinlass aufweisen. Der Pri märgaseinlass ist fluidisch mit einem Primärgaskanal und der Sekundärgaseinlass ist fluidisch mit einem Sekundärgas- kanal verbunden. Der Primärgaskanal und der Sekundärgaska nal münden in den Zerstäubungsbereich.

[0016] Der Primärgaskanal kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Abstand zur Drehachse angeordnet sein. Der Sekundärgaskanal kann bei einem Ausführungsbei spiel unmittelbar benachbart zur Drahtführungseinrichtung und insbesondere zum Drahtführungsrohr angeordnet sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sekundärgaskanal als Ringraum um das Drahtführungsrohr ausgebildet sein. Dadurch benötigt der Sekundärgaskanal nur wenig Bauraum.

[0017] Bevorzugt mündet der Primärgaskanal auf der der Austrittsöffnung bezüglich der Drehachse entgegengesetzten Seite in den Zerstäubungsbereich ein.

[0018] 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 90-100 mm ² und insbesondere etwa 95 mm ² betragen. Der Querschnitt des Sekundärgaskanals kann etwa 80-90 mm ² und insbesondere etwa 76 mm ² betragen.

[0019] Durch die Trennung des Primärgaskanals und des Sekundärgaskanals kann der Volumenstrom des Prozessgases unabhängig eingestellt werden.

[0020] Der Lichtbogenbrenner kann ein Sicherungselement aufweisen, das zwischen einer Sicherungsstellung und einer Freigabestellung bewegt werden kann. In der Sicherungsstel lung verhindert das Sicherungselement eine Drehbewegung der Drahtführungseinrichtung relativ zu dem Gehäuse bzw. der Prozessgasleiteinrichtung. Das Sicherungselement kann zum Beispiel zur Blockade der Relativdrehbewegung in eine Aus sparung eingreifen. Das Sicherungselement kann beispiels weise drehtest mit dem Gehäuse und der Prozessgasleitein richtung und die Aussparung drehtest mit der Drahtführungs einrichtung verbunden sein oder auch umgekehrt. In der Si cherungsstellung wird eine definierte Relativdrehstellung aufrechterhalten. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn der Lichtbogenbrenner und insbesondere die Drahtfüh rungseinrichtung und deren Bestandteile nicht rotationssym metrisch sind. In der Freigabestellung wird eine Drehbewe gung des Gehäuses und der Gasleiteinrichtung relativ zur Drahtführungseinrichtung des Lichtbogenbrenners um die Drehachse ermöglicht. Beispielsweise befindet sich das Si cherungselement in der Freigabestellung außerhalb der Aus sparung.

[0021] 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, z.B. eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder.

[0022] Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Siche rungselement parallel zur Drehachse zwischen der Siche rungsstellung und der Freigabestellung verschoben werden. Das Sicherungselement kann dazu eingerichtet sein, mit ei nem Element an einer Maschinenbaugruppe der Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung zusammenzuwirken, so dass beim Si cherungselement bei hergestellter Verbindung zwischen dem Lichtbogenbrenner und der Maschinenbaugruppe in seiner Freigabestellung gehalten wird. Dadurch ist eine Drehung des Gehäuses und der Prozessgasleiteinrichtung um die Dreh achse beim Betrieb der Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung ermöglicht .

[0023] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtbogenbrenner eine Brennerkopplungseinheit auf, die da zu eingerichtet ist, eine mechanische Verbindung mit einer Maschinenkopplungseinheit der Maschinenbaugruppe der Licht bogen-Drahtspritzeinrichtung herzustellen. Die Brennerkopp lungseinheit kann einen um die Drehachse drehbaren Brenner kopplungsteil aufweisen. Außerdem kann die Brennerkopp lungseinheit einen nicht um die Drehachse drehbaren Bren nerkopplungsteil aufweisen, der als stationärer Brenner kopplungsteil bezeichnet wird. Die Brennerkopplungseinheit dient sozusagen als Schnittstelle des Lichtbogenbrenners zur Maschinenbaugruppe der Lichtbogen-Drahtspritzeinrich tung.

[0024] Bevorzugt ist die Drahtführungseinrichtung mit dem stationären Brennerkopplungsteil verbunden. Die Pro zessgasleiteinrichtung und das Gehäuse sind insbesondere mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil verbunden.

[0025] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die stationäre Baugruppe und der stationäre Brennerkopplungs teil an der Drehachse angeordnet. Die Drehachse durchsetzt den stationären Brennerkopplungsteil. Die drehbare Baugrup pe und der drehbare Brennerkopplungsteil können koaxial und mit Abstand zur Drehachse angeordnet sein.

[0026] Es ist vorteilhaft, wenn die Maschinenkopplungs einheit ein Verriegelungselement aufweist. Das Verriege lungselement ist dazu eingerichtet, mit einem Gegenverrie- gelungselement an der Brennerkopplungseinheit zusammenzuar beiten. Bei hergestellter Verbindung zwischen der Maschi nenkopplungseinheit und der Brennerkopplungseinheit kann eine drehfeste Kopplung zwischen dem stationären Brenner kopplungsteil und einem stationären Maschinenkopplungsteil der Maschinenkopplungseinheit hergestellt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich die stationären Be standteile des Lichtbogenbrenners versehentlich mit den drehbaren Bestandteilen des Lichtbogenbrenners mitdrehen, beispielsweise aufgrund von Reibung in der Drehlageranord nung.

[0027] 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.

[0028] Der Lichtbogenbrenner weist bevorzugt einen ers ten elektrischen Anschluss und einen zweiten elektrischen Anschluss auf. Über die elektrischen Anschlüsse können Elektroden im Strömungsbereich zur Lichtbogenbildung mit einer Spannung beaufschlagt werden. Vorzugsweise ist eine Elektrode durch das Drahtende und die andere Elektrode am Gehäuse des Lichtbogenbrenners angeordnet.

[0029] Der erste elektrische Anschluss kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform 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 Anschluss verbunden werden. Bei der Lichtbogenbildung dient das Drahtende vorzugsweise als Anode.

[0030] Über den zweiten elektrischen Anschluss kann eine im Zerstäubungsbereich angeordnete Elektrode, vorzugsweise eine Kathode, elektrisch angeschlossen werden.

[0031] Der gesamte ohmsche Widerstand zwischen dem zwei ten elektrischen Anschluss und der Kathode ist vorzugsweise ausreichend klein, um den Spannungsabfall zwischen einer externen Spannungs- und 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 so wie von der Spannungs- oder Stromquelle zur Anode so klein, dass der Spannungsabfall insgesamt auf weniger als 3% des Spannungsbetrages und insbesondere auf etwa 1% des Span nungsbetrages begrenzt wird. Dies entspricht einem maxima len Spannungsabfall von 350 mV bei einer Nennspannung von 35 V. Der Betrag des Nennstromes durch den elektrischen Kreis kann im Falle einer Lichtbogenbildung etwa 300 A be tragen. Dadurch ergibt sich ein ohmscher Widerstand für den gesamten elektrischen Kreis von etwa 1,17 piW ohne Berück sichtigung des Lichtbogens. [0032] Eine erfindungsgemäße Lichtbogen-

Drahtspritzeinrichtung weist einen Lichtbogenbrenner gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung hat eine Draht zufuhreinrichtung und eine Gaszufuhreinrichtung. Die Draht zufuhreinrichtung ist dazu eingerichtet, den Draht zum Drahteinlass des Lichtbogenbrenners zu fördern. Die Gaszu fuhreinrichtung ist dazu eingerichtet, das Prozessgas zu dem wenigstens einen Gaseinlass des Lichtbogenbrenners zu fördern .

[0033] 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:

[0034] Figur 1 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Lichtbo gen-Drahtspritzeinrichtung mit einer Maschinenbaugruppe und einer sich entlang einer Drehachse erstreckenden Lichtbo genbrenner,

[0035] 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,

[0036] Figur 3 eine schematische, blockschaltbildähnli che Darstellung der Führung und Leitung von Kühlmittel, Prozessgas, Strom und Draht im Lichtbogenbrenner, [0037] Figur 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbei spiel einer Brennerkopplungseinheit mit Blick entlang der Drehachse,

[0038] Figur 5 eine perspektivische Darstellung der Brennerkopplungseinheit aus Figur 4,

[0039] Figuren 6 und 7 jeweils eine schematische Seiten ansicht eines Lichtbogenbrenners mit einem Ausführungsbei spiel einer Drahtführungseinrichtung,

[0040] Figur 8 eine Teildarstellung eines Ausführungs beispiels eines Lichtbogenbrenners zur Veranschaulichung der Stromführung zu einer Kathode des Lichtbogenbrenners,

[0041] Figur 9 ein Ausführungsbeispiel einer Prozessgas leiteinrichtung des Lichtbogenbrenners und

[0042] Figur 10 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Lichtbogenbrenners im Längs schnitt entlang der Drehachse.

[0043] In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Ausfüh rungsbeispiels einer Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 veranschaulicht. Die Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 hat einen Lichtbogenbrenners 11, der das eigentliche Be schichtungswerkzeug darstellt, sowie eine Maschinenbaugrup pe 12, an der der Lichtbogenbrenner 11 lösbar befestigt werden kann. Zum lösbaren Verbinden des Lichtbogenbrenners 11 mit der Maschinenbaugruppe 12 dient eine Kopplungsein richtung 13 als Schnittstelle. Zu der Kopplungseinrichtung 13 gehört eine Maschinenkopplungseinheit 14 der Maschinen baugruppe 12 und eine Brennerkopplungseinheit 15 des Licht- bogenbrenners 11. Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat ei nen um eine Drehachse D drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d und einen nicht um die Drehachse D drehbaren Maschinen kopplungsteil, der als stationärer Maschinenkopplungsteil 14s bezeichnet wird. Analog hierzu hat die Brennerkopp lungseinheit 15 einen um die Drehachse D drehbaren Brenner kopplungsteil 15d sowie einen nicht um die Drehachse D drehbaren, stationären Brennerkopplungsteil 15s (Figur 2).

[0044] Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine stationäre Bau gruppe 16, die beim Betrieb des Lichtbogenbrenners 11 in Umfangsrichtung um die Drehachse D stillsteht und eine drehbare Baugruppe 17, die beim Betrieb des Lichtbogenbren ners 11 in Umfangsrichtung um die Drehachse D rotiert bzw. rotieren kann. Die stationäre Baugruppe 16 ist entlang und vorzugsweise im Wesentlichen koaxial zur Drehachse D ange ordnet. Die drehbare Baugruppe 17 umschließt die stationäre Baugruppe 16.

[0045] Die stationäre Baugruppe 16 ist mit dem stationä ren Brennerkopplungsteil 15s verbunden, während die drehba re Baugruppe 17 mit dem drehbaren Brennerkopplungsteil 15d verbunden ist.

[0046] Der stationäre Brennerkopplungsteil 15s und der stationäre Maschinenkopplungsteil 14s sind dazu eingerich tet, lösbar miteinander verbunden zu werden. Analog hierzu sind der drehbare Brennerkopplungsteil 15d und der drehbare Maschinenkopplungsteil 14d dazu eingerichtet, lösbar mitei nander verbunden zu werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Darstellung in Figur 2 ein stark schematisiertes Blockschaltbild ist und nur zur Veranschau lichung der Bestandteile der Kopplungseinrichtung 13 und zur Erläuterung des Prinzips dient, aber nicht die tatsäch liche räumliche Anordnung wiedergibt.

[0047] An der Maschinenkopplungseinheit 14 kann eine Drehlageranordnung vorhanden sein, um die Relativdrehung zwischen dem stationären Maschinenkopplungsteil 14s und dem drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d zu ermöglichen.

[0048] Der Lichtbogenbrenner 11 hat eine Drehlageranord nung 20, die den zwischen der stationären Baugruppe 16 und der drehbaren Baugruppe 17 angeordnet ist, um eine Relativ drehbarkeit um die Drehachse D zu ermöglichen. Die Drehla geranordnung 20 des Lichtbogenbrenners 11 kann mehrere Drehlager aufweisen und weist mindestens zwei und bei spielsgemäß genau zwei Drehlager auf, nämlich ein erstes Drehlager 20a und ein zweites Drehlager 20b. Die beiden Drehlager 20a, 20b sind in Richtung der Drehachse D mit Axialabstand zueinander angeordnet. Das erste Drehlager 20a ist beispielsgemäß benachbart zum oder am der Brennerkopp lungseinheit 15 angeordnet.

[0049] Das erste Drehlager 20a ist als Festlager ausge bildet und kann somit auch Axialkräfte zwischen der statio nären Baugruppe 16 und der drehbaren Baugruppe 17 aufneh men. Beispielsgemäß ist das zweite Drehlager 20b als Losla ger ausgeführt und überträgt keine oder lediglich vernach lässigbar geringe Axialkräfte zwischen der stationären Bau gruppe 16 und der drehbaren Baugruppe 17 des Lichtbogen brenners 11. Das erste Drehlager 20a kann als Wälzlager und das zweite Drehlager 20b kann als Gleitlager ausgebildet sein. Auch andere Lagerkombination von Wälz- und/oder Gleitlagern sind möglich. [0050] Die drehbare Baugruppe 17 des Lichtbogenbrenners 11 weist ein Gehäuse 21 und eine Prozessgasleiteinrichtung 22 auf (Figur 9). Das Gehäuse 21 hat eine Austrittsöffnung 23, an der ein Zerstäubungsbereich 24 des Lichtbogenbren ners 11 mündet. Durch die Austrittsöffnung 23 kann ein Pro zessgasstrom eines Prozessgases G ausgestoßen werden, der Partikel eines Beschichtungsmaterials mitführt und auf eine zu beschichtende Oberfläche 25 eines Werkstücks 26 ausstößt (Figur 1).

[0051] Mit dem Gehäuse 21 verbunden ist die Prozessgas leiteinrichtung 22. Die Prozessgasleiteinrichtung 22 weist wenigstens einen Gaskanal und beim Ausführungsbeispiel ei nen Primärgaskanal 27 und einen Sekundärgaskanal 28 auf.

Der Primärgaskanal 27 ist mit Abstand zur Drehachse D ange ordnet und verläuft im Wesentlichen parallel zur Drehachse D. Er mündet auf der der Austrittsöffnung 23 entgegenge setzten Seite bezüglich der Drehachse D in den Zerstäu bungsbereich 24. Prozessgas G, das über den Primärgaskanal 27 in den Zerstäubungsbereich 24 strömt, erzeugt eine in Richtung der Austrittsöffnung 23 strömende Prozessgasströ mung. An der Brennerkopplungseinheit 15 ist ein Primärga seinlass 29 vorhanden, der fluidisch mit dem Primärgaskanal 27 verbunden ist. Dadurch kann Prozessgas dem Primärgaska nal 27 zugeführt werden.

[0052] Der Sekundärgaskanal 28 führt ebenfalls Prozess gas G. Dem Sekundärgaskanal 28 kann Prozessgas G über einen Sekundärgaseinlass 30 an der Brennerkopplungseinheit 15 zu geführt werden. Der Sekundärgaskanal 28 ist beispielsgemäß durch einen Ringraum zwischen der stationären Baugruppe 16 und der drehbaren Baugruppe 17 gebildet. Da der Ringraum durch das erste Drehlager 20a benachbart oder an der Bren- nerkopplungseinheit 15 blockiert ist, ist der Sekundärgas kanal 28 über einen schräg zur Drehachse D verlaufenden Ab zweigkanal 31 mit dem Sekundärgaseinlass 30 an der Brenner kopplungseinheit 15 verbunden. Im Bereich des zweiten Dreh lagers 20b können nutförmige Axialaussparungen 18 und/oder Fluidkanalverbindungen in der drehbaren Baugruppe 17 vor handen sein, um die axialen Ringraumteile des Ringraumes, die durch das zweiten Drehlagers 20b voneinander getrennt sind, fluidisch zu verbinden. Solche nutförmigen Axialaus sparungen 18 sind beispielhaft in den Figuren 3, 6 und 7 dargestellt

[0053] Beim Ausführungsbeispiel sind sowohl der Primär gaseinlass 29, als auch der Sekundärgaseinlass 30 am dreh baren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet. In Figur 7 ist die Prozessgasleiteinrichtung 22 stark schematisiert darge stellt. In der Ansicht gemäß Figur 7 sind der Primärgasein lass 29 und der Sekundärgaseinlass 30 in der Bildebene hin tereinander dargestellt.

[0054] Als Prozessgas G kann zum Beispiel Stickstoff verwendet werden.

[0055] Die stationäre Baugruppe 16 erstreckt sich bei spielsgemäß entlang der Drehachse D und weist eine Draht führungseinrichtung 32 auf. Die Drahtführungseinrichtung 32 ist dazu eingerichtet, einen Draht 33 von einem Drahtein lass 34 zum Zerstäubungsbereich 24 zu führen. Hierzu er streckt sich zwischen dem Drahteinlass 34 und dem Zerstäu bungsbereich 24 ein Drahtführungsrohr 35. Das Drahtfüh rungsrohr 35 trägt an seinem Außenumfang das erste Drehla ger 20a und das zweite Drehlager 20b. Es erstreckt sich beispielsgemäß koaxial zur Drehachse D. Nach radial innen bezüglich der Drehachse D begrenzt das Drahtführungsrohr 35 den Sekundärgaskanal 28.

[0056] Das Drahtführungsrohr 35 ist an der dem Drahtein lass 34 entgegengesetzten Seite offen und mündet in den Zerstäubungsbereich 24. Ein Drahtende 36 des Drahtes 33 ist im Zerstäubungsbereich 24 angeordnet. Dem Drahtende 36 liegt in Richtung der Drehachse D mit Axialabstand eine Elektrode gegenüber, die beim Ausführungsbeispiel durch ei ne Kathode 37 gebildet ist. Eine Anode 38 wird durch das Drahtende 36 gebildet.

[0057] Der Lichtbogenbrenner 11 weist einen ersten elektrischen Anschluss 45 zur Verbindung mit der Anode 38 sowie einen zweiten elektrischen Anschluss 46 zur Verbin dung mit der Kathode 37 auf. Der erste elektrische An schluss 45 ist beim Ausführungsbeispiel durch den Drahtein lass 34 gebildet. Der Drahteinlass 34 ist beispielsgemäß als hohlzylindrischer Stutzen oder Hohlkörper aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Der Drahteinlass 34 bzw. der dadurch gebildete erste elektrische Anschluss 45 ist elektrisch mit dem Drahtführungsrohr 35 verbunden, das beispielsgemäß elektrisch leitfähig ausgebildet ist. In Figur 2 ist diese elektrische Verbindung durch eine gestri chelte Linie schematisch dargestellt.

[0058] Wie es schematisch in den Figuren 3, 6 und 7 ge zeigt ist, ist am unteren Ende des Drahtführungsrohres 35 vorzugsweise eine Kontakteinrichtung 47 angeordnet. Die Kontakteinrichtung 47 ist dazu eingerichtet, eine elektri sche Verbindung zum Draht 33 herzustellen, um ein Span nungspotenzial an das Drahtende 36 des Drahtes 33 anzule gen. Somit besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 45 und dem Drahtende 36. Die Verbindung wird mittelbar über das Drahtführungsrohr und die Kontakteinrichtung 47 hergestellt.

[0059] Um die Kathode 37 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 46 zu verbinden, weist die drehbare Baugruppe 17 einen oder mehrere und beim Ausführungsbeispiel zwei Strom führungspfade 49 auf, von denen in der Figur 8 ein Strom führungspfad 49 beispielhaft dargestellt ist. Der zweite elektrische Anschluss 46 ist beim Ausführungsbeispiel durch einen Anschlussstift 50 gebildet. Ausgehend vom Anschluss stift 50 weist jeder Strompfad 49 eine Stromschiene 51 auf, die an einem Ende mittels einer ersten Kontaktschiene 52 mit dem Anschlussstift 50 und am anderen Ende mittels einer zweiten Kontaktschiene 53 mit dem Gehäuse 21 elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 21 ist elektrisch leitfähig. In dem Gehäuse 21 sitzt eine Fassung 54, in der die Kathode 37 angeordnet ist. Über die Fassung 54 und das Gehäuse 21 wird eine elektrische Verbindung zum Strompfad 49 bzw. den Strompfaden 49 und somit zum zweiten elektrischen Anschluss 46 hergestellt. Durch die Parallelschaltung mehrerer Strom pfade 49 bzw. mehrerer Stromschienen 51 kann der elektri sche Widerstand zwischen dem zweiten Anschluss 46 und der Kathode 37 reduziert werden.

[0060] Zur Lichtbogenbildung wird eine Spannung U über die Maschinenbaugruppe 12 zwischen den ersten elektrischen Anschluss 45 und den zweiten elektrischen Anschluss 46 an gelegt, so dass zwischen dem die Anode 38 bildenden Drah tende 36 und der Kathode 37 ein Lichtbogen entsteht und Drahtmaterial im Zerstäubungsbereich 24 geschmolzen wird. Durch den Prozessgasstrom werden Partikel des geschmolzenen Drahtmaterials mitgeführt und über die Austrittsöffnung 23 auf die zu beschichtende Oberfläche 25 aufgespritzt.

[0061] Die drehbare Baugruppe 17 weist einen Kühlkreis lauf zur Kühlung der Kathode 37 auf. Hierzu sind an der Brennerkopplungseinheit 15 und beispielsgemäß am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d zwei Kühlmittelanschlüsse 59 vor handen. Jeder Kühlmittelanschluss 59 ist fluidisch mit ei nem Kühlmittelrohr 60 verbunden. Die Kühlmittelrohre 60 er strecken sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse D in nerhalb der drehbaren Baugruppe 17. Die Kühlmittelrohre 60 stehen mit wenigstens einem Kühlkanal 61 in fluidischer Verbindung, so dass ein Kühlmittel K, das durch den wenigs tens einen Kühlkanal 61 strömt, die Kathode 37 kühlt. Das Kühlmittel K kann über einen der Kühlmittelanschlüsse 59 zugeführt und über den jeweils anderen Kühlmittelanschluss 59 abgeführt werden.

[0062] Wie es in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, hat die Brennerkopplungseinheit 15 ein Befestigungsmittel zum kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Befestigen an der Maschinenkopplungseinheit 14. Beim Ausführungsbeispiel ist dazu ein hohlzylindrisches Befestigungsteil 62 vorhanden.

Im Innenraum des Befestigungsteils 62 können die beschrie benen Anschlüsse 29, 30, 34, 45, 46, 59 der Brennerkopp lungseinheit 15 angeordnet sein. Das Befestigungsteil 62 kann an der Maschinenkopplungseinheit 14 lösbar klemmend gehalten werden. Es kann ein Codiermittel 63 am Befesti gungsteil 62 vorhanden sein, um die Drehlage gegenüber der Maschinenkopplungseinheit 14 vorzugeben. Beispielsweise kann das Codiermittel 63 ein Vorsprung und/oder eine Ver tiefung im Befestigungsteil 62 sein, um diesem eine nicht rotationssymmetrische Form zu geben. [0063] Bezugnehmend auf die Figur 2 weist die Maschinen kopplungseinheit 14 einen Drahtauslass 66 zur Kopplung mit dem Drahteinlass 34 auf. Dem Drahtauslass 66 kann der Draht 33 von einer DrahtZufuhreinrichtung 67 der Maschinenbau gruppe 12 zugeführt werden.

[0064] Die Maschinenkopplungseinheit 14 hat außerdem ei nen Primärgasauslass 68 zur fluidischen Verbindung mit dem Primärgaseinlass 29 und einen Sekundärgasauslass 69 zur fluidischen Verbindung mit dem Sekundärgaseinlass 30. Pro zessgas G kann dem Primärgasauslass 68 und dem Sekundärgas auslass 69 mittels einer Gaszufuhreinrichtung 70 zugeführt werden.

[0065] Außerdem hat die Maschinenkopplungseinheit 14 zwei Kühlmittelgegenanschlüsse 71, die zur Verbindung mit den Kühlmittelanschlüssen 59 eingerichtet sind. Den Kühl- mittelgegenanschlüssen 71 kann ein Kühlmittel K über eine Kühlmittelzufuhreinrichtung 72 der Maschinenbaugruppe 12 zugeführt werden.

[0066] Der Drahtauslass 66 dient beim Ausführungsbei spiel gleichzeitig als erster Gegenkontakt 73 für den ers ten elektrischen Anschluss 45. Bei der Herstellung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Drahteinlass 34 und dem Drahtauslass 66 wird gleichzeitig ein elektrischer Kon takt zwischen dem ersten elektrischen Anschluss 45 und dem ersten Gegenkontakt 73 hergestellt. Da der Drahtauslass 66 am stationären Maschinenkopplungsteil 14s angeordnet ist, kann bei der elektrischen Kontaktierung auf Schleifkontakte verzichtet werden.

[0067] Dem zweiten elektrischen Anschluss 46 der Bren- nerkopplungseinheit 15 ist ein elektrischer zweiter Gegen kontakt 74 an der Maschinenkopplungseinheit 14 angeordnet. Der zweite Gegenkontakt 74 ist beim Ausführungsbeispiel als Buchse ausgebildet, in die der Anschlussstift 50, der bei spielsgemäß den zweiten elektrischen Anschluss 46 bildet, zur Herstellung der elektrischen Verbindung eingreifen kann.

[0068] Beim Ausführungsbeispiel befinden sich der Prim ärgasauslass 68, der Sekundärgasauslass 69, die Kühlmittel- gegenanschlüsse 71 und der zweite Gegenkontakt 74 am dreh bar gelagerten Maschinenkopplungsteil 14d.

[0069] Zur Versorgung mit Kühlmittel K und Prozessgas G ist die Maschinenkopplungseinheit 14 über einen Drehvertei ler 75 mit der Gaszufuhreinrichtung 70 und der Kühlmittel zufuhreinrichtung 72 fluidisch verbunden. Der Drehverteiler 75 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 70, 72 verbunden ist.

[0070] Um den zweiten Gegenkontakt 74 elektrisch zu kon taktieren, kann am drehbaren Maschinenkopplungsteil 14d ein Schleifring 76 angeordnet sein, an dem ein Schleifkontakt 77 anliegt.

[0071] Der erste Gegenkontakt 73 ist mit einem ersten Spannungsversorgungsanschluss 78 und der zweite Gegenkon takt 74 ist beispielsgemäß über den Schleifring 76 und den Schleifkontakt 77 mit einem zweiten Spannungsversorgungsan- schluss 79 elektrisch verbunden. An die Spannungsversor gungsanschlüsse 78, 79 wird eine Spannung U angelegt, wobei das höhere Spannungspotential beim Ausführungsbeispiel an den ersten Spannungsversorgungsanschluss 78 angelegt wird, so dass der Draht 33 bzw. das Drahtende 36 als Anode 38 dient (Figur 3).

[0072] Beim Ausführungsbeispiel ist am stationären Ma schinenkopplungsteil 14s ein Verriegelungselement 85 vor handen. Dem Verriegelungselement 85 ist ein Gegenverriege lungselement 86 am stationären Brennerkopplungsteil 15s zu geordnet, das beispielsgemäß durch eine Aussparung 87 ge bildet ist. Die Aussparung 87 kann durch eine Vertiefung in einem Ring 88 gebildet sein. Der Ring 88 ist koaxial zur Drehachse D angeordnet und umschließt beispielsgemäß den Drahteinlass 34. Die Aussparung 87 ist parallel zur Dreh achse D auf der der Maschinenkopplungseinheit 14 zugewand ten Seite und beispielsgemäß auch radial nach außen von der Drehachse D weg offen.

[0073] Bei hergestellter mechanischer Verbindung zwi schen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopp lungseinheit 14 greift das Verriegelungselement 85 in die Aussparung 87 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 Brennerkopplungsteil 15s und mithin der stationären Baugruppe 16 bei einer Dre hung der drehbaren Baugruppe 17 um die Drehachse D vermie den.

[0074] Wenn keine mechanische Verbindung zwischen der Brennerkopplungseinheit 15 und der Maschinenkopplungsein- heit 14 hergestellt ist, besteht die Möglichkeit, dass sich die stationäre Baugruppe 16 und die drehbare Baugruppe 17 relativ zueinander drehen. Beim Ausführungsbeispiel wird eine solche Relativdrehung durch ein Sicherungselement 89 verhindert. Das Sicherungselement 89 kann zwischen einer Sicherungsstellung S und einer Freigabestellung F bewegt werden. Die Sicherungsstellung S ist in Figur 2 mit durch gezogenen Linien und in Figur 6 veranschaulicht. Die Frei gabestellung F ist in Figur 2 gestrichelt und in Figur 7 veranschaulicht .

[0075] Beispielsgemäß erfolgt die Bewegung zwischen der Sicherungsstellung S und der Freigabestellung F bzw. umge kehrt durch ein Verschieben des Sicherungselements 89 pa rallel zur Drehachse D. In der Sicherungsstellung S greift das Sicherungselement 89 in die Aussparung 87 ein. Das Si cherungselement 89 nutzt somit die Aussparung 87, die als Gegenverriegelungselement 86 für das Verriegelungselement 85 ohnehin vorhanden ist.

[0076] Das Sicherungselement 89 ist beim Ausführungsbei spiel am drehbaren Brennerkopplungsteil 15d angeordnet, während der Ring 88 mit der Aussparung 87 am stationären Brennerkopplungsteil 15s angeordnet ist. Dadurch kann eine drehfeste Kopplung zwischen dem drehbaren Brennerkopplungs teil 15d und dem stationären Brennerkopplungsteil 15s und somit zwischen der drehbaren Baugruppe 17 und der stationä ren Baugruppe 16 des Lichtbogenbrenners 11 hergestellt wer den, wenn sich das Sicherungselement 89 in der Sicherungs stellung S befindet.

[0077] Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Sicherungselement 89 mittels wenigstens eines Vorspann- elements 90 in die Sicherungsstellung S gedrängt. Das we nigstens eine Vorspannelement 90 kann beispielsweise durch eine Feder gebildet sein. Entgegen der Kraft des Vorspann elements 90 kann das Sicherungselement 89 in die Freigabe stellung F bewegt bzw. verschoben werden.

[0078] Das Verschieben des Sicherungselements 89 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 89 in Kontakt mit dem Verriegelungs element 85. Das Verriegelungselement 85 schiebt das Siche rungselement 89 aus der Aussparung 87 des Rings 88 heraus und greift selbst in die Aussparung 87 ein. Dann ist eine Relativdrehung des drehbaren Brennerkopplungsteils 15d und der drehbaren Baugruppe 17 um die Drehachse D und relativ zur stationären Baugruppe 16 ermöglicht, während eine dreh feste Kopplung zwischen der stationären Baugruppe 16 über den stationären Brennerkopplungsteil 15s mit dem stationä ren Maschinenkopplungsteil 14s hergestellt ist.

[0079] Wieder zurückkehrend zu Figur 1 gehört zur Ma schinenbaugruppe 12 außerdem ein Motor 91, der beispielsge mäß mittels eines Antriebsriemens 92 mit dem drehbaren Ma schinenkopplungsteil 14d antriebsverbunden ist. Wird der Motor 91 angetrieben, dreht sich der drehbare Maschinen kopplungsteil 14d um die Drehachse D. Der stationäre Ma schinenkopplungsteil 14s ist drehfest um die Drehachse D angeordnet. Bei hergestellter Verbindung zwischen der Ma schinenkopplungseinheit 14 und der Brennerkopplungseinheit 15 wird der drehbare Brennerkopplungsteil 15d und die dreh bare Baugruppe 17 gemeinsam mit dem drehbaren Maschinen- kopplungsteil 14d um die Drehachse D angetrieben, wenn der Motor 91 betrieben wird.

[0080] Während des Betriebs der Lichtbogen- Drahtspritzeinrichtung 10 wird der Motor 91 betrieben.

Durch Anlegen der Spannung U entsteht ein Lichtbogen zwi schen der Anode 38 und der Kathode 37, wodurch Drahtmateri al im Zerstäubungsbereich 24 geschmolzen wird. Über den Primärgaskanal 27 strömt Prozessgas G in den Zerstäubungs bereich 24 und führt dadurch geschmolzene Materialpartikel des Drahtes 33 mit durch die Austrittsöffnung 23 nach außen auf die zu beschichtende Oberfläche 25.

[0081] Der Prozessgassstrom aus dem Primärgaskanal 27 zerstäubt das geschmolzene Material im Zerstäubungsbereich 24, in dem auch der Lichtbogen gebildet wird. Der Prozess gasstrom aus dem Sekundärgaskanal 28 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 Volumenströ me separat eingestellt oder geregelt werden.

[0082] Während des Schmelzens und Ausstoßens von Parti keln zur Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche 25 wird der Motor 91 betrieben, so dass die drehbare Baugruppe 17 um die Drehachse D rotiert und dabei die Ausstoßrichtung um die Drehachse D verändert wird. Gleichzeitig kann eine Relativbewegung des Lichtbogenbrenners 11 relativ zum Werk stück 26 veranlasst werden, beispielsweise durch eine Bewe gung entlang der Drehachse D des Lichtbogenbrenners 11 und/oder des Werkstücks 26. Dadurch kann die zu beschich tende Oberfläche 25 durch eine Art Schraubenbewegung voll ständig beschichtet werden. [0083] Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenbrenner 11 sowie eine Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung 10 mit einem Lichtbogenbrenner 11. Der Lichtbogenbrenner 11 hat ein Ge häuse 21 mit einer Austrittsöffnung 23. Er weist eine sta tionäre Baugruppe 16 und eine relativ zur stationären Bau gruppe 16 drehbare Baugruppe 17 auf. Die stationäre Bau gruppe 16 definiert eine Drehachse D für die drehbare Bau gruppe 17. Zwischen der stationären Baugruppe 16 und der drehbaren Baugruppe 17 ist eine Drehlageranordnung 20 vor handen. Zu der drehbaren Baugruppe 17 gehört das Gehäuse 21 und eine Prozessgasleiteinrichtung 22. Die Prozessgasleit einrichtung 22 weist wenigstens einen Gaskanal 27, 28 auf und ist dazu eingerichtet, ein Prozessgas G von wenigstens einem Gaseinlass 29, 30 zu einem Zerstäubungsbereich 24 zu leiten, der mit der Austrittsöffnung 23 strömungsverbunden ist. Zu der stationären Baugruppe 16 gehört eine Drahtfüh rungseinrichtung 32, die dazu eingerichtet ist, einen Draht 33 von einem Drahteinlass 34 zum Zerstäubungsbereich 24 zu führen.

Bezugszeichenliste :

10 Lichtbogen-Drahtspritzeinrichtung

11 Lichtbogenbrenner

12 Maschinenbaugruppe

13 Kopplungseinrichtung

14 Maschinenkopplungseinheit

14d drehbares Maschinenkopplungsteil 14s stationäres Maschinenkopplungsteil

15 Brennerkopplungseinheit

15d drehbares Brennerkopplungsteil 15s stationäres Brennerkopplungsteil

16 stationäre Baugruppe

17 drehbare Baugruppe

18 nutförmige Axialaussparung

19 Drehlageranordnung der Maschinenkopplungseinheit

20 Drehlageranordnung der Brennerkopplungseinheit 20a erstes Drehlager

20b zweites Drehlager

21 Gehäuse

22 Prozessgasleiteinrichtung

23 Austrittsöffnung

24 Zerstäubungsbereich

25 zu beschichtende Oberfläche

26 Werkstück

27 Primärgaskanal

28 Sekundärgaskanal

29 Primärgaseinlass

30 Sekundärgaseinlass

31 Abzweigkanal

32 Drahtführungseinrichtung

33 Draht Drahteinlass

Draht führungsrohr 6 Drahtende

Kathode 8 Anode erster elektrischer Anschluss6 zweiter elektrischer Anschluss7 Kontakt einrichtung 9 Stromführungspfad 0 Anschlussstift 1 Stromschiene 2 erste Kontaktschiene 3 zweite Kontaktschiene 4 Fassung 9 Kühlmittelanschluss 0 Kühlmittelrohr 1 Kühlkanal 2 Befestigungsteil 3 Codiermittel 6 Drahtauslass 7 Drahtzufuhreinrichtung 8 Primärgasauslass 9 Sekundärgasauslass 0 Gaszufuhreinrichtung 1 Kühlmittelgegenanschluss 2 KühlmittelZufuhreinrichtung 3 erster Gegenkontakt 4 zweiter Gegenkontakt 75 Drehverteiler

76 Schleifring

77 Schleifkontakt

78 erster Spannungsversorgungsanschluss

79 zweiter Spannungsversorgungsanschluss

85 Verriegelungselement

86 Gegenverriegelungselement

87 Aussparung

88 Ring

89 Sicherungselernent

90 Vorspannelement

91 Motor

92 Antriebsriemen

D Drehachse

F Freigabestellung

G Prozessgas

K Kühlmittel

S SicherungsStellung

U Spannung