DE2628089C2 - Lichtbogen-Sprühpistole - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogcn-Sprühpistole zum Schmelzen der Enden von zwei elektrisch isolierten Metalldrähten in einem zwischen ihren Enden aufrecht erhaltenen elektrischen Lichtbogen und zum Sprühen des geschmolzenen Metalls, mit einem Paar rohrförmiger Drahtführungen, die jeweils ein Eintritts- und ein Austrittsende haben, durch die die Metalldrähte hindurchführbar sind, mit einem Paar im wesentlichen rohrförmiger Elektroden, von denen jede ein Eintritts- und ein Austrittsende hat wobei jeweils ein Eintrittsende neben dem Austrittsende einer zugeordneten Drahtführung liegt und zur Aufnahme eines von dieser zugeführten Drahtes ausgerichtet ist wobei die Elektroden mit ihren jeweiligen Längsachsen in Richtung ihrer Austritisenden zusammenlaufend angeordnet sind, so daß durch die Elektroden hindurchgeführte Drähte zu

ίο einem Schnittpunkt geführt werden, der von den Austrittsenden der Elektroden entfernt angeordnet ist und mit einer Düseneinrichtung, mit der ein Gasstrom auf den Schnittpunkt richtbar ist um von dem Lichtbogen erzeugtes geschmolzenes Metall zu versprühen.

;5 Eine Lichtbogen-Sprühpistole der vorstehend beschriebenen Art ist bereits durch die britische Patentschrift 13 10 462 bekanntgeworden.

Bei Lichtbogen-Sprühpistolen sind zwei Metalldrähte mit zugeordneten Anschlüssen einer elektrischen Speisequelle verbunden und die Enden werden zusammengebracht um einen elektrischen Lichtbogen zu boden, der ein Schmelzen der Drähte bewirkt Ein Luftstrom oder ein Strom eines anderen Gases, der in die Nähe der Schmelzzone von einer Düse gerichtet wird, sprüht das auf diese Weise erzeugte geschmolzene Metall auf ein zu beschichtendes Werkstück. Die Drähte werden in der Schmelzzone vos geschoben, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten und zuvor geschmolzene und versprühte Teile der Drähte zu ersetzen.

Obwohl Lichtbogen-Sprühpistolen entweder mit Wechsel- oder Gleichspannung arbeiten können, wird die letztere bevorzugt da sie zu einem ruhigeren und stabileren Lichtbogen führt Andererseits hat der Betrieb mit einer Gleichspannung jedoch einen Nachteil.

Die positive Elektrode wird nämlich von dem Lichtbogen stärker erhitzt als difc negative Elektrode, wodurch der mit dem positiven Anschluß verbundene Draht schneller verbraucht wird, so daß unter der Voraussetzung einer gleichen VorschK-igeschwindigkeit der Lichtbogen gegenüber dem Gasstrom asymmetrisch wird, der das geschmolzene Metall versprüht Zur Lösung dieses Problems wurde mit der GB-PS 13 57 582 vorgeschlagen, den positiven Draht mit einer ausreichend größeren Geschwindigkeit vorzuschieben als den negativen Draht, um den Unterschied im Verbrauch der Drähte auszugleichen. Diese gleiche Patentschrift schlägt andererseits die Benutzung von Drähten unterschiedlicher Querschnitte vor, wobei natürlich der mit dem positiven Anschluß verbundene Draht größer ist.

In der genannten Patentschrift ist angegeben, daß die Benutzung von Drähten unterschiedlicher Durchmesser vom Betrieb her jedoch nachteilig ist, andererseits jedoch festgestellt wurde, daß die durch die Benutzung von zwei Drähten unterschiedlicher Größe in einer Lichtbogen-Sprühpistole bedingten Probleme tatsächlich von der Lösung her noch zu verkraften sind, um dieses Konzept bei einer Sprühpistole mit einfachem, praktischem und wirkungsvollem Aufbau zu benutzen. Eines der Hauptprobleme bei der Benutzung von zwei Drähten unterschiedlicher Größe in einer Sprühpistole ist der Unterschied in der Flexibilität der Drähte infolge des unterschiedlichen Querschnitts. Dieses Problem, das auch beim Versprühen von weichen Metallen, wie Aluminium und Zink, auftritt, wird besonders kri-

b5 tisch, wenn weniger geschmeidige Metalle, wie z. B. Stahl, verarbeitet werden sollen.

Bei herkömmlichen Lichtbogen-Sprühpistolen werden die Drähte zum Ort des Lichtbogens durch Hin-

durchschrauben derselben durch ein Paar paralleler Führungen und dann durch ein Paar von rohrförmigen Elektroden geführt, die in Richtung auf die Schmelzzone zusammenlaufen. Die Elektroden sind mit den zugehörigen Anschlüssen der Speisequelle verbunden und der elektrische Kontakt zu den Drähten wird dadurch erhalten, daß die Drähte gebogsn werden müssen, wenn sie durch die parallelen Führungen zu den aufeinander zulaufenden Elektroden hindurchgeführt werden, wobei diese Biegewirkung durch einen Reibkontakt zwischen den Innenwänden der Elektroden und den durch sie hindurchlaufenden Drähten bedingt und begleitet wird. Werden zwei verschiedene Drahtgrößen bei einer herkömmlichen Lichtbogen-Sprühpistole benutzt, insbesondere bei Drähten aus Stahl oder einem anderen we- is nig geschmeidigen Metall, so widersteht der dickere und daher starrere Draht dem notwendigen Biegevorgang, wenn er in die Elektrode eintritt, wodurch Vorschubschwierigkeiten auftreten, die zu einem Blockieren der Sprühpistole oder zu einem Schleifer in der Drahtvorschubeinrichtung führen können. Selbst in Grenzbetriebsbereichen, bei denen der Betrieb noch aufrechterhalten wenden kann, führt der dickere Draht zu ungünstigen Belastungen und einem entsprechenden Verschleiß der Vorschub- und Führungseinrichtungen der Sprühpistole.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogen-Sprühpistole der beschriebenen Art anzugeben, mit der ein problemloser Betrieb mit Elektrodendrähten unterschiedlicher Dicke ermöglicht wird.

Bei einer Lichtbogen-Sprühpistole der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektroden an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, daß der Innendurchmesser der mit dem positiven Anschluß verbundenen Elektrode einen größeren stumpfen Winkel (A) mit der Längsachse der zugehörigen Drahtführung einschließt als die Längsachse der mit ifcm negativen Anschluß verbundenen Elektrode mit der Längsachse der zugehörigen Drahtfüh- rung einschließt

Bei geeigneter Wahl des Verhältnisses der Querschnitte der Elektrodendrähte kann eine gleiche Vorschubgeschwindigkeit der Elektrodendrähte ermöglicht werden.

Weitere, die besondere Ausbildung der neuen Lichtbogen-Sprühpistole betreffende Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert, die so eine Draufsicht, teilweise als Horizontalschnitt, der neuen Sprühpistole zeigt

Die in der Zeichnung gezeigte Sprühpistole hat im wesentlichen den gleichen Aufbau und auch die gleiche Funktionsweise wie die im einzelnen in der US-PS 36 32 952 beschriebene. Der Aufbau der Sprühpistole wird daher nur so weit beschrieben, wie er in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung von Bedeutung ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Ende der Sprühpistole, an der das geschmolzene Metall versprüht eo wird, als vorderes Ende und die entsprechenden Richtungsbezeichnungen mit Vorwärts und Rückwärts angegeben.

Wie in der Zeichnung dargestellt ist, sind die Hauptbetriebsteile der Spi ühpistole in einem Gehäuse einge- as schlossen, das drei Hauptteile aufweist. Einen Antriebsgehäuseblock 10, der die Vorschubeinrichtung für den Draht durch die Sprühpistole enthält, Drahteinlaßanordnungen 12,12', die an der Rückseite des Vorschubblocks befestigt sind, und eine Elektroden- und Düsenanordnung in einem Gehäuseteil 14, der an dem Vorderteil des Antriebsgehäuseteils über ein Zwischengehäuseteil 16 befestigt ist Die Drahteintrittseinrichtungen 12, 12' weisen Hülsen 18, 18' auf, die im wesentlichen identische, hier nicht gezeigte Drahteintrittsführungen einschließen, mit deren Hilfe Draht von einer Spule oder einer geeigneten anderen Zuführung in die Sprühpistole, genauer in den Antriebsgehäuseteil 10 eingeführt wird, das herkömmliche Einrichtungen zum Hineinziehen des Drahtes in die Sprühpistole und zu seinem Vorschieben durch die Düsenanordnung 14 hindurch in die Schmelzzone aufweist wie dieses im folgenden beschrieben wird.

Die Einrichtung zum Vorschieben des Drahtes weist ein Paar einander gegenüberliegender Zuführungsrollen für jeden Draht auf, die über Zahnräder miteinander und mit einer gemeinsamen Antriebswelle verbunden sind, die von einer geeigneten Antrier,?.quelle, wie einem Elektromotor oder einer Gasturbine, angetrieben sind, wie dieses in der zuvor erwähnten US-PS 36 32 952 gezeigt und beschrieben ist Bei einer Sprühpistole, die zwei Drahtgrößen benutzt, ist der Aufbau und der Abstand zwischen den Paaren von Zuführungsrollen derart gewählt daß sie an die unterschiedlichen Drahtdurchmesser angepaßt sind.

Von dem Antriebsgehäuseteil 10 durch das Zwischengehäuseteil 16 hindurch und in das Gehäuseteil 14 für die Düsenanordnung erstreckt sich ein Paar rohrförmiger Durchführungen 20,20' für den Draht, die mit ihren Längsachsen parallel zueinander und fluchtend mit den Längsachsen der Drahteintrittsführungen angeordnet sind. Daraus ist zu erkennen, daß die durch die Drahteintrittsführungen hineingezogenen Drähte unmittelbar in die rückwärtigen Eintrittsenden der Durchführungen 20,20' hineingelangen und aus ihren vorderen Austrittsenden austreten können.

Innerhalb des Gehäuseteils 14 für die Düsen- und Elektrodenanordnung berindet sich ein Paar langgestreckter hohler Elektroden 22,22', die mit ihren Längsachsen zum vorderen Ende des Gehäuses hin zusammenlaufen. Die Elektroden 22, 22' haben jeweilige axiale Bohrungen 23, 23', die auf das Hindurchführen der Drähte zu dem Lichtbogen angepaßt sind. Die auseinanderstrebenden rückwärtigen Enden der Elektroden 22,22' enden in der Nähe der zugeordneten vorderen Enden der Durchführungen 20, 20' für die Drähte und an einer Stellung, um die von ihnen ausgegebenen Drähte aufzunehmen, wobei sie in dieser Stellung mit Hilfe von geeigneten Eiektrodenklammern 24, 24' gehalten sind. Die Elektrodenklammern weisen bei einer praktischen und handelsüblichen Konstruktion eine Anordnung zum Verbinden jeder Klammer und damit auch jeder Elektrode mit einem zugeordneten Anschluß einer geeigneten Gleichspannungsquelle auf. Da die Einzelheiten der elektrischen Verbindung vollständig in der zuvor erwähnten US-PS 36 32 952 beschrieben sind, sind diese hier lediglich schematisch dargestellt. Die Elektrodenklammer 24 ist daher mit dem negativen Anschluß einer Gleichspannungsquellc 26 verbinden, deren positiver Anschluß mit Erde verbunden ist, wobei Erde wiederum mit der anderen Elektrodenklammer 24' verbunden ist.

Zwischen und in der gleichen horizontalen Ebene wie die Elektroden 22, 22' ist ein Luftleitungsrohr 28 befestigt, das mit seinem rückwärtigen Ende mit Luftzuführungskanälen in dem Zwischengehäuseteil 16 verbun-

den ist und an seinem vorderen Ende in einer Luftdüse 30 endet. Die Luftdüse 30 hat abgeschrägte Seitenflächen, um sich an den Zusammenführungswinkel der Elektroden 22. 22' anzupassen, wobei diese Seitenflächen halbzylindrisch ausgebildet sind, um entsprechende Lagerflächen für die vorderen Enden der Elektroden zu bilden. Die Elektroden sind lösbar in diesen halbzylindrischen Ausnehmungen mit Hilfe von exzentrischen Nockenflächen 32, 32' gehalten, die sich um Nockenschrauben 34,34'drehen.

Der Gehäuseteil 14 bildet eine Kammer 36, die die Elektroden 22, 22' und die Luftzuführungsanordnung 28, 30 umgibt und an seinem vorderen Ende in eine Schale 38 ausläuft, die eine Sprühöffnung 40 aufweist. Ein Sprühschild 42 ist auf der Vorderseite des Gehäuseteils 14 angeordnet und umgibt die Sprühöffnung 40.

Die Achse einer jeden Elektrode 22, 22' bildet einen stumpfen Winkel A, B mit der zugeordneten Achse der Durchführungen 20,22' für die Drähte. Im Gegensatz zu herkömmlichen Konstruktionen von Sprühpistolen sind die Winkel A und B nicht einander gleich, vielmehr ist der Winkel B für die Elektrode 22' größer, die mit dem positiven Anschluß der Speisequelle 26 verbunden ist. Wie zuvor erläutert wurde, wird bei einer mit Gleichspannung betriebenen Lichtbogen-Sprühpistole der mit der positiven Elektrode verbundene Draht schneller verbraucht. Um bei der neuen Sprühpistole dieses auszugleichen, hat der positive Draht eine größere Abmessung als der benutzte negative Draht. In einem typischen Fall ist die Querschnittsfläche des positiven Drahtes doppelt so groß wie die des negativen Drahtes. Dementsprechend ist die Bohrung 23 der Elektrode 22, die an den Hindurchgang des kleineren Drahtes angepaßt ist, entsprechend kleiner als die Bohrung 23' der Elektrode 22' für den größeren Draht. Beide Drähte haben gewohnlich einen Durchmesser von etwa 0.8 mm bis etwa 43 mm und das Verhältnis der Qücrschnutsfiacrien liegt in einem Bereich von 1,2 bis 3,8 mit einem bevorzugten Bereich von 1,5 bis 2,2.

Die Bohrungen der Durchführungen 20, 20' für die Drähte können einen gleichen Durchmesser haben und groß genug sein, um den größeren Draht aufzunehmen, oder jede der Bohrungen kann einen Durchmesser haben, der besonders gewählt ist, um an die Größe des von ihr geführten Drahtes angepaßt zu sein.

Da der größere stumpfe Winkel zwischen der positiven Elektrode und der zugeordneten Durchführung einen geraderen Führungsweg bewirkt, kann der größere Durchmesser eines Drahtes ohne Schwierigkeiten entsprechend angepaßt werden, die gewöhnlich besonders bei der Veraroeitung von Stahldrähten oder anderen Metalldrähten einer relativ geringen Geschmeidigkeit auftreten. Die genauen Größen der stumpfen Winkel A und B hängen natürlich von solchen Parametern ab, wie den absoluten und relativen Drahtgrößen, der Identität und der physikalischen Eigenschaften des Drahtmetaiis, und dergL Der Winkel A für den großen Draht kann von 180° für die Gerade bis zu 165° sich erstrecken, mit einem bevorzugten Bereich von 172° bis 178°. Die Benutzung eines Winkels von 180° macht besondere Vorkehrungen erforderlich, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Draht und der Innenwand der Bohrung 23' sicherzustellen. Die Größe des Winkels B hängt von der Größe des Winkels A bei einer gegebenen Konstruktion ab und ändert sich umgekehrt zu diesem. Vor- es zugsweise liegt der Winkel A in einem Bereich von 145° bis 155°. Um sich an die Asymmetrie in den Elektrodenwinkeln anzupassen, hat die Luftröhre 28 ein abgewinkeltes vorderes Ende, um damit die Düse in geeigneter Weise in bezug auf den Lichtbogen und die Schmelzzone anzuordnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lichtbogen-Sprühpistole zum Schmelzen der Enden von zwei elektrisch isolierten Metalldrähten in einem zwischen ihren Enden aufrechterhaltenen elektrischen Lichtbogen und zum Sprühen des geschmolzenen Metalls, mit einem Paar rohrförmiger Drahtführungen, die jeweils ein Eintritts- und ein Austrittsende haben, durch die die Metalldrähte hindurchführbar sind, mit einem Paar im wesentlichen rohrförmiger Elektroden, von denen jede ein Eintritts- und ein Austrittsende hat, wobei jeweils ein Eintrittsende neben dem Austrittsende einer zugeordneten Drahtführung liegt und zur Aufnahme eines von dieser zugeführten Drahtes ausgerichtet ist, wobei die Elektroden mit ihren jeweiligen Längsachsen in Richtung ihrer Austrittsenden zusammenlaufend angeordnet sind, so daß durch die Elektroden hinjiurchgeführte Drähte zu einem Schnittpunkt geführt werden, der von den Austritisenden der Elektroden entfernt angeordnet ist und mit einer Düseneinrichtung, mit der ein Gasstrom auf den Schnittpunkt richtbar ist, um von dem Lichtbogen erzeugtes geschmolzenes Metall zu versprühen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (22,22') an eine Gleichspannungsquelle (26) angeschlossen sind, daß der Innendurchmesser der mit dem positiven Anschluß verbundenen Elektrode (22') einen größeren stumpfen Winkel (A) mit der Längsad^e der zugehörigen Drahtführung (20') einschließt als die Längsachs* der mit dem negativen Anschluß verbundenen Elektrode (22) mit der Längsachse der zugehöriger Drahtführung (20) einschließt

2. Lichtbogen-Sprühpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der größere stumpfe Winkel (A) im Bereich von 165° bis 180° und der kleinere stumpfe Winkel (ß;im Bereich von 155" bis 145° liegt.

3. Lichtbogen-Sprühpistole nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Innenquerschnitt der Durchführungen der mit dem positiven Anschluß verbundenen Elektrode (22') und der zugehörigen Drahtführung (20') größer als der Innenquerschnitt der Durchführungen der mit dem negativen Anschluß verbundenen Elektrode (22) und der zugehörigen Drahtführung (20) ist, und daß das Verhältnis der Innenquerschnitte im Bereich von etwa 1,2 bis etwa 2,8 liegt.

4. Lichtbogen-Sprühpistole nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis im Bereich von 1,5 bis 22 Hegt.

5. Lichtbogen-Sprühpistole nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der verwandten Elektrodendrähte im Bereich von etwa 0,8 mm bis etwa 4,8 mm liegen.