Lichtbogendrahtbrenner

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogendrahtbrenner, insbesondere einen Innenbrenner, zum Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken, insbesondere bei Hohlkörpern, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Beim Lichtbogendrahtspritzen werden zwei metallische Drähte mittels geregelter Drahtvorschubgeschwindigkeit über entsprechende Schleifkontakte, durch welche eine übertragung von elektrischem Strom auf die Drähte erfolgt, in einem Brenner, der auch als Spritzpistole bezeichnet werden kann, bewegt. Nach dem Einschalten des Drahtvorschubs laufen die beiden Spritzdrähte durch die Drahtführung aufeinander zu, bis es aufgrund der anliegenden Spannung zur Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den freien Enden der Spritzdrähte kommt. In diesem Lichtbogen findet eine intensive Erhitzung statt, wodurch der Beschichtungswerkstoff der Drähte aufschmilzt. Ein aus einer zweckmäßig in den Brenner integrierten Düse austretender Gasstrom, in der Regel ein Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, zerstäubt das entstandene Schmelzgut, beschleunigt die Partikel und schleudert diese auf die zu beschichtende Oberfläche. Mit Hilfe des Lichtbogendrahtspritzens werden beispielsweise die Laufflächen von Zylindern bei Kolbenmotoren beschichtet, beispielsweise um die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand zu reduzieren. Brenner, mit denen derartige

Hohlkörper von Werkstücken quasi von innen beschichtet werden können, werden auch als Innenbrenner bezeichnet.

Aus der DE 102 04 251 Al ist ein Lichtbogendrahtbrenner bekannt, der mit zwei, jeweils als aufschmelzende Elektrode dienenden Drähten arbeitet und hierzu ein Drahtzuführungssystem zum Zuführen der Drähte zu einem Lichtbogen des Brenners aufweist. Die Drähte sind dabei auf separaten Spulen bevorratet, wobei das Drahtzuführungssystem eine Abzugeinrichtung zum Abziehen der Drähte von den Spulen aufweist. Beim bekannten Lichtbogendrahtbrenner sind die beiden Spulen separat gelagert und die Abzugeinrichtung zieht die Drähte von den beiden Spulen simultan und gleichförmig ab.

Weitere Lichtbogendrahtbrenner sind beispielsweise aus der DE 10 2005 012 360 Al, aus der EP 1 238 715 A2, aus der WO 03/066233 Al und aus der WO 04/028702 Al bekannt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Lichtbogenbrenner der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass hinsichtlich der Drahtzuführung eine erhöhte Flexibilität gewährleistet ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Drahtzuführungssystem mit einem Drahtmagazin auszustatten, das mehrere Spulen aufnimmt, wobei gleichzeitig die Abzugeinrichtung so ausgestaltet ist, dass zumindest zwei der Spulen unabhängig voneinander zum Abwickeln des Drahtes

ansteuerbar sind. Das Drahtmagazin kann zwei oder mehr Spulen aufnehmen. Bevorzugt nimmt es mehr als zwei Spulen auf, insbesondere kann es zur Aufnahme von zehn Spulen ausgestaltet sein. Ebenso ist eine andere Anzahl an Spulen denkbar. Dadurch dass mit Hilfe der vorgeschlagenen Abzugeinrichtung zumindest zwei der Spulen unabhängig voneinander zum Abwickeln des Drahts ansteuerbar sind, ergibt sich eine erhöhte Variabilität hinsichtlich der Zuführung des oder der Drähte. Beispielsweise kann bei einem konventionellen Innenbrenner, der mit einem Lichtbogen und zwei Drahtelektroden arbeitet, vorgesehen sein, zunächst nur zwei Spulen zum Zuführen der Drahtelektroden zu aktivieren, während die anderen Spulen deaktiviert sind. Das bedeutet, dass die Abzugeinrichtung die Drähte nur von den beiden aktiven Spulen abzieht. Sobald die Drähte von den beiden aktiven Spulen vollständig abgezogen sind, können zwei andere Spulen aktiviert werden, um erneut die Drahtelektroden dem Lichtbogen zuzuführen. Der Wechsel von den beiden leeren Spulen auf die nächsten beiden Spulen kann dabei in einer vergleichsweise kurzen Zeit durchgeführt werden. Insbesondere kann dieser Wechsel automatisch realisiert werden. Eine derartige Bauform hat enorme Vorteile, da so der Lichtbogendrahtbrenner für eine entsprechend verlängerte Betriebszeit quasi ohne Unterbrechung vollautomatisch, also bei reduziertem Personalaufwand, betrieben werden kann. Während bei herkömmlichen Lichtbogendrahtbrennern, die für die beiden Drähte genau zwei Spulen aufweisen, im Rahmen einer Großserienfertigung während einer Schicht die Produktion mehrmals unterbrochen werden muss, um die leeren Spulen durch volle Spulen zu ersetzen, was manuell, also mit Personalaufwand durchgeführt werden muss, kann der hier vorgeschlagene Lichtbogendrahtbrenner durch eine entsprechende Anzahl der Spulen im Drahtmagazin ohne weiteres so ausgelegt werden, dass er während der gesamten

Schichtdauer automatisch und nahezu unterbrechungsfrei durcharbeiten kann. Ein Austauschen der leeren Spulen gegen volle Spulen ist dann beispielsweise nur noch bei oder vor Schichtbeginn erforderlich.

Des Weiteren ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten für Lichtbogendrahtbrenner, die mit zumindest zwei Lichtbogen arbeiten, denen die Drähte unabhängig voneinander zuführbar sind. Beispielsweise ist ein Doppelbrenner oder Zweifachbrenner denkbar, bei dem über einen ersten Lichtbogen beispielsweise mittels zwei Drähten eine Grundierungsschicht auf das jeweilige Werkstück aufbringbar ist, während mit einem zweiten Lichtbogen und zwei anderen Drähten eine Funktionsbeschichtung auf die Grundierung aufgespritzt werden kann. Mit dem vorgeschlagenen Drahtmagazin lassen sich beispielsweise vier Spulen vorsehen, je zwei für die beiden Lichtbogen. Mit Hilfe der Abzugeinrichtung lassen sich die den einzelnen Lichtbogen zugeordneten Spulen unabhängig voneinander zum Zuführen der Drähte betätigen beziehungsweise ansteuern. Das heißt, die Abzugeinrichtung kann dem einen Lichtbogen und unabhängig davon dem anderen Lichtbogen die jeweiligen Drähte mit speziellen, individuell abgestimmten Drahtvorschubgeschwindigkeiten zuführen. Auch ist es möglich, zunächst die einen Drähte nur dem einen Lichtbogen und anschließend andere Drähte nur dem anderen Lichtbogen zuzuführen.

Des Weiteren kann es erforderlich sein, die beiden einem Lichtbogen zugeführten Drähte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zuzuführen. Insbesondere können die Drahtvorschubgeschwindigkeiten variieren, beispielsweise um am jeweiligen Werkstück eine Beschichtung mit einer über die Dicke variierenden Legierung zu erzeugen.

Es ist klar, dass sich die genannten Variationsmöglichkeiten sowie weitere, hier nicht genannte Variationsmöglichkeiten quasi beliebig miteinander kombinieren lassen. Beispielsweise lassen sich bei einem Brenner mit zwei Lichtbogen vier verschiedene Drähte mit individuellen Geschwindigkeiten zuführen, wobei außerdem ein automatischer Wechsel erfolgen kann, sobald eine der Spulen leer ist.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine stark vereinfachte, prinzipielle Ansicht eines

Teils eines Lichtbogendrahtbrenners, Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 im Bereich eines

Brennerkopfs, jedoch bei einer anderen

Ausführungsform, Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung wie in Fig. 1 im

Bereich einer Abzugeinrichtung.

Entsprechend Fig. 1 umfasst ein Lichtbogendrahtbrenner 1, bei dem es sich bevorzugt um einen Innenbrenner handelt, ein Drahtzuführungssystem 2 und einen Brennerkopf 3. Der Lichtbogendrahtbrenner 1 dient zum Lichtbogendrahtspritzen von Werkstücken, insbesondere bei Hohlkörpern. Hierzu arbeitet der Brenner 3 mit wenigstens einem Lichtbogen 4, der in Fig. 1 durch ein Blitzsymbol angedeutet ist. Zur Erzeugung des Lichtbogens 4 verwendet der Lichtbogendrahtbrenner 1 zumindest einen als aufschmelzende Elektrode dienenden Draht 5. Vorzugsweise werden zur Erzeugung des Lichtbogens 4 zwei als aufschmelzende Elektrode dienende Drähte 5 verwendet. Das Drahtzuführsystem 2 dient nun zum Zuführen der Drähte 5 zum jeweiligen Lichtbogen 4. Es ist klar, dass der Brenner 3 entsprechende elektrische Kontakte zum Anbringen einer elektrischen Spannung und zum übertragen von elektrischem Strom auf die Drähte 5 aufweist, um so den jeweiligen Lichtbogen 4 zu erzeugen. Der Brennerkopf 3 kann bei einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines Drehantriebs 6 um eine Rotationsachse 7 gedreht werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Lichtbogendrahtbrenner 1 als Innenbrenner ausgestaltet ist, um rotationssymmetrische Oberflächen von Hohlkörpern zu beschichten. Beispielsweise können so die Laufflächen von Zylindern bei Kolbenmotoren beschichtet werden.

Das DrahtZuführungssystem 2 weist für jeden Draht 5 eine Spule 8 auf. Auf die jeweilige Spule 8 ist der zugehörige Draht 5 aufgewickelt. Die jeweilige Spule 8 dient so zur Bevorratung des Drahts 5.

Ferner weist das Drahtzuführungssystem 2 eine Abzugeinrichtung 9 auf, die so ausgestaltet ist, dass damit der jeweilige Draht 5 von der jeweiligen Spule 8 abziehbar ist.

Das Drahtzuführungssystem 2 weist außerdem ein Drahtmagazin 10 auf, das hier durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Das Drahtmagazin 10 dient zur gleichzeitigen Aufnahme von mehreren Spulen 8, also von mindestens zwei Spulen 8. Im Beispiel nimmt das Drahtmagazin

10 zehn Spulen 8 auf. Bevorzugt nimmt das Drahtmagazin 10 mehr als zwei, also mindestens drei Spulen 8 auf.

In Verbindung mit diesem Drahtmagazin 10 ist die Abzugeinrichtung 9 so ausgestaltet, dass sie den Draht 5 zumindest von zwei der Spulen 8 unabhängig voneinander abziehen kann. Somit ermöglicht die Abzugeinrichtung 9 zumindest bei zwei der Spulen 8 individuelle Drahtvorschubgeschwindigkeiten. Insbesondere kann die Abzugeinrichtung 9 den Drahtabzug beziehungsweise das Abwickeln des Drahts 5 von den genannten Spulen 8 unabhängig beginnen und beenden. Mit anderen Worten, die Abzugeinrichtung 9 ist so ausgestaltet, dass sie zumindest zwei der Spulen 8 unabhängig voneinander zum Abwickeln des Drahts 5 ansteuern kann. Vorzugsweise sind alle Spulen 8 unabhängig voneinander zum Abwickeln des Drahts 5 ansteuerbar. Das heißt, die Abzugeinrichtung 9 kann die Drähte 5 bei allen Spulen 8 individuell abziehen.

Die Spulen 8 sind zweckmäßig auf einer gemeinsamen Welle 11 angeordnet, und zwar so, dass eine Längsmittelachse der Welle

11 koaxial zu den Wickelachsen der Spulen 8 verläuft.

Die Abzugeinrichtung 9 ist zusammen mit dem Drahtmagazin 10 zweckmäßig so mit dem Brennerkopf 3 gekoppelt, dass sie mit dem Brennerkopf 3 um die Rotationsachse 7 mitrotieren können.

Die Abzugeinrichtung 9 umfasst ein Zuggetriebe 12, das ebenfalls auf der Welle 11 angeordnet sein kann.

Gemäß Fig. 3 können mehrere Drähte 5 gleichzeitig am Zuggetriebe 12 eingefädelt sein. Vorzugsweise kann das Zuggetriebe 12 so ausgestaltet sein, dass grundsätzlich alle Drähte 5 aller Spulen 8 gleichzeitig eingefädelt sein können. Das Zuggetriebe 12 ist so ausgestaltet, dass es für jeden eingefädelten Draht 5 eine individuelle Abzugsgeschwindigkeit erzeugen kann. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass jede aktive Spule 8, also jede Spule 8, von der der Draht 5 abgewickelt wird, relativ zum Zuggetriebe 12 eine relative Drehgeschwindigkeit aufweist. Diese Drehgeschwindigkeit korreliert dabei mit der Drahtvorschubgeschwindigkeit des jeweiligen Drahts 5, derart, dass eine Ablösestelle des Drahts 5 von der Wicklung der Spule 8 im Wesentlichen die gleiche Winkellage bezüglich des Zuggetriebes 12 behält. Im Unterschied dazu sind die inaktiven Spulen 8, also diejenigen, von denen kein Draht 5 abgewickelt wird, relativ zum Zuggetriebe 12 ortsfest beziehungsweise drehfest. Das Zuggetriebe 12 beziehungsweise die Abzugeinrichtung 9 können somit die einzelnen Spulen 8 individuell relativ zum Zuggetriebe 12 fixieren beziehungsweise antreiben.

Für den Fall, dass nicht alle Drähte 5 gleichzeitig am Zuggetriebe 12 eingefädelt sind, kann das Drahtzuführungssystem 2 zusätzlich mit einer hier nicht gezeigten Einfädeleinrichtung ausgestattet sein, die ein automatisches Einfädeln der Drähte 5 am Zuggetriebe 12 ermöglicht .

Um das am jeweiligen Lichtbogen 4 aufgeschmolzene Drahtmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche des jeweiligen Werkstücks aufspritzen zu können, ist durch den

Brennerkopf 3 hindurch eine durch einen Pfeil angedeutete Gasströmung 13 geführt, die bezüglich der Rotationsachse 7 zweckmäßig radial orientiert ist. Die Gasströmung 13 nimmt die Schmelze mit und schleudert diese gegen die Werkstückoberfläche .

Während ein herkömmlicher Brenner 1 mit einem einzigen Lichtbogen 4 arbeitet, wird in Fig. 2 ein spezieller Brenner 1 vorgestellt, der mit zwei Lichtbogen 4 arbeitet. Dabei werden zweckmäßig jedem Lichtbogen 4 je zwei Drähte 5 als abschmelzende Elektroden zugeführt. Es ist klar, dass auch mehr als zwei Lichtbogen 4 realisierbar sind. Bei einer derartigen Ausführungsform bevorratet das Drahtmagazin 10 die Spulen 8 für alle Drähte 5, und die Abzugeinrichtung 9 ist so ausgestaltet, dass sie die erforderlichen Drähte 5 zu allen Lichtbogen zuführen kann. Insbesondere kann das Zuggetriebe 12 beziehungsweise die Abzugeinrichtung 9 so ausgestaltet sein, dass für die einzelnen Lichtbogen 4 individuelle Drahtvorschubgeschwindigkeiten einstellbar sind. Beispielsweise ist denkbar, den Brenner 1 so zu betreiben, dass zunächst nur der eine Lichtbogen 4 gezündet ist, beispielsweise um eine Grundierungsbeschichtung an der Werkstückoberfläche anzubringen. Anschließend kann dann nur der zweite Lichtbogen 4 aktiv sein, beispielsweise um eine Funktionsbeschichtung auf die Grundierungsbeschichtung aufzutragen. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die beiden Lichtbogen 4 gleichzeitig zu betreiben, um in kürzerer Zeit mehr Beschichtungswerkstoff auftragen zu können. Ebenso können legierte Beschichtungen mit unterschiedlichen Materialien realisiert werden, wobei mit zwei Lichtbogen 4 insgesamt vier Drähte 5 aus unterschiedlichem Drahtwerkstoff zuführbar sind. Die vorgeschlagene Abzugeinrichtung 9 mit dem Zuggetriebe 12 und dem Drahtmagazin 10 ermöglicht dabei eine

hohe Flexibilität hinsichtlich der hier vorteilhaften individuellen Drahtzuführung.

Um unterschiedliche Drahtvorschubgeschwindigkeiten für einzelne Drähte 5 individuell einstellen zu können, kann das Zuggetriebe 12 beziehungsweise die Abzugeinrichtung 9 so ausgestaltet sein, dass die relative Drehgeschwindigkeit zwischen dem Zuggetriebe 12 und der jeweils zugehörigen Spule 8 individuell einstellbar ist.

Mit dem in Fig. 1 gezeigten Drahtmagazin 10, das zur Bevorratung von zehn Spulen 8 ausgestaltet ist, kann beispielsweise für den mit nur einem Lichtbogen 4 arbeitenden Brenner 1 vorgesehen sein, nur zwei Spulen 8 zu aktivieren, also zum Zuführen von Draht 5 zum Lichtbogen 4 zu betreiben. Die Abzugeinrichtung 9 wickelt somit nur zwei der Spulen 8 ab. Sobald diese beiden Spulen 8 leer sind, aktiviert die Abzugeinrichtung 9 die beiden nächsten Spulen 9. Je nach dem, ob die Drähte 5 sämtlicher Spulen 8 von Anfang an am Zuggetriebe 12 eingefädelt sind oder nicht, kann beim Wechsel zwischen den Spulen 8 die zuvor genannte Einfädeleinrichtung zum Einsatz kommen. Sobald die nächsten Spulen 8 leer sind, erfolgt ein weiterer Wechsel zu vollen Spulen 8. Dabei können die beiden Drähte 5 des einen Lichtbogens 4 unterschiedliche Vorschubsgeschwindigkeiten benötigen, so dass der Wechsel der Spulen 8 unabhängig voneinander erfolgen kann.

Des Weiteren ist es grundsätzlich möglich, die einzelnen Spulen 8 mit verschiedenen Drähten 5 zu versehen. Hierdurch ist es möglich, vollautomatisch den Beschichtungswerkstoff zu wechseln, indem andere Drähte 5 dem Lichtbogen 4 zugeführt werden.

Bei einem Brenner 1, der mit zwei oder mehr Lichtbogen 4 arbeitet, kann das Magazin 10 ebenfalls für jeden Draht 5 eine aktive Spule 8 und zumindest eine weitere Spule 8 zum automatischen Wechseln aufweisen. Die genannten Variationsmöglichkeiten lassen sich untereinander sowie mit anderen, hier nicht genannten Möglichkeiten beliebig kombinieren.

Bezugszeichenliste

Lichtbogendrahtbrenner Drahtzuführungssystem Brennerkopf Lichtbogen Draht Drehantrieb Rotationsachse Spule Abzugeinrichtung Drahtmagazin Welle Zuggetriebe Gasstrom