金属喷涂装置和方法以及用于该装置的接收单元技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的通过移动喷枪对工件进行金属喷涂
的装置，通过该移动喷枪能产生金属等离子射流以形成金属颗粒的涂层。
本发明还涉及根据权利要求9的前序部分所述的用于这种对工件进行金属喷涂的
装置的接收单元。
此外，本发明还涉及根据权利要求12的前序部分所述的对工件进行金属喷涂的方
法，其中通过喷枪产生金属等离子射流，通过该金属等离子射流在工件上形成金属颗粒的
涂层。
背景技术
尤其是在引擎结构中，需要在汽缸孔的运行表面上设置特定的金属涂层，以便在
汽缸运行表面和汽缸活塞之间确保适当的摩擦和润滑环境。这尤其适用于引擎壳体和汽缸
活塞均由相同的材料(例如，铝)制成的情况。
已知可以通过喷枪将金属涂层直接施加到孔壁上，通过该喷枪可以产生金属等离
子射流。通过这种方式，可以在孔壁上形成非常薄壁的并且非常稳定的金属涂层。
喷枪移动到引擎机体的汽缸孔内，其中所产生的金属等离子射流被引导到孔壁
上。由于金属等离子射流有一定的扩散，所以并不是所有的金属颗粒都能到达孔壁。没有被
施加的这些金属颗粒被称为过喷。这会在引擎机体中或在喷涂装置上造成不期望的的带缺
陷的涂层。
DE 101 30 455 A1和EP 1 980 328 A2公开了用于对圆柱形工件进行金属喷涂的
装置。这两种装置均具有设置在工件的相反两侧上的喷枪以及用于消除过喷的机构。
为了避免带缺陷的涂层，已知可以在将喷枪移动到工件的孔之外时关闭金属等离
子射流，并且在喷枪移动到另一要被喷涂的孔内之前不再次打开该射流。在关闭和打开金
属等离子射流时，金属等离子射流的减小和增大会导致过喷加剧。另外，关闭和打开过程还
会导致工件上的层厚度误差。这种层厚度误差会损害品质，并会导致整个工件不合格。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于对工件进行金属喷涂的装置和方法，以及用于该
装置的接收单元，通过它们可以提高制造金属涂层的效率和质量。
根据本发明，该目的可以通过具有权利要求1的特征的装置、具有权利要求9的特
征的接收单元以及具有权利要求12的特征的方法来实现。在相应的从属权利要求中提出了
本发明的优选的实施方案。
根据本发明的装置的特征在于设置有抽气罩，该抽气罩环状地封闭喷枪的至少一
个轴向部分，并且该抽气罩具有环状的接收单元，该接收单元设置成用于积存金属颗粒。
本发明的核心思想可以看作为喷枪沿轴向部分被抽气罩环状地封闭。由此，抽气
罩可以通过目标气流而接收带有过喷的金属颗粒的环境空气。在这里，用语“抽气罩”不应
仅理解为能通过相应的真空将受影响的环境空气从喷枪吸入到抽气罩中，并经由废气管除
去。而是，也能通过抽气罩产生空气流或惰性气体流，通过其将所装载的环境空气引导到位
于抽气罩的区域内的排放管线中。
总的来说，可以实现将过量的金属颗粒可靠地除去，从而能避免或至少大幅地降
低在工件上或生产工具上产生非预期的有缺陷的涂层的风险。
本发明的另一方面(也可以看做为与前述核心思想分开或独立)在于，设置有环状
的接收单元，该接收单元设置成用于积存金属颗粒。未粘附在当时提供的工件上的等离子
射流的金属颗粒能够被有目的地接收到接收单元内并在那里积存。由此，这种接收单元可
以是可替换的部件，如果金属颗粒的积存过量，那么就会定期地更换接收单元。
原则上，环状的接收单元可设置在抽气罩的下端处。根据本发明的一个实施方案，
将接收单元在抽气罩内安装成可以被更换是尤其有利的。筒状的接收单元优选地设置在抽
气罩的下部区域内，从而在喷枪移出工件时，该喷枪在金属等离子射流继续的同时直接移
入到筒状的接收单元内，其中该等离子射流被引导到接收单元的围壁上。因此，不需关闭金
属等离子射流，并由此避免了打开和关闭带来的问题。金属颗粒被筒状的接收单元直接接
收，该接收单元的直径优选地在10cm到50cm之间。然而，根据喷枪的类型，更大或更小的直
径也是可行的，并且明确地不被排除在外。在喷涂接收单元的过程中所造成的过喷通过抽
气罩而被额外地、可靠地除去。例如在几小时、一天或几天之后，一旦在接收单元上形成了
过多的涂层，就可以将该接收单元拆下并替换成新的接收单元。
根据本发明的一个改进方案，可替换性在这种情况下尤其有效：抽气罩具有遮盖
罩和设置在该遮盖罩的下侧的底板，并且环状的接收单元通过可释放的方式设置在该底板
上。
特别地，底板通过至少一个快速释放装置而可释放地固定到遮盖罩上是有利的。
当积存的金属颗粒到达预定的层厚度时，则可通过除去底板和从该底板上释放接收单元而
快速地拆下底板，并且可将该接收单元替换为作为可替换元件的新的接收单元。由于接收
单元保持在底板上，所以接收单元可形成有相对较薄的壁，并由此更加节省材料和节省成
本。
该替换可以手动进行或者由自动替换单元来进行。替换可以在预定的时间进行，
或者在涂层厚度到达预定界限时进行。这可任选地通过相应的传感装置(例如，光学传感器
或重量传感器)或者通过基于运行数据的计算机来确定，从而可根据需要来进行接收单元
的替换。
根据本发明的另一实施方案，这样是有利的：底板具有中心开口，在该中心开口上
设置有具有径向向内下倾的锥形表面的环状缘。总的来说，形成了相对较窄的、倾斜的表
面，该表面构成底板对于接收单元的过渡。径向向内下倾的锥形表面设计成使得冲击的金
属颗粒不会积存或者很难积存在该锥形表面上，而是会偏转到接收单元上。
根据本发明的一个有利的改进为，锥形表面形成为具有抗粘附特性。该抗粘附特
性可通过用于环状缘的适当的涂层或适当的材料选择来实现。特别地，不含铁的金属合金
会导致来自于等离子射流的金属颗粒不粘、或仅小程度地粘到锥形表面上。抗粘附特性也
可通过其他适当材料的组合来实现。
制造或进一步改进抗粘附特性的另一种可能为在锥形表面上形成轻微的粗糙度。
这例如可通过抛光来实现。
本发明的一个特别有用的实施方案为，在遮盖罩的上侧设置有可拆卸的盖板。通
过遮盖罩的位于上侧的开口，可以在抽吸过程中通过定向的方式影响流动方向。在上侧基
本上由盖板封闭的情况下，基本上从下侧吸入环境空气，由此从工件处或工件所在的方向
吸入空气。由此，可以确保将金属颗粒从工件区域内的环境空气中除去。通过除去盖板和在
上侧具有开口，可以从上方吸入环境空气，这对于某些工件来说是所期望的。
根据本发明的另一实施方案，将抽气罩和喷枪设置在移动基体支架上以及将抽气
罩和/或喷枪在基体支架上安装成能在至少一个方向上移动是有利的。基体支架可以是喷
涂装置的一部分，其中喷枪可以通过基体支架移动到例如要被喷涂的工件的孔内。抽气罩
和/或喷枪可移动地安装在基体支架的框架上。特别地，抽气罩和喷枪可以在轴向方向上线
性移动，该轴向方向平行于喷枪的纵向轴线延伸。另外，喷枪优选地安装成能围绕纵向轴线
旋转，以便喷涂例如旋转对称的孔。
上文中提出的目的对于接收单元而言这样来实现：筒状的主体设置有围壁和至少
一个环状边缘元件，该至少一个环状边缘元件设置在围壁的一端上，并径向向内延伸。
接收单元优选地设置在上文中所描述的通过喷枪对工件进行金属喷涂的装置上。
筒状的接收单元也可用在不含有抽气罩的喷涂装置上。在喷枪的金属等离子射流的连续运
行期间，筒状的接收单元用于在喷枪移出工件时接收金属等离子射流。所喷涂的过量的金
属颗粒由此可通过定向的方式而被接收单元收集。一个或优选地两个环状边缘元件尽可能
地支持在接收单元内接收金属颗粒。当到达接收单元的填充界限时，可以用新的接收单元
来替换该接收单元。
原则上，接收单元可由任何适当的材料制得。根据本发明的一个改进，主体由金属
板制成是尤其有利的。熔化的金属颗粒能特别好地粘附在金属的、薄壁的金属板主体上。另
外，壁厚在0.5mm到5mm之间的金属板主体具有足以积存几千克质量的金属颗粒的强度。此
外，由金属制成的接收单元可以成本高效地回收。
原则上，接收单元可通过深拉、压力成型、铸造或锻造而制造为整体元件。原则上，
主体例如可由环状元件焊接在一起。本发明的一个有利的变形为主体由子部件构成。由此，
主体可由两个半壳体构成，这两个半壳体一起放在用于筒状的接收单元的抽气罩的底板
上。总的来说，还可以提供多个子部件，这样，总的来说，各个子部件都可更加容易地处理。
对于方法来说，在开始时提出的任务可以由此来完成：喷枪的至少一个轴向部分
被抽气罩环状地封闭，通过该抽气罩能产生气流，含有金属颗粒的环境空气能通过该空气
流被除去。
通过该方法，特别地，在喷涂期间以及喷枪的移动阶段期间，可以直接在喷枪处可
靠地除去过喷。通过相应的气流，仍旧处于其中的带有金属颗粒的环境空气被吸入，并尤其
被移出到过滤装置内。该方法尤其可以通过上文中所描述的金属喷涂装置来进行。
根据本发明的方法的一个有利的变形为，通过凭借通气管与抽气罩相连的流动装
置来产生气流。通过该通气管，可以将含有金属颗粒的环境空气从工件处以及喷枪周围的
区域处可靠地除去。
根据本发明的方法的另一实施方案，有利的是，将喷枪移出工件并移入到具有接
收单元的抽气罩内，其中金属等离子喷流被引导到接收单元上，并且金属颗粒积存在接收
单元的围壁上。为此，接收单元构造成可替换部件，其可通过定向的方式接收过量的金属颗
粒，并可在其因此而被填充后进行替换。
根据本发明的另一变形，这样是有用的：以预定的时间间隔和/或在接收单元上的
积存到达预定量的时候更换接收单元。积存量尤其可通过传感器(例如通过用于测量层厚
度的光学传感器，或者用于测量接收单元的重量的力测量传感器)来确定，或者通过基于运
行数据的计算机来确定。
附图说明
下面将参照在附图中示意性显示的优选的示例性实施方案对本发明进行更进一
步的描述，其中：
图1显示了根据本发明的金属喷涂装置的示意性立体图；
图2显示了没有喷枪的图1中的装置的示意性立体图；
图3显示了关于根据图1和图2中的装置的抽气罩的放大截面图；并且
图4显示了根据本发明的接收单元的放大立体图。
具体实施方式
在图1和图2中显示了根据本发明的用于对工件(未示出)进行金属喷涂的装置10
的主要部件。该工件尤其可以是引擎机体，在引擎机体的汽缸孔上设置金属涂层。为了形成
金属涂层而使用杆状的喷枪20，该喷枪20大体上为已知的，并能产生金属等离子射流。通过
这种基本上径向导向的金属等离子射流，能够将金属颗粒以高速施加到要被喷涂的工件壁
上，其中能形成固态的、薄壁的金属涂层。这种喷枪的结构和运行模式是早就众所周知的。
装置10可以额外地具有基体框架(未示出)，以及用于工件的供给装置和定位装置。
具有相应的基体单元22的杆状形式的喷枪20被保持在喷枪支架14上，该喷枪支架
14可以通过喷枪线性驱动器16沿喷枪引导件15在垂直方向上相对于基体支架12(仅示意性
显示)移动。此外，喷枪20安装成能围绕其垂直纵向轴线旋转和被驱动，以便通过径向引导
的金属等离子射流来喷涂汽缸孔的内壁。
此外，抽气罩30通过罩支架17安装在基体支架12上，以便能在垂直方向上并且平
行于喷枪支架14的移动方向移动。两个轨道状的罩引导件18为此而设置在基体支架12上，
罩支架17通过滑动块以引导的方式与基体支架12相连。通过线性驱动器19产生线性位移。
基体支架12本身安装成能相对于装置10的基体框架在多个方向上移动。圆柱形或筒状的遮
盖罩32与抽气罩30的框架状的罩支架17固定。
还参照图3来对抽气罩30的结构进行更加详细的说明。遮盖罩32由金属板制成并
设置在保持框架31内，该保持框架31与罩支架17固定。遮盖罩32具有圆柱形壁33，该圆柱形
壁33在其上侧由盖板34封闭。盖板34设置成两部分，并具有穿过中心的开口35，以供喷枪20
通过。在圆柱形壁33内结合有释放开口46，在通过流动装置(未示出，尤其是泵)经由通气管
48的操作期间，含有金属颗粒的环境空气能经由该开口46而被抽吸到遮盖罩32的内部空间
之外，并被携带到过滤装置处。盖板34可拆卸地设置，并可被除去以影响流动环境。
在遮盖罩32的下侧，遮盖罩32由环状底板36所封闭，在本示例性实施方案中，该环
状底板36通过三个快速释放装置40而可释放地固定在保持框架31的下部环状托架37上。为
此而在底板36的径向外部边缘上设置径向凸起的钩状元件41，该底板36可与快速释放装置
40的夹持架相连。
为了能允许喷枪20穿过底板36，底板36具有中心开口38，通过弹簧元件43沿中心
开口38弹性地安装有环状缘42，并且该环状缘42保持在底板36上。环状缘42的弹性安装允
许抽气罩30与工件精确配合地、柔性地设置到工件上。
在环状缘42的径向内侧上具有锥形表面44，该锥形表面44具有约30°的向上的倾
斜角。在连续的金属等离子射流期间，当喷枪20移出工件而进入到抽气罩30内时，冲击到锥
形表面44上的金属颗粒在很大的程度上被偏转，并被引导到筒状的接收单元50内，该接收
单元50在抽气罩30内安装在底板36上。为了避免在锥形表面44上的非预期的积存，该锥形
表面44通过相应的材料选择和表面处理而具有抗粘附特性。
在图4中更加详细地显示了用于根据本发明的装置10的根据本发明的接收单元50
的结构。筒状的接收单元50具有金属板的主体52，该主体52包括由弯曲且焊接的金属板条
制成的圆柱形的围壁54。在围壁54的上端处焊接有环状的上部边缘元件56。相应地，在围壁
54的下端处焊接有环状的下部边缘元件58。边缘元件56、58均径向向内地朝向，并围起了一
个环状收集空间。
与上部边缘元件56相比，下部边缘元件58具有较大的径向延伸部分，并与底板36
中的环状槽39相适应。下部边缘元件58一直延伸到底板36中的中心开口38处，环状缘42的
锥形表面44在该中心开口38处开始。由此，当喷枪20伴随着连续的金属等离子喷流而移入
时，能确保抽气罩30中的金属颗粒广泛地到达接收单元50的围壁54的内侧。当喷枪20在抽
气罩30内移动到移入结束位置时，金属等离子射流近似居中地被引导到围壁54的内侧上。
上部边缘元件56和下部边缘元件58确保金属颗粒不会向上或向下离开接收单元50。
在操作期间中，每当喷枪20从要被喷涂的一个工件孔内相对移动到下一要被喷涂
的工件孔内时，喷枪20伴随着连续的金属等离子射流而移动到抽气罩30内。在通过基体支
架12进行这种移动的过程中，喷枪20还进行旋转，从而连续的金属等离子射流能在接收单
元50的围壁54的内侧上形成金属积存。一旦这种金属积存达到了预定的最大量(可以是几
千克)，就会将该接收单元50替换为新的接收单元50。为此而释放快速释放装置40，从而使
在其上设置有接收单元50的底板36与设置在上方的遮盖罩32分开。在这种情况下，可以将
接收单元50除去，并替换成新的接收单元50。随后，将遮盖罩32再次设置到底板36上，并通
过快速释放装置40使遮盖罩32和底板36重新连接在一起。随后，可以继续对工件进行喷涂。
此外，经由抽吸罩30将喷枪20中的环境空气抽出。抽吸或抽出在对工件进行喷涂的过程中
以及喷枪20已经移入抽气罩30内时实现。通过这种方式，尤其是在金属等离子射流被引导
到接收单元50上的情况下也会产生的过喷能够被去除。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于对工件进行金属喷涂的装置，其具有移动喷枪(20)，通过所述移动喷枪(20)能
产生金属等离子射流，以形成金属颗粒的涂层，
其中，通过废气管将含有过喷的金属颗粒的环境空气从所述喷枪(20)中除去，
其中，
设置有抽气罩(30)以将所述环境空气抽出，所述抽气罩(30)环状地封闭了所述喷枪
(20)的至少一个轴向部分，
所述抽气罩(30)和所述喷枪(20)设置在移动基体支架(12)上，
所述喷枪(20)安装成能沿至少一个方向在所述基体支架(12)上移动，
在所述移动基体支架(12)上的所述抽气罩(30)具有环状的接收单元(50)，环状的所述
接收单元(50)设置成用于积存金属颗粒，
所述抽气罩(30)具有遮盖罩(32)和底板(36)，所述底板(36)设置在所述遮盖罩(32)的
下侧，以及
环状的所述接收单元(50)能释放地设置在所述底板(36)上。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述接收单元(50)以能替换的方式安装在所述抽气罩(30)内。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其特征在于，
所述底板(36)通过至少一个快速释放装置(40)能释放地固定在所述遮盖罩(32)上。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置，
其特征在于，
所述底板(36)具有中心开口(38)，在所述中心开口(38)上设置有环状缘(42)，所述环
状缘(42)具有径向向内下倾的锥形表面(44)。
5.根据权利要求4所述的装置，
其特征在于，
所述锥形表面(44)形成有抗粘附特性。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，
其特征在于，
在所述遮盖罩(32)的上侧设置有能拆卸的盖板(34)。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，
其特征在于，
所述抽气罩(30)安装成能沿至少一个方向在所述基体支架(12)上移动。
8.用于根据权利要求1到7中任一项所述的用于对工件进行金属喷涂的装置(10)的接
收单元，
其特征在于，
筒状的主体(52)设置有围壁(54)和至少一个环状边缘元件(56，58)，所述至少一个环
状边缘元件(56，58)设置在所述围壁(54)的端部处，并径向向内延伸，以及
所述保持单元(50)构造成能释放地设置在所述装置(10)的抽气罩(30)的底板(36)上。
9.根据权利要求8所述的接收单元，
其特征在于，
所述主体(52)由金属板制成。
10.根据权利要求8或9所述的接收单元，
其特征在于，
所述主体(52)由子部件构成。
11.用于对工件进行金属喷涂的方法，其中通过喷枪(20)产生金属等离子射流，通过所
述喷枪(20)在所述工件上形成金属颗粒的涂层，
其特征在于，
使用根据权利要求1到7中任一项所述的装置(10)，其中抽气罩(30)和所述喷枪(20)设
置在移动基体支架(12)上，并且设置在所述移动基体支架(12)上的所述抽气罩(30)具有环
状接收单元(50)，其中所述喷枪(20)的至少一个轴向部分被所述抽气罩(30)环状地封闭，
通过所述抽气罩(30)产生气流，通过所述气流将含有金属颗粒的环境空气除去，
所述喷枪(20)伴随着连续的金属等离子射流而移动到环状的所述接收单元(50)内，以
及
金属颗粒积存在位于所述移动基体支架(12)上的所述抽气罩(30)内的所述接收单元
(50)上，其中所述抽气罩(30)具有遮盖罩(32)以及底板(36)，所述底板(36)设置在所述遮
盖罩(32)的下侧，并且环状的所述接收单元(50)能释放地设置在所述底板(36)上。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
通过经由通气管(48)与所述抽气罩(30)相连的流动装置来产生所述气流。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其特征在于，
所述喷枪(20)移出所述工件而进入到具有接收单元(50)的所述抽气罩(30)内，其中所
述金属等离子射流被引导到所述接收单元(50)上，并且金属颗粒积存在所述接收单元(50)
的围壁上。
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
以预定的时间间隔和/或在到达预定的积存量时更换所述接收单元(50)。