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Title:
PLASMA SPRAY DEVICE, AND COATING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/083672
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a plasma spray device (1) for coating a curved surface (21), in particular a convex inner surface (21) of a bore or pipe wall. A first plasma burner (4) for generating a coating beam (5) from a first coating material (6) by means of an arc is provided at a burner shaft (3) of the plasma spray device (1) such that the first plasma burner (4) for coating the curved surface (21) can be rotated about a shaft axis (A) of the burner shaft (3). According to the invention, a treatment device (7, 71) that is rotatably arranged about the shaft axis (A) is additionally provided at the burner shaft (3) for carrying out a surface treatment. The invention further relates to a coating method for coating a curved surface.

Inventors:
ERNST PETER (CH)
WIPF JUERG (CH)
LOEHKEN THOMAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/074595
Publication Date:
June 13, 2013
Filing Date:
December 06, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SULZER METCO AG (CH)
International Classes:
C23C4/12; B05B7/22; B05B13/06; C23C4/02; C23C4/16; C23C4/18; C23C26/00; H05H1/44
Domestic Patent References:
WO2008037514A12008-04-03
Foreign References:
DE19934991A12000-06-21
EP0839924A11998-05-06
EP0601968A11994-06-15
Other References:
ZIERIS R ET AL: "Investigation of AISi coatings prepared by laser-assisted atmospheric plasma spraying of internal surfaces of tubes", PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL THERMAL SPRAY CONFERENCE (ITSC), OSAKA [JP] MAY 10 - 12, 2004, 10 May 2004 (2004-05-10), DVS-Verlag, Düsseldorf [DE], pages 651 - 656, XP009156349, ISBN: 3-87155-792-7
SERRES N ET AL: "Microstructures of Metallic NiCrBSi Coatings Manufactured via Hybrid Plasma Spray and In Situ Laser Remelting Process", JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY, vol. 20, no. 1-2, 12 November 2010 (2010-11-12), ASM International [US], pages 336 - 343, XP055018677, ISSN: 1059-9630, DOI: 10.1007/s11666-010-9565-1
Attorney, Agent or Firm:
HEIDINGER, Andreas et al. (CH)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Plasmaspritzgerät zur Besch ichtung einer gekrümmten Oberfläche (21 ), insbesondere konvexe innere Oberfläche (21 ) einer Bohrungs- oder Rohrwand, wobei an einem Brennerschaft (3) des Plasmaspritzgeräts ein erster Plasmabrenner (4) zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls (5) aus einem ersten Beschichtungsmaterial (6) mittels eines Lichtbogens derart vorgesehen ist, dass der erste Plasmabrenner (4) zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche (21 ) um eine Schaftachse (A) des

Brennerschafts (3) rotierbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft (3) zusätzlich eine um die Schaftachse (A) rotierbar angeordnete

Behandlungseinrichtung (7, 71 ) vorgesehen ist.

2. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1 , wobei die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) ein zweiter Plasmabrenner (71 ) zur Bereitstellung eines

Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Plasmastrahls (81 ) ist.

3. Plasmaspritzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die

Behandlungseinrichtung (7, 71 ) den Behandlungsstrahl (8, 81 ) in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitstellt.

4. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Behandlungsstrahl (8, 81 ) derart angeordnet und mittels einer

Ansteuereinrichtung ansteuerbar ist, dass zur Verbesserung einer Haftung einer Beschichtung (22) auf der Oberfläche (21 ), die Oberfläche (21 ) mit dem Behandlungsstrahl (8, 81 ) aktivierbar ist.

5. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem Behandlungsstahl (8, 81 ) ein zweites Beschichtungsmaterial zuführbar ist, so dass mit dem Behandlungsstrahl (8, 81 ) eine Beschichtung

durchführbar ist.

6. Plasmaspritzgerat nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Bezug auf die Schaftachse (A) zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und / oder die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) schwenkbar am Brennerschaft (3) angeordnet sind.

8. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Bezug auf eine Umfangsrichtung (U) um die Schaftachse (A) unter einem vorgebbaren Winkel (a), bevorzugt unter einem Winkel (a) von ca. 90°, besonders bevorzugt unter einem Winkel (a) von ca. 180° zueinander angeordnet sind.

9. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Plasmabrenner (4) und die Behandlungseinrichtung (7, 71 ) mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten um die Umfangsrichtung (U) rotierbar sind.

10. Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem ersten Plasmabrenner (4) und / oder der Behandlungseinrichtung (7, 71 ) insbesondere dem zweiten Plasmabrenner (71 ), das

Beschichtungsmaterial (6) in Form eines Spritzpulvers zuführbar ist.

1 1 . Plasmaspritzgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dem ersten Plasmabrenner (4) und / oder der Behandlungseinrichtung (7, 71 ) insbesondere dem zweiten Plasmabrenner (71 ), das

Beschichtungsmaterial (6) in Form eines Spritzdrahtes zuführbar ist. 12. Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche (21 ), insbesondere konvexe innere Oberfläche (21 ) einer Bohrungs- oder Rohrwand, mittels eines Plasmaspritzgeräts (1 ), wobei an einem

Brennerschaft (3) des Plasmaspritzgeräts (1 ) ein erster Plasmabrenner (4) zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls (5) aus einem ersten Beschichtungsmatenal (6) mittels eines Lichtbogens vorgesehen wird, und der erste Plasmabrenner (4) zur Beschichtung der gekrümmten

Oberfläche (2) um eine Schaftachse (A) des Brennerschafts (3) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung einer

Oberflächenbehandlung am Brennerschaft (3) zusätzlich eine

Behandlungseinrichtung (7, 71 ) vorgesehen wird, die zur Behandlung der Oberfläche um die Schaftachse (A) rotiert wird.

13. Beschichtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die

Behandlungseinrichtung (7, 71 ) in Form eines zweiten Plasmabrenners (71 ) zur Bereitstellung eines Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Plasmastrahls (81 ) vorgesehen wird und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche (2) verwendet wird.

14. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei der Behandlungsstrahls (8, 81 ) in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitgestellt wird und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche (2) verwendet wird.

15. Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei dem Behandlungsstahl (8, 81 ) ein zweites Beschichtungsmatenal zugeführt wird, und mit dem zweiten Behandlungsstrahl (8, 81 ) eine Beschichtung durchgeführt wird.

Description:
Plasmaspritzgerat, sowie Beschichtungsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät zur Besch ichtung einer

gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand, sowie ein Beschichtungsverfahren zur

Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.

Plasmaspritzgeräte werden im allgemeinen zum Beschichten von thermisch oder mechanisch hoch beanspruchten Teilen eingesetzt, indem ein

entsprechendes Material, beispielsweise eine Keramik oder eine geeignete Metallegierung, durch den im Plasmabrenner erzeugten Lichtbogen geschmolzen und mittels Unterstützung einer Gasströmung auf die zu beschichtende Flache aufgetragen wird. Solange die zu beschichtende Fläche leicht von aussen her zugänglich ist, kann diese mit einem herkömmlichen Plasmaspritzgerät beschichtet werden. Sollen jedoch z.B. Innenwandungen von Bohrungen oder Rohren beschichtet werden, so stellen sich gewisse Probleme. Wird eine solche Wandung durch ein Plasmaspritzgerät mit einem in Bezug auf seine Längsachse axial austretendem Plasmastrahl beschichtet, so ist dies höchst ineffizient, da nur ein verschwindend geringer Teil des geschmolzenen Beschichtungsmaterials auch effektiv auf die Wandung aufgetragen wird.

Diese Problematik tritt z.B. auch beim thermischen Beschichten von

Zylinderlaufflächen von Verbrennungsmotoren auf, wobei entsprechende Beschichtungen durch verschiedene thermische Spritzverfahren im Stand der Technik aufgebracht werden. Dies ist heutzutage insbesondere, aber nicht nur, bei Motoren für Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Boote und Schiffe aller Art in weit verbreiteter Anwendung.

Dabei ist es heute üblich, Plasmaspritzvorrichtungen mit einem rotierenden Plasmabrenner zur Beschichtung der konvexen Innenflächen der Zylinder zu verwenden. Bei diesen speziellen Plasmaspritzvorrichtungen tritt ein

Beschichtungsstrahl entweder senkrecht zur Rotationsachse des

Plasmabrenners oder unter einem bestimmten Neigungswinkel zur

Rotationsachse aus dem Plasmabrenner aus und wird zum Beispiel unter zu Hilfenahme eines Druck beaufschlagten Gasstroms, der häufig von einem Edelgas, oder einem Inertgas wie Stickstoff, oder auch einfach durch Luft gebildet sein kann, zur Bildung der gewünschten Oberflächenschicht auf die zylindrische konvexe Oberfläche geschleudert. Dabei gibt es Brenner, die alsa Ausgangmaterial für die Beschichtung ein thermisches Spritzpulver benützen. Ein solche rotierende Plasmaspritzvorrichtung ist z.B. bereits in der

EP0601968 A1 offenbart. Hochmoderne Geräte wie z.B. die Brenner SM- F210 der Firma Sulzer Metco sind seit langem sehr erfolgreich in Gebrauch und fest im Markt etabliert. Aber auch Lösungen, die Spritzdrähte in rotierenden Brenner verwenden sind bekannt, wie beispielweise in der WO 2008/037514 gezeigt.

Dabei werden gewöhnlich die entsprechenden Zylinderlaufflächen durch verschiedene Verfahren vor dem thermischen Beschichten aktiviert, z.B. durch Korundstrahlen, Hartgussstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen, diverse Laserverfahren oder durch andere an sich bekannte Aktivierungsverfahren. Am häufigsten werden dabei Substrate aus leichtmetallischen Legierungen auf AI oder Mg Basis vorbehandelt und anschliessend beschichtet. Die Aktivierung der Oberflächen garantiert dabei insbesondere eine bessere Haftung der thermisch aufgespritzen Beschichtungen. Dabei gibt es durchaus auch spezielle Anwendungsbeispiele, wo

Mehrschichtsysteme vorteilhaft erscheinen, die nacheinander aus

verschiedenen Beschichtungsmaterialien aufgespritzt werden, oder die zwar aus dem gleichen Material bestehen aber unter Verwendung von

unterschiedlichen Spritzparametern aufgebracht werden, so dass die aufgebrachte Schichte ganz spezielle chemische, physikalische, topologische oder andere Eigenschaften erhalten, die sich zum Beispiel über die

Schichtdicke ändern können. So kann z.B. direkt auf die Oberfläche eine erste Beschichtung aufgebracht werden, die eine gute Haftung an der Zylinderwand garantiert. Auf diese erste Haftschicht kann dann z.B. eine zweite Schicht aufgebracht werden, die schliesslich die Zylinderlauffläche in einem Motor bildet und gute Schmier-, Reib-, und Laufeigenschaften hat, so dass ein Kolben optimal auf einer solchen beschichteten Oberfläche läuft.

Nachteilig ist dabei, dass sowohl die Aktivierung der Oberflächen vor dem Beschichten als auch beispielweise die Bildung eines Mehrschichtsystems verschiedene Arbeitschritte braucht, was sehr zeitaufwändig ist, einen

Wechsel des Equipments erfordert und damit teuer ist.

So kann es z.B. zur Bildung einer zwei- oder mehrlagigen Beschichtung auf einer Zylinderoberfläche notwendig sein, dass die Oberfläche zunächst mittels eines Sandstrahlverfahren aktiviert wird, die entsprechende

Sandstrahlvorrichtung muss nach dem Sandstrahlen entfernt werde, die zu beschichtende Oberfläche muss gereinigt, eventuell getrocknet werden, die Umgebung des Motorblocks von den Resten des Sandstrahlens entweder gereinigt werden oder der Motorblock zum anschliessenden Beschichten in eine andere Umgebung gebracht werden, beispielweise in eine Beschichtungsbude in der sich der rotierbare Plasmabrenner befindet.

Sodann wird eine erste Haftschicht aus einem ersten Material auf die aktivierte Zylinderoberfläche durch den rotierenden Brenner aufgebracht. Anschliessend wird zum Aufbringen der Oberflächenschicht, die später die Zylinderlauffläche bilden soll, entweder der Plasmabrenner gewechselt oder ein Vorrat mit einem anderen Beschichtungsmaterial an den Plasmabrenner angeschlossen, und die Oberflächenschicht thermisch aufgespritzt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Plasmaspritzgerät sowie ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere einer konvexen inneren Oberfläche einer Bohrungs- oder

Rohrwand zur Verfügung zu stellen, welches den Aufwand für die Aktivierung und / oder das Aufbringen mehrlagiger Schichten deutlich reduziert und gleichzeitig einfacher und kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu handhaben ist und womit ein deutlich höherer Automatisierungsgrad erreichbar ist.

Die diese Aufgaben lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gekennzeichnet.

Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders

vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung betrifft somit ein Plasmaspritzgerät zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand. An einem Brennerschaft des Plasmaspritzgeräts ist ein erster Plasmabrenner zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls aus einem ersten Beschichtungsmaterial mittels eines Lichtbogens derart vorgesehen, dass der erste Plasmabrenner zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche um eine Schaftachse des Brennerschafts rotierbar ist.

Erfindungsgemäss ist zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft zusätzlich eine um die Schaftachse rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung vorgesehen

Wesentlich für die Erfindung ist somit, dass zur Durchführung einer

Oberflächenbehandlung, die zusätzlich zu mindestens einem

Beschichtungsvorgang durchgeführt wird, am Brennerschaft noch eine um die Schaftachse rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung vorgesehen ist, so dass mit ein und demselben Plasmaspritzgerät gleichzeitig oder

nacheinander neben einem Beschichtungsvorgang mindestens noch ein weiterer Behandlungsvorgang durchführbar ist. Die mindestens eine zusätzliche rotierbare Behandlungseinrichtung am Brennerschaft kann dabei bevorzugt eine zusätzliche Plasmabeschichtungseinnchtung sein, so dass mit ein und demselben Plasmaspritzgerät in einem oder aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritte z.B. ein mehrlagiges Schichtsystem aufgespritzt werden kann. Besonders bevorzugt ist die zusätzliche Behandlungseinrichtung eine Einrichtung zur Aktivierung der zu beschichtenden Oberfläche. Zu diesem Zweck kann die Behandlungseinrichtung z.B. einen Energiestrahl, im

Spezielen einen Laserstrahl, oder ganz besonders bevorzugt einen zweiten Plasmastrahl zur Verfügung stellen, womit die Oberfläche vorgängig zum Beschichtungsvorgang aktiviert werden kann, so dass insbesondere eine verbesserte Haftung der aufgespritzten Oberflächenschicht erreichbar ist.

Es versteht sich von selbst, dass natürlich im Prinzip mehr ais eine

zusätzliche Behandlungseinrichtung an ein und demselben Brennerschaft vorgesehen sein kann. So ist es zum Beispiel möglich, dass mindestens zwei verschiedne Plasmabrenner vorgesehen sind, mit denen mindestens zwei gleiche oder verschiedene Beschichtungen aufgebracht werden können, wobei zusätzlich noch eine weitere Behandlungseinrichtung, z.B. eine einen Energiestrahl, bevorzugt Laserstrahl, oder eine einen Plasmastrahl bereitstellende Behandlungseinrichtung vorgesehen sein kann, mit welcher vorgängig zum Beschichtungsvorgang die Oberfläche aktiviert werden kann. Die konkrete Ausführung eines erfindungsgemässen Plasmasphtzgeräts hängt dabei natürlich von der speziellen Anwendung ab. So kann es in ganz speziellen Fällen möglich sein, dass eine Aktivierung der Oberfläche gar nicht notwendig ist, aber ein zwei oder mehrlagiges Schichtsystem aufgespritzt werden soll. In einem solchen Fall verfügt das erfindungsgemässe

Plasmaspritzgerät über zwei Plasmabrenner, wobei beide zum Aufbringen einer thermischen Spritzschicht entweder als Pulverspritzgerät oder als Drahtspritzgerät in an sich bekannter Weise ausgeführt sind.

Oder aber es soll zwar nur ein Einschichtsystem aufgebracht werden; jedoch muss die Oberfläche aus bestimmten Gründen, die z.B. aus den beteiligten Materialien, den gewünschten Schichteigenschaften, den

Bearbeitungsbedingungen usw. resultieren können, die Oberfläche in zwei Schritten mit zwei verschidenen Plasmastrahlen oder in einem Schritt mit einem Laser und in einem anderen Schritt mit einem Plasmastrahl aktiviert werde. In dem Fall verfügt ein Plasmaspritzgerät der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum ersten Plasmabrenner über zwei zusätzliche

Behandlungseinrichtungen zur Durchführung des komplexen

Aktivierungsprozesses.

Auch wenn in der Praxis sehr komplexe Plasmaspritzgeräte mit mehreren zusätzlichen rotierbaren Behandlungseinrichtungen sicher nicht die Regel sein werden, sind diese für spezielle Anwendungen durchaus möglich. Die genaue Ausführung solcher komplexen Plasmaspritzgeräte hängt dabei im Speziellen nicht nur von den gewünschten Behandlungsschritten ab, sondern auch von den Möglichkeiten, insbesondere den räumlichen Randbedingungen, die gewisse Grenzen setzen, aber auch Möglichkeiten bieten können. So wird es sicher schwieriger sein, zur Beschichtung von axial sehr kurzen Bohrungen, und / oder von Bohrungen mit relativ kleinem Durchmesser sehr komplex aufgebaute Plasmaspritzgeräte mit gleich mehreren zusätzlichen rotierbaren Behandlungseinrichtungen zu verwenden, da solche Plasmaspritzgeräte, allein schon wegen den notwendigen Zuführungen für das Spritzmaterial, elektrische Energie, Kühlung usw. viel Platz brauchen. Ganz abgesehen von dem Platz, den die Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtungen an sich beanspruchen. Betrachtet man aber Anwendungen, wie z.B. die Innenbeschichtung von Zylinderlinern von Grossdieselmotoren, z.B. Zweitakt-Grossdieselmotoren wie sie in Schiffen oder zum Antrieb von Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, tritt das Raumproblem deutlich in den

Hintergrund. Solche Zylinderliner haben nämlich oft eine enorme Grösse. Beispielsweise sind Zylinderliner mit einer Höhe von 2.5m und mehr mit einem Durchmesser von 1 m durchaus üblich. Wenn solche enormen Zylinderliner beschichtet werden sollen, kann ein entsprechendes erfindungsgemasses Plasmaspritzgerät mit nahezu beliebig vielen Plasmabrennern und / oder zusätzlichen Behandlungseinrichtungen ausgerüstet werden, weil in solchen grossen Zylinderlinern ausreichend Platz vorhanden ist.

Ausserdem ist zu beachten, dass sich die Erfindung keineswegs auf die Beschichtung von Innenwänden von Zylinder von Verbrennungsmotoren aller Art bezieht. Ein erfindungsgemässes Plasmaspritzgerät kann natürlich auch zur Beschichtung anderer, auch sehr grosser Objekte verwendet werden, bei welchen ein rotierendes Plamaspritzgerät vorteilhaft angewendet werden kann. So ist z.B. die Innenbeschichtung von Kesseln, z.B. von

Verbrennungskesseln, Heizkesseln, Behältern für Wasser, Öl, Gas oder auch Kesseln oder Behälter für andere Stoffe, auch für feste Stoffe möglich, die eine ausreichende Grösse haben können, so dass auch ein sehr komplex aufgebautes erfindungsgemässes Plasmaspritzgerät verwendet werden kann. Als konkretes Anwendungsbeispiel sei hier stellvertretend für viel mögliche Anwendungen die Innenbeschichtung von Pipeline Rohren zum Transport von Öl, Gas oder anderen Fluiden genannt, die häufig chemisch oder mechanisch aggressiv sind, so dass die Innenwände durch thermische Spritzschichten geschützt werden müssen.

Damit stellt die vorliegende Erfindung erstmals ein Plasmaspritzgerät sowie ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere einer konvexen inneren Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand zur Verfügung, mit dem der Aufwand für die Aktivierung bzw. für das Aufbringen mehrlagiger Schichten deutlich reduziert und gleichzeitig einfacher und kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zu handhaben ist und womit auch ein deutlich höherer Automatisierungsgrad erreichbar ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Behandlungseinrichtung beispielweise ein zweiter, an sich bekannter Plasmabrenner zur Bereitstellung eines

Behandlungsstrahls in Form eines Plasmastrahls sein, wobei in einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Behandlungseinrichtung den Behandlungsstrahl auch beispielweise in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitstellen kann. In dem Fall ist es möglich, dass die Energieerzeugungsquelle, also beispielweise eine

Lasereinrichtung, am Brennerschaft selbst vorgesehen wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist es aber auch durchaus möglich, dass die

Energieerzeugungsquelle, also z.B. ein Laser, ausserhalb vom Brennerschaft entfernt von diesem vorgesehen wird und der Energiestrahl über eine geeignete Leitung, im Fall eines Lasers z.B. über einen Laserlichtleiter dem Brennerschaft zur Nutzung als Aktivierungsquelle zugeführt wird.

Der Behandlungsstrahl wird dabei bevorzugt derart angeordnet und ist im Speziellen mittels einer Ansteuereinrichtung ansteuerbar, dass zur

Verbesserung einer Haftung einer Beschichtung auf der Oberfläche, die Oberfläche mit dem Behandlungsstrahl aktivierbar ist.

Dabei kann, wie ebenfalls weiter oben bereits ausführlich ausgeführt wurde, dem Behandlungsstahl, der bevorzugt ein Plasmastrahl ist, ein zweites Besch ichtungsmaterial zuführbar sein, so dass auch mit dem Behandlungsstrahl eine thermische Beschichtung durchführbar ist.

Dabei kann der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung je nach Anwendung in Bezug auf die Schaftachse zueinander versetzt angeordnet oder auch in Bezug auf die Schaftachse auch auf gleicher axialer Höhe angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist der erste Plasmabrenner und / oder die Behandlungseinrichtung schwenkbar am Brennerschaft angeordnet, so dass ein Winkel unter dem der Beschichtungsstrahl des ersten

Plasmabrenners und / oder der Behandlungsstrahl der

Behandlungseinrichtung individuell, je nach Anwendung einstellbar ist.

In Bezug auf eine Umfangsrichtung um die Schaftachse sind dabei der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung unter einem vorgebbaren Winkel, bevorzugt unter einem Winkel zwischen 0° und +/-180 0 , im Speziellen unter einem Winkel von ca. +/-45° oder +/-90", besonders bevorzugt unter einem Winkel von ca. 80° zueinander angeordnet.

Im Speziellen sind der erste Plasmabrenner und die Behandlungseinrichtung mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten um die Umfangsrichtung rotierbar, indem z.B. zwei verschiedene Rotationsantriebe vorgesehen sind oder beispielweise indem die Rotationsantriebe des Plasmabrenners und der Behandlungseinrichtung über ein geeignetes Getriebe miteinander gekoppelt sind, so dass der Plasmabrenner un die Behandlungseinrichtung it

verschiednen Rotationsbeschwindigkeiten in Umfangsrichtung des

Brennerschafts rotierbar sind.

Dabei kommen als Spritzmaterialien zur Bildung der Beschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche im Prinzip alle an sich bekannten thermischen Spritzmaterialien, insbesondere Spritzpulver oder Spritzdrähte in Frage. D.h., dem ersten Plasmabrenner und / oder der Behandlungseinrichtung

insbesondere dem zweiten Plasmabrenner, kann das Beschichtungsmaterial in Form eines Spritzpulvers, in Form eines Spritzdrahtes oder in jeder anderen geeigneten Form zuführbar sein. Die Erfindung betrifft weiter ein Beschichtungsverfahren zur Besch ichtung einer gekrümmten Oberfläche, insbesondere konvexe innere Oberfläche einer Bohrungs- oder Rohrwand, mittels eines Plasmaspritzgeräts. Dabei wird an einem Brennerschaft des Plasmaspritzgeräts ein erster Plasmabrenner zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls aus einem ersten

Beschichtungsmatenal mittels eines Lichtbogens vorgesehen, und der erste Plasmabrenner wird zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche um eine Schaftachse des Brennerschafts rotiert. Erfindungsgemäss wird zur

Durchführung einer Oberflächenbehandlung am Brennerschaft zusätzlich eine Behandlungseinrichtung vorgesehen, die zur Behandlung der Oberfläche um die Schaftachse rotiert wird.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Behandlungseinrichtung in Form eines zweiten Plasmabrenners zur Bereitstellung eines

Behandlungsstrahls in Form eines Plasmastrahls vorgesehen und wird bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der

Behandlungsstrahls in Form eines Energiestrahls, insbesondere in Form eines Laserstrahls bereitgestellt und bevorzugt zur Aktivierung der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts verwendet. Im Speziellen kann dem Behandlungsstahl ein zweites Beschichtungsmatenal zugeführt werden, und mit dem zweiten Behandlungsstrahl ebenfalls eine Beschichtung durchgeführt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen

Plasmaspritzgeräts beim Beschichten einer Zylinderlauffläche; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 , wobei Plasmabrenner und Behandlungseinrichtung zueinander axial versetzt sind;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei

Beschichtungseinrichtungen und unterschiedlicher Rotation. Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Plasmaspritzgeräts beim Beschichten einer Zylinderlauffläche eines Zylinders einer

Hubkol benbrennkraftmaschine.

Mit dem erfindungsgemässen Plasmaspritzgerät, das im Folgenden

gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, wird in Fig. 1 gerade eine Beschichtung 22 auf einer gekrümmten Oberfläche 21 , die hier die konvexe innere Oberfläche 21 einer Zylinderbohrung 2 ist, aufgebracht. In an sich bekannter Weise ist an einem Brennerschaft 3 des Plasmaspritzgeräts 1 ein erster Plasmabrenner 4 zur Erzeugung eines Beschichtungsstrahls 5 aus einem ersten Beschichtungsmaterial 6 mittels eines Lichtbogens vorgesehen, der erste Plasmabrenner 4 zur Beschichtung der gekrümmten Oberfläche 21 um eine Schaftachse A des Brennerschafts 3 rotierbar angeordnet ist. Im speziellen Beispiel der Fig. 1 rotiert dabei der Brennerschaft 3 selbst, wie durch den Pfeil U angedeutet ist. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung, die hier eine Aktivierung der Oberfläche 21 ist, am Brennerschaft 3 zusätzlich eine um die Schaftachse A rotierbar angeordnete Behandlungseinrichtung 7, 71 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein weiterer Plasmabrenner ist.

Der Behandlungsstrahl 8, der hier wie gesagt ein Plasmastrahl 81 ist, ist dabei derart angeordnet und mittels einer nicht dargestellten Ansteuereinrichtung so ansteuerbar, dass zur Verbesserung einer Haftung der Beschichtung 22 auf der Oberfläche 21 , die Oberfläche 21 mit dem Behandlungsstrahl 8, 81 aktivierbar ist. Das heisst, durch die Ansteuereinrichtung kann z.B. die Stärke bzw. die Intensität des Plasmastrahls in Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern, die z.B. durch das Beschichtungsmaterial 6, das zu

beschichtende Substrat oder andere Randbedingungen vorgegeben sein können, optimal eingestellt werden. Auch ist es möglich, dass zum Beispiel die Richtungen des Behandlungsstrahls 8, 81 und / oder des ersten

Plasmabrenners 4 einstellbar, d.h. Steuer- und / oder regelbar sind, z.B. indem mit geeigneten Mitteln wie Servomotoren, hydraulischen oder pneumatischen Stellmitteln oder sonstigen geeigneten an sich bekannten Stellmitteln die Richtung derart beeinflusst wird, dass ein optimales Arbeitsergebnis erreicht wird. D.h., sowohl der erste Plasmabrenner 4 als auch die

Behandlungseinrichtung 7, 71 können in eine oder mehrere Raumrichtungen schwenkbar am Brennerschaft 3 angeordnet sein.

Dabei sind der erste Plasmabrenner 4 und die Behandlungseinrichtung 7, 71 bevorzugt in Bezug auf eine Umfangsrichtung U um die Schaftachse A unter einem vorgebbaren Winkel a, bevorzugt unter einem Winkel a von ca. 90°, besonders bevorzugt, wie in Fig. 1 dargestellt, unter einem Winkel α von ca. 180° versetzt zueinander angeordnet.

Anhand der Fig. 2 ist ein weiteres für die Praxis wichtiges Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem der erste Plasmabrenner 4 und die

Behandlungseinrichtung 7, 71 in Bezug auf die Schaftachse A zueinander axial versetzt angeordnet sind. Ansonsten ist das Plasmaspritzgerät 1 im Wesentlichen identisch zu demjenigen der Fig. 1 . Der Vorteil ist hier, dass zwischen der Aktivierung der Oberfläche 21 und dem anschliessenden

Beschichten mittels des ersten Plasmabrenners 4 eine grössere Zeitspanne vergeht. Da die Behandlungseinrichtung 7, 71 darstellungsgemäss unterhalb des ersten Plasmabrenners 4 angeordnet ist, muss das Plasmaspritzgerät 1 der Fig. 5 darstellungsgemäss von oben in Richtung des Pfeils P während des Beschichtungsvorgangs bewegt werden, damit sichergestellt ist, dass die Aktivierung der Oberfläche 21 vor deren Beschichtung stattfindet.

Fig. 3 zeigt schliesslich ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei

Beschichtungseinrichtungen und unterschiedlicher Rotation. D.h., hier ist die Behandlungseinrichtung 7, 71 zwar ebenfalls ein Plasmabrenner, diese ist aber so ausgestaltet, dass mit ihr nicht die Oberfläche 21 aktiviert wird, sondern die Behandlungseinrichtung 7, 71 dient hier dazu, auf die durch den ersten Plasmabrenner 4 aufgetragene Beschichtung 22 nachgängig noch eine andere Beschichtung 221 aufzubringen.

Eine weitere Besonderheit ist, dass die Behandlungseinrichtung 7, 71 an einem inneren Teilschaft 31 innerhalb des Brennerschafts 3 vorgesehen ist, wobei am Brennerschaft 3 ein Fenster F derart geeignet vorgesehen ist, dass der Behandlungsstrahl 81 , der hier ein zweiter Beschichtungsstrahl 81 ist, ungehindert nach aussen auf das zu beschichtende Substrat austreten kann. Der äussere Brennerschaft 3 und der innere Teilschaft 31 können dabei z.B. auf einer gemeinsamen Achse montiert sein, durch die z.B. auch alle notwendigen Versorgungsleitungen für die Einrichtungen am Brennerschaft 3 und am Teilschaft 31 verlegt sind, und beispielweise können Brennerschaft 3 und Teilschaft 31 mittels eines geeigneten Getriebemechanismus gekoppelt sein, so dass beide eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit haben können, was z.B. dazu führt, dass die erste Schicht 22 und die darauf gespritzte 221 unterschiedliche Dicke habe, weil die Einwirkungszeit der beiden verschiedenen Beschichtungsstrahlen unterschiedlich ist.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der äussere Brennerschaft 3 und der innere Teilschaft 31 jeweils einen separaten Antrieb haben, so dass deren jeweilige Rotationsgeschwindigkeiten individuell einstellbar sind.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen

Ausführungsbeispiele beschränkt ist und insbesondere auch alle geeigneten Kombinationen der dargestellten Ausführungsbeispiele von der Erfindung erfasst sind.