Bei dem Drahtlichtbogenspritzen wird ein elektrisch leitender drahtförmiger Spritz zusatzwerkstoff mit Hilfe eines elektrischen Entladungsprozesses vom festen in den flüssigen Zustand überführt und anschließend auf eine Substratoberfläche auf getragen.

Das Verfahren des Drahtlichtbogenspritzens beruht darauf, dass üblicherweise zwei kreisrunde drahtförmige elektrisch leitende Spritzwerkstoffe in Form eines Metalldrahtes mittels einer Vorschubeinrichtung mit einem konstanten Vorschub aufeinander zugeführt werden. Drahtlichtbogenverfahren, bei denen nur ein Draht verwendet wird, sind ebenfalls bekannt. Die Drähte sind mit einer Stromquelle leitend verbunden, an der eine Spannung von üblicherweise 12 bis 50 V anliegt. Bei hinreichend geringem Abstand der beiden Drahtenden wird ein Lichtbogen ge zündet, der als Energiequelle zum Aufschmelzen des Drahtzusatzwerkstoffes dient. Mit Hilfe eines Gasstromes (Druckluft oder ein technisches Gas) wird die Schmelze von den Drahtenden gelöst und beschleunigt diese in Form eines Partikelstroms auf ein zu beschichtendes Bauteil. Konventionelle Drahtlichtbogenspritzanlagen erzielen Abschmelzleistungen von ca. 5 - 200 kg/h bei Partikelgeschwindigkeiten von ca. 150 m/s. Im Lichtbogen werden dabei Temperaturen von über 5000K erreicht. Die Schichtdicken, die mit diesem Verfahren erzeugt werden können, liegen zwischen 50 pm und 20 mm.

Das Drahtlichtbogenspritzen wird, unter anderem, zum Korrosionsschutz von Stahlstrukturen und Aluminiumrohren für Wärmetauscher, zum Verschleißschutz sowie zur Reparatur von Bauteilen und zur Herstellung lötfähiger Schichten auf Kondensatoren verwendet.

Ein Hauptproblem beim Drahtlichtbogenspritzen sind Wirbelablösungen der Zer stäubergasströmung am bzw. hinter den aufzuschmelzenden Drahtquerschnitten. Diese Wirbelgebiete zirkulieren kontinuierlich in den sogenannten Totgebieten der Drähte und beeinflussen maßgeblich das Abschmelzverhalten (Tropfengröße) und die Lichtbogensäule (Interaktion Plasma-Gas), mit der Folge, dass aufgeschmol zene Spritzpartikel im Bereich der Drahtenden auf den wirbelförmigen Bahnen ver weilen. In dieser Zeit wird der Werkstoff infolge des Luftsauerstoffs der Umge- bungs- bzw. Druckluft oxidiert. Durch das kontinuierliche Abschmelzen des Drah tes vergrößert sich die rezirkulierende Menge der schmelzflüssigen Partikel, mit dem Resultat einer ungleichmäßigen Zerstäubung. Der sich um die Drahtenden ausbreitende Spritzstrahl baut eine sogenannte "Karmansche Wirbelstraße" auf. Diese hat zur Folge, dass sich der partikelbeladene Spritzstrahl extrem aufweitet (divergiert). Durch die hohe Divergenz gelangt ein Teil der Partikel in langsame Außenbereiche der Zerstäubergasströmung. Die erhöhte Oxidation, die ungleich mäßigen Wärmeinhalte und Geschwindigkeiten der Partikel im Spritzstrahl führen zu einer verminderten Haftung der Partikel auf dem zu beschichtendem Bauteil. Der sogenannte Auftragswirkungsgrad kann, je nach Drahtzusatzwerkstoff, ca. 50% bis 60% vermindert sein, d.h. 50 bis 60% des abgeschmolzenen Drahtwerk stoffes bleibt nicht auf dem zu beschichtetem Bauteil haften und wird in Form von Stäuben der Umgebung zugeführt. Neben den umweit- und arbeitssicherheitstechnischen Aspekten ist auch die Wirtschaftlichkeit des Verfah rens verbesserungswürdig.

Hinsichtlich der Spritzschicht führen diese Effekte auch zu einer verminderten Qua lität. Dies äußert sich in Form von verminderter Haftung der Spritzschicht zum Substrat, hohe Porosität, hoher Oxidanteil und viele nur teilweise aufgeschmolzene Partikel in der Spritzschicht.

Ausgehend von dem vorbezeichnetem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Drahtelektrode zum Beschichten von Werkstücken mittels Drahtlichtbogenspritzen bereit zu stellen, bei welchen die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik reduziert werden können.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen. Die Vorrichtung umfasst ein mindestens ein erstes Kontaktrohr oder eine Gegenelektrode mit einer Elekt rodenspitze, mindestens ein zweites Kontaktrohr und eine Zerstäubergasdüse. Die Kontaktrohre weisen jeweils einen Innenkanal für die Zuführung einer Drahtelek trode mit einem stromlinienförmigen Querschnitt bevorzugt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zu einem Drahtaustrittsende auf. An die über das mindestens eine erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontakt rohr zugeführten Drahtelektroden oder alternativ an die mindestens eine Gegen elektrode und an die über das mindestens eine zweite Kontaktrohr zugeführte Drahtelektrode ist eine Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens zum Aufschmelzen der mindestens einen Metallelektrode anlegbar, wobei aus der Zerstäubergasdüse ein Zerstäubergas zum Austragen aufgeschmolzener Metall tropfen entlang einer Strömungsachse ausstoßbar ist. Das mindestens erste Kon taktrohr und mindestens eine zweite Kontaktrohr sind mit in Ausstoßrichtung des Zerstäubergases aufeinander zulaufenden Innenkanälen und einander gegenüber liegenden Drahtaustrittsenden angeordnet oder die mindestens eine Gegenelektrode und das mindestens eine zweite Kontaktrohr sind mit in Ausstoß richtung des Zerstäubergases aufeinander zulaufenden Spitzen und Drahtaustritts enden angeordnet. Die Außenfläche der Kontaktrohre weist einen stromlinienför migen Querschnitt auf und/oder die Querschnittsflächen des Innenkanals der Kon taktrohre sind zumindest abschnittsweise an den stromlinienförmigen Querschnitt der zugeführten Drahtelektroden angepasst.

Durch die Vorsehung der Merkmale, wonach es vorgesehen ist, dass die Quer schnittsflächen des Innenkanals der Kontaktrohre zumindest abschnittsweise an den stromlinienförmigen Querschnitt der zugeführten Drahtelektrode angepasst sind, wird es ermöglicht, insbesondere die Winkellage der Querschnittsfläche der Drahtelektrode in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse/Elektrodenlängsachse gegenüber einer Strömungsmittelachse der Zerstäubergasströmung auszurichten. Die Außenfläche der Kontaktrohre kann zumindest abschnittsweise eine stromli nienförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die stromlinienförmigen Querschnitte der Außenfläche Kontaktrohre und/oder der stromlinienförmige Querschnitt der zugeführten Drahtelektroden können dabei derart in dem Strom des Zerstäuber gases positioniert werden, dass diese einen möglichst geringen Strömungswider stand im Hinblick auf das ausgestoßene Zerstäubergas aufweisen und damit dem zugeführten Zerstäubergas einen deutlich geringeren Strömungswiderstand bieten als dies bei runden Querschnittsflächen von aus dem Stand der Technik bekannten Metalldrähten/Drahtelektroden und Außenflächen der Kontaktrohre bekannt ist. Aufgrund des strömungsoptimierten Querschnittes wird der Fluidstrom des Zer stäubergases durch die Kontaktrohre und/oder die Drahtelektroden möglichst ge ring beeinflusst, derart, dass beispielsweise entstehende Wirbelbereich und/oder Wirbelstraßen vermieden werden können, wodurch die ausgetragenen aufge schmolzenen Metalltropfen ein verbessertes Austragungsbild entlang der Strö mungsachse aufweisen.

Die mindestens eine Gegenelektrode mit einer Elektrodenspitze ist kann als Alter native zu der Vorsehung mindestens einen ersten Kontaktrohres vorgesehen. Der Lichtbogen wird in dieser Ausführungsform zwischen der mindestens einen Gegen elektrode und der mindestens einen über das mindestens eine zweite Kontaktrohr zugeführten Drahtelektrode gezündet, wobei nur das Material der mindestens ei nen zweiten Drahtelektrode aufgeschmolzen wird.

Erfindungsgemäß werden die Drahtelektroden kontinuierlich über ein jeweilig der Drahtelektrode zugeordnetes Kontaktrohr in den Bereich eines Drahtaustrittendes des jeweiligen Kontaktrohres zugeführt. Das Drahtaustrittsende kann als Kontakt rohrspitze ausgebildet werden. Für die kontinuierliche Zufuhr der Drahtelektroden können erfindungsgemäß Vorschubeinrichtungen vorgesehen werden, welche mit tels Antriebselementen die Drahtelektroden fördern. Die Drahtelektroden liegen dabei üblicherweise als Endlosdrähte vor, welche insbesondere auf Spulen oder auch als Ringgelege in Fässern bereitgestellt werden. Erfindungsgemäß können beispielsweise Vortriebs- bzw. Fördergeschwindigkeiten im Bereich von 0,5 bis 30 Meter/Minute je nach Materialart und Drahtstärke der Drahtelektrode gewählt wer den. Der zwischen den über das mindestens eine erste Kontaktrohr und das min destens eine zweite Kontaktrohr zugeführten Drahtelektroden oder zwischen der mindestens einen Gegenelektrode und der mindestens einen über das mindestens eine zweite Kontaktrohr zugeführte Metallelektrode ausgebildete elektrische Licht bogen führt die zum Aufschmelzen der zugeführten mindestens einen Metallelekt rode notwendige Energie zu. Die mindestens eine Drahtelektrode ist dabei aus dem Material gebildet, welches zur Beschichtung genutzt werden soll. Der Lichtbogen dient als Energiequelle für das Aufschmelzen der mindestens einen Metalldraht elektrode. Die Drahtelektroden werden dabei lediglich im Bereich des aus dem Drahtaustrittsendes des jeweiligen Kontaktrohres zugeführten Endes des Draht elektrode aufgeschmolzen. Die aufgeschmolzenen Anteile der mindestens einen Drahtelektrode werden mittels eines Zerstäubergasstroms in Form von flüssigen vereinzelten Metalltropfen gebildet aus der Materialschmelze der jeweiligen Draht elektrode von dem Ende der Drahtelektrode abgelöst und gegen die zu beschich tende Oberfläche beschleunigt. Bei dem Auftreten der vereinzelten Metalltropfen auf die zu beschichtende Oberfläche verlieren die Metalltropfen schlagartig ihre Bewegungsenergie und geben ihre Wärmeenergie ab, und zwar derart, dass die Metalltropfen auf der Oberfläche abgeschieden werden und eine Schicht auf der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks aus dem Material der Drahtelektro den bilden.

Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine erste und zweite Kontaktrohr und insbesondere deren Innenkanäle spiegelsymmetrisch zu einer Ebene durch eine Strömungsmittelachse des Zerstäubergasstroms angeordnet sind.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden das mindestens eine erste Kontakt rohr und das mindesten eine zweite Kontaktrohr gegenüber dem Kontaktrohrkanal in Umfangsrichtung der Drahtelektrodenlängsachse drehbar auszugestalten, wobei die Winkellage besonders bevorzugt, festlegbar ist.

Das Austrittsende des mindestens einen ersten und/oder mindestens einen zwei ten Kontaktrohres kann bevorzugt als Kontaktrohrspitze ausgebildet werden. Be sonders bevorzugt kann die Kontraktrohrspitze als Körper mit einer strömungsop timierten bzw. stromlinienförmigen Außenform ausgebildet werden. Die Kontakt rohrspitze weist eine Längsachse sowie einen entlang der Längsachse verlaufenden Innenkanal zur Führung und für die Ausrichtung des zugeführten Metalldrahts/der zugeführten Drahtelektrode auf. Der zugeführte Metalldraht/Die zugeführte Draht elektrode kann in einer definierten Raumlage und insbesondere mit einer definier ten Ausrichtung in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse aus der Kontaktrohr spitze über das Drahtaustrittsende in den Zerstäubergasstrom zugeführt werden. Die Drahtlängsachse wird dabei in einen definierten Winkel relativ zu der Strö mungsmittelachse der Zerstäubergasachse mittels der Kontaktrohrspitze positio niert.

Es kann vorgesehen werden, dass das mindestens eine erste und/oder zweite Kon taktrohr zumindest zweiteilig aus der Kontaktrohrspitze und einem anschließenden Kontaktrohrkanal ausgebildet ist, wobei die Kontaktrohrspitze austauschbar aus geführt ist.

In einer alternativen Ausführungsform kann es ebenfalls vorgesehen werden, das gesamte mindestens eine erste und/oder zweite Kontaktrohr einteilig und damit insbesondere den Bereich der Kontaktrohrspitze und den anschließenden Kontakt rohrkanal einteilig zu fertigen. Insbesondere können additive Fertigungsmethoden zur Ausbildung des einteiligen Kontaktrohres genutzt werden.

Weiterhin kann die einteilige Ausführungsform der Kontaktrohrspitze und des Kon taktroh rka na Is derart ausgeführt werden, dass zur Vereinfachung der Fertigung des Kontaktrohres entlang der Längsachse dieses mehrteilig beispielsweise aus einer Unter- und einer Oberschale ausgebildet wird, wobei der Innenkanal zur Zu führung des Metalldrahtes anteilig aus der Ober- und Unterschale des Kontaktroh res gebildet wird.

Besonders bevorzugt kann es vorgesehen werden, dass die Kontaktrohrspitze ge genüber dem Kontaktrohrkanal in Umfangsrichtung der Drahtlängsachse drehbar ausgestaltet ist, wobei die Winkellage der Kontaktrohrspitze gegenüber dem Kon taktrohrkanal festlegbar ist. Durch die beschriebene Festlegbarkeit der Winkellage der Kontaktrohrspitze wird es ermöglicht, eine Feinjustierung der Winkellage in Drahtumfangsrichtung des zugeführten Metalldrahtes vorzunehmen, um somit die Umströmung des Metalldrahtes und der Kontaktrohrspitze gegenüber dem Zer stäubergas vornehmen zu können. In der vorbezeichneten Ausführungsform wird der Innenkanal zumindest im Bereich der Kontaktrohrspitze an das stromlinienför mige Profil des zugeführten Metalldrahtes angepasst.

Weiterhin kann es vorgesehen werden, dass die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Vorschubeinrichtung für die mindestens eine erste und/oder mindestens eine zweite Drahtelektrode umfasst, wobei die mindestens eine Vorschubeinrichtung an den Außenquerschnitt und die Außenform der zugeführten Drahtelektrode ange passt insbesondere stromlinienförmige Antriebselemente aufweist.

Zusätzlich kann es vorgesehen werden, dass mindestens eine erste und/oder zweite Kontaktrohr zumindest anteilig aus einem elektrisch leitfähigen Material ge bildet ist und das Innenrohr zumindest abschnittsweise an die zugeführten ersten oder zweite Drahtelektrode zur Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung anliegt.

Es kann weiterhin vorgesehen werden das mindestens eine erste und/oder zweite Kontaktrohr zumindest anteilig aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material aus zubilden, insbesondere können dabei die Kontaktrohrspitzen und/oder die Bereiche der Drahtaustrittenden aus einem wärmebeständigen Keramikmaterial ausgeführt werden.

Zur Sicherstellung einer ausreichenden Stromzuleitung bzw. Stromabgabe an die zugeführte Drahtelektrode können bevorzugt Stromübertragungselemente, wie insbesondere Stromführungsschienen, im Bereich des Innenkanals des mindestens einen ersten und/oder zweiten Kontaktrohrs vorgesehen werden. Die Stromüber tragungselemente können dabei gegenüber dem Innenkanal des ersten und/oder zweiten Kontaktrohrs federnd angeordnet werden, um beispielsweise ein Anliegen der Stromführungselemente an die zugeführte Drahtelektrode zu gewährleisten.

Es kann weiterhin vorgesehen werden, eine Drahtführungseinrichtung, insbeson dere in Form eines Drahtführungsschlauches, vorzusehen, wobei die Drahtfüh rungseinrichtung mindestens ein Drahtleitelement aufweist, welches einen an die Außenkontur der zugeführten Drahtelektrode angepassten Führungskanal zur Durchleitung und Ausrichtung der zuzuführenden Drahtelektrode umfasst.

Erfindungsgemäß kann eine Gegenelektrode für das erste und/oder mindestens eine zweite Kontaktrohr vorgesehen werden. Die Gegenelektrode kann als feststehende Elektrode ausgeführt werden, welche besonders bevorzugt nadelför mig ausgebildet ist. Die feststehende Gegenelektrode kann dabei derart ausgeführt werden, dass diese bei Anlegen einer Spannung und Ausbildung eines Lichtbogens nicht aufgeschmolzen wird, beispielsweise kann eine Wolframnadel als Gegen elektrode verwendet werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Drahtelekt rode zum thermischen Beschichten, umfassend eine Drahtlängsachse und eine zu der Drahtlängsachse orthogonal verlaufende Querschnittsfläche, wobei die Quer schnittsfläche durch eine Stromlinienform gebildet ist. Als Stromlinienform wird eine Form verstanden, welche einen minimalen Strömungswiderstand aufweist und wobei weiterhin das Auftreten hin Turbulenzen hinter der durch den Zerstäu bergasstrom umströmten Querschnitt vermieden werden können.

Die Querschnittsfläche kann bevorzugt eine erste Symmetrieachse umfassen, wo bei die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der ersten Symmetrieachse als Länge a bezeichnet wird und wobei die Querschnittsfläche bevorzugt eine zweite Symmetrieachse umfasst, welche zu der ersten Symmetrieachse orthogonal ver läuft und die Abmessung der Querschnittsfläche entlang der zweiten Symmetrie achse als Länge b bezeichnet wird.

Es kann vorgesehen werden, dass die Querschnittsfläche der Drahtelektrode die Form eines strömungsoptimierten Profils insbesondere eines relativ zu einer Längsachse des Querschnitts spiegelsymmetrischen Querschnittsprofils aufweist. Als strömungsoptimierte Profile können erfindungsgemäß beispielsweise NACA- Profile, Clark-Profile, ZAGI-Profile oder sonstige aus dem Bereich der Aerodynamik bzw. der Luftfahrt bekannte strömungsoptimierte Profile Verwendung finden.

Die Länge a kann im Bereich zwischen 1,0 mm und 8,0 mm, bevorzugt im Bereich von 2,4 mm bis 8,0 mm, liegen. Das Längenverhältnis a/b kann im Bereich von 0,3 bis 0,95, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,9, liegen.

Das thermische Beschichten mittels Drahtlichtbogenspritzen ist besonders geeig net zur Herstellung von Zink-Beschichtungen auf Oberflächen. Zink kann beson ders gut mittels Drahtbogenspritzen verarbeitet werden. In einer bevorzugten Aus führungsform umfasst die Drahtelektrode daher als wesentlichen Anteil Zink sowie dessen Legierungen. Bevorzugt besteht der erfindungsgemäße Metalldraht aus Zink und/oder dessen Legierungen.

Eine bevorzugte Zinklegierung umfasst Aluminium, Kupfer, Magnesium und/oder Titan, wobei mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen wird. Weiterhin kann die Le gierung gegebenenfalls Verunreinigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-%, vor zugsweise 0,07 Gew.-%, oder weniger aufweisen. Verunreinigungen sind dabei typische Verunreinigungen, die von den für die Legierung verwendeten Metallen stammen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Zinkdraht aus einer Zinklegie rung, welche einen Aluminiumgehalt von 0,01 bis 35 Gew.-% und/oder einen Kup fergehalt von 0,01 bis 15 Gew.-% und/oder einen Magnesiumgehalt von 0,01 bis 10 Gew.-% und/oder einen Titangehalt von 0,01 bis 5 Gew.-% und mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen aufweist, wobei die Legierung gegebenenfalls Verunrei nigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-% oder weniger aufweist.

Erfindungsgemäß kann die Drahtelektrode somit aus einer Legierung bestehen, welche nur Aluminium und Zink oder nur Kupfer und Zink oder nur Magnesium und Zink oder nur Titan und Zink enthält. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, dass die Legierung neben Zink zwei, drei oder alle vier ausgewählt aus der Gruppe aus Aluminium, Kupfer, Magnesium und Titan enthält. Eine erfindungsgemäße Zinklegierung weist einen Aluminiumgehalt von 0,01 bis 35 Gew.-% und einen Kupfergehalt von 0,01 bis 15 Gew.-% und einen Magnesi umgehalt von 0,01 bis 10 Gew.-% und einen Titangehalt von 0,01 bis 5 Gew.-% und mit Zink auf 100 Gew.-% ausgeglichen auf, wobei die Legierung gegebenen falls Verunreinigungen in einem Anteil von 0,1 Gew.-% oder weniger aufweist.

Die Zusammensetzung der Legierung als Ganzes entspricht 100 Gew.-%. Dies gilt für die zuvor sowie für die nachfolgend beschriebenen Legierungen.

Bevorzugt beträgt der Kupfergehalt von 0,01 bis 5 Gew.-%.

Der Magnesiumgehalt einer erfindungsgemäßen Legierung beträgt bevorzugt von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere von 0,01 bis 5 Gew.-%.

Der Titangehalt liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 2,5 Gew.-%, insbeson dere im Bereich von 0,01 bis 1 Gew.-%.

Anstelle einer Drahtelektrode aus Zink oder dessen Legierungen kann erfindungs gemäß ebenso bevorzugt eine Drahtelektrode aus Aluminium oder dessen Legie rungen eingesetzt werden. Die Drahtelektrode besteht insbesondere aus Alumi nium oder einer Aluminium-Legierung.

Bevorzugte Aluminium-Legierungen weisen neben Aluminium zumindest ein, zwei oder mehrere weitere Metalle ausgewählt aus der Gruppe, die aus Zink, Magne sium, Silizium, Titan und Indium besteht, auf. Der Anteil an Aluminium beträgt zumindest 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, welches 100 Gew.-% beträgt.

Eine bevorzugte Aluminium-Legierung weist Zink in einem Anteil von 0,01 bis 50 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt. Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Magnesium in einem Anteil von 0 bis 20 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Silizium in einem Anteil von 0 bis 20 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Titan in einem Anteil von 0 bis 5 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.

Eine weiter bevorzugte Aluminium-Legierung weist Indium in einem Anteil von 0 bis 5 Gew.-% auf, mit Aluminium auf 100 Gew.-% ergänzt.

Erfindungsgemäß kann die Aluminium-Legierung auch zwei oder mehr Metalle in den genannten Bereichen enthalten. Auch in diesem Fall beträgt der Anteil an Alu minium zumindest 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung.

Besteht die Drahtelektrode aus einem Metall an sich, vorzugsweise aus Zink oder Aluminium, so beträgt die Reinheit des Metalls vorzugsweise 99,9%, insbesondere 99,94%, bevorzugt 99,95%, insbesondere bevorzugt 99,99%.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum thermischen Beschichten von Oberflächen mittels Drahtlichtbogen, umfassend die Schritte:

Zuführen mindestens einer ersten Drahtelektrode mit einem stromlinienför migen Querschnitt, bevorzugt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung und gebildet aus dem Beschichtungsmaterial über ein erstes Kon taktrohr, bevorzugt mit den Merkmalen gemäß dem ersten Aspekt der vorlie genden Erfindung und optionales Zuführen mindestens einer zweiten Draht elektrode gebildet aus dem Beschichtungsmaterial über mindestens ein wei tes Kontaktrohr, Erzeugen eines Lichtbogens zwischen der mindestens einen ersten Drahtelek trode und mindestens einer Gegenelektrode oder mindestens einer zweiten Drahtelektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der min destens einen ersten Drahtelektrode und der mindestens einen Gegenelekt rode oder mindestens einen zweiten Drahtelektrode, und

Ausstößen eines Zerstäubergases zum Austragen von Metalltropfen der auf geschmolzenen einen mindestens einen ersten Drahtelektrode oder optional mindestens einen zweiten Drahtelektrode entlang einer Strömungsmittel achse auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Werkstücks.

Bevorzugt kann es vorgesehen werden, dass das eine erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und/oder die Drahtenden konzentrisch von dem Zerstäubergas umströmt werden.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen werden, dass das mindestens eine erste Kontaktrohr und das mindestens eine zweite Kontaktrohr und das erste Drahtende und die mindestens eine zweite Gegenelektrode oder nur das mindestens eine erste Drahtende und die mindestens eine zweite Gegenelektrode konzentrisch vom Zerstäubergas umströmt werden.

Weiterhin können die Kontaktrohrspitzen in einem Winkel zur Strömungsmittel achse angeordnet werden.

Es kann vorgesehen werden, dass der Winkel zwischen der Kontaktrohrspitze und der Strömungsmittelachse einen Winkel im Bereich von 5 bis 90° beträgt.

Im Nachfolgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren vorteil hafte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß kann eine Verwendung der Vorrichtung gemäß dem ersten As pekt der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschich ten, bevorzugt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen werden.

Erfindungsgemäß kann eine Verwendung eines Metalldrahtes als Drahtelektrode gemäß zweitem Aspekt der Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zum thermischen Beschichten, bevorzugt gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vor gesehen werden.

Es zeigen:

Fig. 1A die schematische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermi schen Beschichten mittels Drahtlichtbogen;

Fig. 1B die schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausfüh rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermi schen Beschichten mittels Drahtlichtbogen;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten beispielhaften Aus führungsform einer Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen;

Fig. 3A eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Metalldrahtes mit einem stromlinienförmigen Querschnitt;

Fig. 3B eine Detailansicht des Querschnittes des erfindungsgemäßen Metalldrahtes gemäß Figur 3A; Fign. 4A - 4E Detailanschichten verschiedener beispielhafter Querschnitte eines erfindungsgemäßen Metalldrahtes.

In der Fig. 1A ist die schematische Gesamtansicht einer ersten beispielhaften Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen dargestellt. Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung umfasst ein erstes Kontaktrohr 21, eine Gegenelektrode 20 mit einer Elektroden spitze 201 sowie eine Zerstäubergasdüse 25. Das erste Kontaktrohr 21 weist einen Innenkanal 200 zur Zuführung einer ersten Drahtelektrode 41 und eine Kontakt rohrspitze 230 mit einer Austrittsöffnung 220 für die erste Drahtelektrode 41 auf. An die über das eine erste Kontaktrohr 21 zugeführte erste Drahtelektrode 41 und die Gegenelektrode 20 wird eine elektrische Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens angelegt. Der elektrische Lichtbogen bewirkt das lokale Aufschmelzen der zugeführten ersten Drahtelektrode 41 im Bereich der Metall drahtspitze 43, welche aus der Austrittsöffnung 220 des ersten Kontaktrohrs 21 austritt. Die Gegenelektrode 20 ist in der dargestellten Ausführungsform beispiel haft als einteilige nadelförmige Elektrode ausgeführt welche mittels eines zweiten Kontaktrohrs 22 positioniert und geführt ist. Während der Nutzung der erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird kontinuierlich über das erste Kontaktrohr 21 die erste Drahtelektrode 41 zuge führt. Der elektrische Lichtbogen zwischen dem Drahtende 43 der ersten Draht elektrode 41 und der Gegenelektrode 21 wird während der Durchführung des Be schichtungsverfahren kontinuierlich aufrechterhalten. Zur Kompensation des auf geschmolzenen und über das Zerstäubergas ausgetragenen Materials der ersten Drahtelektrode 41 wird diese kontinuierlich über das erste Kontaktrohr 21 zuge führt. Für die Zuführung der ersten Drahtelektrode 21 kann mindestens eine Vor schubeinrichtung vorgesehen werden, welche wiederum Antriebselemente zur För derung der ersten Drahtelektrode 41 umfasst. Die Fördergeschwindigkeit der ers ten Drahtelektrode 41 kann variiert und insbesondere an die ausgewählte Draht stärke bzw. die Größe der Querschnittsfläche der ersten Drahtelektrode 41 ange passt werden. In entsprechender Weise können erfindungsgemäß auch weitere Metallelektroden über das mindestens eine zweite Kontaktrohr 22 kontinuierlich zugeführt. Erfindungsgemäß können für Metalldrähte aus Zn Spannungen im Be reich von 15 bis 21 Volt, für Metalldrähte gebildet aus ZnAI Spannungen von 18 bis 19 Volt genutzt werden, wobei die Stromstärke im Bereich von 80A bis 1500 A in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit und/oder des Drahtquerschnitts ge wählt werden. Allgemein können für Metalldrähte zur Ausbildung des Lichtbogens Spannungen im Bereich von etwa 18 bis 40V erfindungsgemäß Verwendung fin den. Wie in der Fig. 1 dargestellt kann erfindungsgemäß jedoch auch ein Lichtbo gen zwischen der kontinuierlich zugeführten bzw. nachgeführten ersten Drahtelek trode 41 und einer nicht aufschmelzenden Gegenelektrode 21 ausgebildet werden. Die Gegenelektrode 21 kann dabei ebenfalls über ein zweite Kontaktrohr 22 in der Raumlage festgelegt werden. Die Gegenelektrode 21 steht dabei fest wird nicht aufgeschmolzen und muss daher auch nicht nachgeführt werden.

Aus der Zerstäubergasdüse 25 wird ein Zerstäubergas 30 zum Austragen ge schmolzener Metalltropfen der ersten Drahtelektrode 41 entlang der Zerstäuber gasströmung 310 ausgestoßen.

Das erste Kontaktrohr 21 und die eine Gegenelektrode 20 sind mit in Ausstoßrich tung 310 des Zerstäubergases 30 aufeinander zulaufender Spitze 201 bzw. Drah tende 43 angeordnet. Die Außenfläche 230 des ersten Kontaktrohres 21 weist in der dargestellten Ausführungsform einen stromlinienförmigen Querschnitt auf. Die mittels der Zerstäubergasströmung 310 des Zerstäubergases 30 ausgestoßenen flüssigen Metalltropfen der aufgeschmolzenen ersten Drahtelektrode 41 werden mit dem Zerstäubergasstrom 310 gegen eine zu beschichtende Oberfläche 100 eines zu beschichtenden Werkstoffes 10 ausgestossen.

In der Fig. 1B ist die schematische Gesamtansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum thermischen Be schichten mittels Drahtlichtbogen dargestellt. Die erfindungsgemäße Werkzeug vorrichtung umfasst ein erstes Kontaktrohr 21, eine Gegenelektrode 20 mit einer Elektrodenspitze 201 sowie eine Zerstäubergasdüse 25. Das erste Kontaktrohr 21 weist einen Innenkanal 200 zur Zuführung eines ersten Metalldrahtes 41 mit einem stromlinienförmigen Querschnitt 44 und eine Kontaktrohrspitze 210 mit einer Aus trittsöffnung 220 für den ersten Metalldraht 41 auf. An den über das eine erste Kontaktrohr 21 zugeführten ersten Metalldraht 41 und die Gegenelektrode 20 wird eine elektrische Spannung zur Ausbildung eines elektrischen Lichtbogens angelegt. Der elektrische Lichtbogen bewirkt das Aufschmelzen des zugeführten ersten Me talldrahtes 41 im Bereich der Metalldrahtspitze 43, welche aus der Austrittsöffnung 220 des ersten Kontaktrohrs 21 austritt. Die Gegenelektrode 20 ist in der darge stellten Ausführungsform beispielhaft als einteilige Wolframnadel ausgeführt. Während der Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird kontinuierlich über das erste Kontaktrohr 21 der erste Metalldraht 41 zugeführt. Der elektrische Lichtbogen zwischen der Spitze des ersten Metalldrahtes 41 und der Gegenelektrode 21 wird während der Durch führung des Beschichtungsverfahren kontinuierlich aufrechterhalten. Zur Kompen sation des aufgeschmolzenen und über das Zerstäubergas ausgetragenen Materi als des ersten Metalldrahtes 41 wird dieser kontinuierlich über das erste Kontakt rohr 21 zugeführt.

Die Fig. 2 zeigt eine zweite beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung zum thermischen Beschichten mittels Drahtlichtbogen. In der dar gestellten beispielhaften Ausführungsform der Fig. 2 wurde die Gegenelektrode 20 in dem zweiten Kontaktrohr 22 durch eine zweite Drahtelektrode 42 ersetzt, wobei das zweite Kontaktrohr 22 einen Innenkanal 200 zur Zuführung der zweiten Draht elektrode 42 umfasst. Das erste und zweite Kontaktrohr 21, 22 sind mit in Aus stoßrichtung 310 des Zerstäubergases 30 aufeinander zulaufenden Drahtenden 43 bzw. Innenkanälen 200 angeordnet.

In der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die elektrische Spannung an das erste Kontaktrohr 21 sowie das zweite Kontaktrohr 22 angelegt, derart, dass der elektrische Strom auf die zugeführten ersten Drahtelektrode 41 und die zweiten Drahtelektrode 42 übertragen wird, so dass sich in der Folge zwischen den beiden Drahtenden 43 der ersten und zweiten Drahtelektrode 41, 42 der elektri sche Lichtbogen ausbildet und im Bereich der beiden Drahtenden 43 die erste und zweite Drahtelektrode 41, 42 lokal aufgeschmolzen wird.

Die aufgeschmolzenen Metalltropfen der ersten und zweiten Drahtelektrode 41 und 42 werden durch das Ausstößen eines Zerstäubergases 30 über die Zerstäuber gasdüse 25 über den resultierenden Zerstäubergasstrom 310 gegen eine zu be schichtende Oberfläche 100 eines zu beschichtenden Werkstoffs 10 ausgestossen.

Die Fig. 3A zeigt eine schematische Ansicht eines Abschnittes einer erfindungsge mäßen Drahtelektrode 40 mit einem stromlinienförmigen Querschnitt 44, wobei die Drahtelektrode 40 entlang einer Drahtlängsachse 45 verläuft. Wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, kann die Drahtelektrode 40 Windungen und Biegungen entlang der Drahtlängsachse 45 aufweisen, insofern muss die Längsachse 45 nicht unbe dingt entlang einer Geraden verlaufen. In der Fig. 3A ist ebenfalls die Umfangs richtung 47 der Drahtlängsachse 45 dargestellt. Die Drahtelektrode 40 mit strom linienförmigem Querschnitt 44 kann je nach Verwendung die erste Drahtelektrode 41 oder zweite Drahtelektrode 42 bilden.

Die Fig. 3B zeigt die vergrößerte Detailansicht eines möglichen Beispiels einer er findungsgemäßen stromlinienförmigen Querschnittsfläche 44 der Drahtelektrode 40 sowie den Verlauf der Drahtlängsachse 45. In der Fig. 3B ist ebenfalls die Um strömung der Querschnittsfläche 44 der Drahtelektrode 40 bei seitlicher Anströ mung dargestellt, wobei aufgrund der Vorsehung des stromlinienförmigen Quer schnitts 44 eine laminare und anliegende Strömung ohne Wirbel realisiert werden kann.

Die Figuren 4A bis 4E zeigen weitere beispielhafte Ausführungsformen eines strom linienförmigen Querschnittes 44 erfindungsgemäßer Drahtelektroden 40.