DE102010060652A1 - Device for the thermal coating of cylinder inner surfaces in crankcases - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen (10) bei Kurbelgehäusen (12), mit einer an das Kurbelgehäuse (12) angepassten Werkstückaufnahme (16) sowie mit einem in den Bereich mindestens einer der Zylinderinnenflächen (10) einführbaren Beschichtungswerkzeug (39). Die Vorrichtung weist eine mit einer Unterdruckquelle verbundene, der Stirnseite (11) der Zylinderinnenfläche (10) gegenüberliegend angeordnete Absaugeinrichtung (28) mit einer zu der Zylinderinnenfläche (10) hin gerichteten Absaugöffnung (30) auf und die Absaugöffnung (30) umgibt einen das Beschichtungswerkzeug (39) tragenden Werkzeugschaft (38) ringförmig.The invention relates to a device for the thermal coating of cylinder inner surfaces (10) in crankcases (12), with a workpiece holder (16) adapted to the crankcase (12) and with a coating tool (39) that can be inserted into the area of at least one of the cylinder inner surfaces (10). , The device has a suction device (28), which is connected to a vacuum source and is arranged opposite the end face (11) of the cylinder inner surface (10), with a suction opening (30) directed towards the cylinder inner surface (10) and the suction opening (30) surrounds the coating tool (39) supporting tool shaft (38) ring-shaped.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen bei Kurbelgehäusen, mit einer an das Kurbelgehäuse angepassten Werkstückaufnahme sowie mit einem in den Bereich mindestens einer der Zylinderinnenflächen einführbaren Beschichtungswerkzeug.The invention relates to a device for the thermal coating of cylinder surfaces in crankcases, with a adapted to the crankcase workpiece holder and with an insertable into the region of at least one of the cylinder inner surfaces coating tool.
Zum Auftragen von Beschichtungen auf Gussteiloberflächen können thermische Spritzverfahren eingesetzt werden. Besonders die Zylinderinnenflächen, d. h. Kolbenlaufflächen von Zylinderkurbelgehäusen sind für eine Beschichtung durch thermisches Spritzen geeignet. Die relativ dünnen Spritzschichten bieten vor allem bei Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminium im Vergleich zu konventionell eingesetzten Laufbuchsen aus Gusseisen Vorteile, da Eigenspannungen reduziert werden, das Gewicht insgesamt verringert wird, und sich im Motorbetrieb günstigere Reibungswerte zwischen Kolben und Kolbenlaufflächen zeigen.For applying coatings on casting surfaces, thermal spraying methods can be used. Especially the cylinder inner surfaces, d. H. Cylinder-crankcase piston liners are suitable for thermal spray coating. The relatively thin spray coatings offer advantages, especially in aluminum cylinder crankcases, compared to conventionally used cast iron liners, as residual stresses are reduced, overall weight is reduced, and lower friction between pistons and piston liners during engine operation.
Zum Beschichten werden mit hoher thermischer und kinetischer Energie arbeitende Verfahren eingesetzt, z. B. das Plasmaspritzen, das Lichtbogendrahtspritzen, das Laserspritzen oder das Flammspritzen. Bei Durchführung des Beschichtungsverfahrens können zusätzlich reaktive Gase zur Unterstützung des Prozesses zugegeben werden. Die verwendeten Spritzmaterialien werden entweder als Draht oder als Pulver in den Energiestrahl eingeführt, und auf oder in das Substrat geschleudert. Als Werkstoffe kommen reine Stoffe, Legierungen oder Materialgemische unterschiedlicher Zusammensetzung in Betracht. Beim thermischen Beschichten von Zylinderinnenflächen bei Kurbelgehäusen werden die Materialteilchen mit hoher kinetischer Energie auf die zuvor mit definierter Rauhigkeit vorbereitete Zylinderinnenwand gesprüht, wodurch nach und nach die gewünschte Schichtdicke der Beschichtung erreicht wird. Ein Verfahren zur entsprechenden Vorbereitung der Zylinderinnenwand vor der Beschichtung ist z. B. in der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die beim thermischen Spritzen von Zylinderkurbelgehäusen anfallenden Gase und Stäube sicher aus dem Werkstück zu entfernen.The invention is therefore based on the object safely remove the resulting during thermal spraying of cylinder crankcases gases and dusts from the workpiece.
Hierzu wird bei einer Vorrichtung für das thermische Beschichten mit den eingangs angegebenen Merkmalen eine mit einer Unterdruckquelle verbundene, der Stirnseite der Zylinderinnenfläche gegenüberliegend angeordnete Absaugeinrichtung mit einer zu der Zylinderinnenfläche hin gerichteten Absaugöffnung vorgeschlagen, wobei die Absaugöffnung einen das Beschichtungswerkzeug tragenden Werkzeugschaft ringförmig umgibt.For this purpose, in a device for thermal coating with the features specified above, a vacuum source connected to the front side of the cylinder inner surface oppositely arranged suction device proposed with a directed towards the cylinder inner surface suction, wherein the suction opening a tool carrying the coating tool annularly surrounds.
Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich die beim thermischen Spritzen von Zylinderkurbelgehäusen anfallenden Gase und Stäube sicher aus dem Werkstück, also den Zylinderinnenflächen des Kurbelgehäuses, entfernen.With such a device, the gases and dusts accumulating during the thermal spraying of cylinder crankcases can be reliably removed from the workpiece, that is to say the cylinder inner surfaces of the crankcase.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Werkzeugschaft abgedichtet durch die Absaugeinrichtung hindurchgeführt. Vorzugsweise ist der Werkzeugschaft rotierend gelagert, und über eine Drehdichtung gegenüber der Absaugeinrichtung abgedichtet.According to one embodiment of the device, the tool shaft is guided sealed by the suction device. Preferably, the tool shaft is rotatably mounted, and sealed by a rotary seal against the suction device.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist Bestandteil der Absaugeinrichtung ein die Absaugöffnung umgebender Ring, der dem Kurbelgehäuse zugewandt flach, und dem Kurbelgehäuse abgewandt ansteigend gestaltet ist.According to a further embodiment, a component of the suction device is a ring surrounding the suction opening, which, facing away from the crankcase, is designed to be flat, and turned away from the crankcase.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Absaugeinrichtung ein mindestens zweiteiliges Absauggehäuse, wobei die Teile trennbar sind und der Werkzeugschaft in der Trennebene angeordnet ist.According to a further embodiment, the suction device comprises an at least two-part suction housing, wherein the parts are separable and the tool shank is arranged in the parting plane.
Eine weitere Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch eine zweite Absaugeinrichtung, wobei diese zweite Absaugeinrichtung Bestandteil der Werkstückaufnahme ist. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Absaugeinrichtung mit einer gemeinsamen, d. h. derselben Unterdruckquelle verbunden.A further embodiment is characterized by a second suction device, wherein this second suction device is part of the workpiece holder. Preferably, the first and the second suction device with a common, d. H. connected to the same vacuum source.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die zweite Absaugeinrichtung eine Mehrzahl an Absaugöffnungen auf, von denen jede Absaugöffnung einem der Zylinder des Kurbelgehäuses zugeordnet ist.According to a further embodiment, the second suction device has a plurality of suction openings, of which each suction opening is assigned to one of the cylinders of the crankcase.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung befindet sich die Absaugöffnung der zweiten Absaugeinrichtung am freien Ende eines in das Kurbelgehäuse hineinragenden, rohrförmigen Ansatzes, wobei die Außenkontur des Ansatzes an die Innenkontur des Kurbelgehäuses angepasst ist.According to a further embodiment, the suction opening of the second suction device is located at the free end of a projecting into the crankcase, tubular neck, wherein the outer contour of the neck is adapted to the inner contour of the crankcase.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Werkstückaufnahme derart zwischen einer ersten und einer zweiten Beschichtungsposition rotierbar, dass in der ersten Beschichtungsposition eine oder mehrere linke Zylinderreihen, und in der zweiten Beschichtungsposition eine oder mehrere rechte Zylinderreihen eines V-Motors oder eines Doppel-V-Motors bearbeitet werden können.According to a further embodiment, the workpiece holder is rotatable between a first and a second coating position such that in the first coating position one or more left-hand cylinder rows and in the second coating position one or more right-hand cylinder rows of a V-engine or a double V-engine are processed can be.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen: Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments, reference being made to the drawings. Show:
Zur Lösung bestimmter technischer Probleme, insbesondere tribologischer Probleme, ist es häufig erwünscht, Oberflächen eines Trägermaterials mit einem Werkstoff zu beschichten, der ganz bestimmte, an die jeweiligen Einsatzbedingungen optimal angepasste Eigenschaften hat. Derartige Beschichtungen haben im Vergleich zu Lösungen, bei denen mehrere Komponenten entweder mechanisch oder durch Klebe- oder Lötverbindungen zusammengefügt werden, den Vorteil einer äußerst kompakten Bauweise kombiniert mit einer verhältnismäßig großen Kontaktoberfläche der angrenzenden Werkstoffe, wodurch sich eine derartige Verbindungstechnik insbesondere für thermisch hoch beanspruchte Komponenten anbietet. Über die Beschichtung ergibt sich ein sehr guter Stoffschluss, so dass thermische Energie besonders gut abgeführt werden kann.To solve certain technical problems, in particular tribological problems, it is often desirable to coat surfaces of a substrate with a material that has very specific, optimally adapted to the particular conditions of use properties. Such coatings have the advantage of an extremely compact design combined with a relatively large contact surface of the adjacent materials, as compared to solutions in which several components are joined together either mechanically or by adhesive or solder joints, resulting in such a connection technology, especially for thermally highly stressed components offering. The coating results in a very good adhesion, so that thermal energy can be dissipated particularly well.
Im Bereich der metallischen Werkstoffe werden solche Beschichtungen häufig durch sogenanntes ”thermisches Spritzen” aufgebracht, wobei hier neben dem sogenannten Flammspritzen in jüngerer Zeit häufig das sogenannte Plasmaspritzen oder das Lichtbogenspritzen zur Anwendung kommt. Dabei werden Pulver- und/oder Drahtpartikel mit hoher thermischer und kinetischer Energie auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats geschleudert bzw. gespritzt und bilden dort nach der Temperaturabführung die gewünschte Auftragsschicht.In the field of metallic materials such coatings are often applied by so-called "thermal spraying", here in addition to the so-called flame spraying in recent times frequently the so-called plasma spraying or arc spraying is used. Here, powder and / or wire particles with high thermal and kinetic energy are thrown or sprayed onto the surface of the substrate to be coated and form there after the temperature dissipation of the desired application layer.
Neben einer genauen Einhaltung der Prozessparameter zur Vermeidung von sogenannten Aufbauporositäten, d. h. der Einlagerung von nicht mehr auffüllbaren Hohlräumen oder von sogenanntem ”Overspray”, bei dem ein Teil der nicht aufgeschmolzenen Teilchen nicht am Substrat haften bleibt sondern abprallt, kommt es für eine zuverlässige Nutzung dieses Herstellungsverfahrens entscheidend auf die mechanische Verklammerung zwischen Beschichtung und Substrat an, um ein ausreichend hohes Niveau der Schichthaftung zu erreichen. Es besteht in einem solchen Fall das Bedürfnis, die Substratoberfläche mit einer Oberflächenstruktur vorbestimmter Geometrie auszubilden, damit die Schicht sich über die gesamte zu beschichtende Oberfläche gleichmäßig mechanisch verzahnt. Dabei hat sich gezeigt, dass es vielfach nicht ausreicht, die Substratoberfläche beispielsweise durch Sandstrahlen oder Wasserstrahlen aufzurauen und/oder zu aktivieren.In addition to a precise compliance with the process parameters to avoid so-called build-up dorosities, d. H. the incorporation of no longer fillable cavities or of so-called "overspray", in which a part of the unfused particles does not adhere to the substrate but bounces off, it is crucial for a reliable use of this manufacturing process on the mechanical interlocking between the coating and substrate to to achieve a sufficiently high level of coating adhesion. In such a case, there is a need to form the substrate surface with a surface structure of predetermined geometry so that the layer uniformly mechanically interlocks over the entire surface to be coated. It has been found that in many cases it is not sufficient to roughen and / or activate the substrate surface, for example by sand blasting or water jets.
Wenn beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse mit geeigneten Beschichtungen versehen wird, die durch thermisches Spritzen aufgebracht werden, entsteht eine verschleißfeste und reibungsarme Lauffläche.For example, when a cylinder crankcase is provided with suitable coatings applied by thermal spraying, a wear resistant and low friction tread is created.
In den
Das zu bearbeitende Zylinderkurbelgehäuse
In den
Die Aufsätze
Am anderen Ende, hier also oberhalb des Kurbelgehäuses
Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel können aber auch mehrere Zylinder des Zylinderkurbelgehäuses
Beide Absaugeinrichtungen
Die Absaugöffnung der Absaugeinrichtung
Durch entsprechende Prozesssteuerung wird die Absaugeinrichtung
Vorzugsweise ist der Werkzeugschaft
Mit dem Werkzeug
Die Absaugeinrichtungen
Insbesondere der
In dem Absauggehäuse
Die Aufsätze
In
Mittig integriert in die Werkstückaufnahme
Das Durchlassventil
Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist für jedes Zylinderkurbelgehäuse nur jeweils ein Beschichtungswerkzeug vorgesehen, und die Absaugung erfolgt nur im Bereich der dieses Werkzeug umgebenden Zylinderinnenfläche. Im Rahmen der Erfindung ist es aber ebenso möglich, zugleich mehr als nur einen Zylinder des Kurbelgehäuses zu beschichten und hierbei die beschriebene Absaugung durchzuführen.In the embodiments described above, only one coating tool is provided for each cylinder crankcase, and the suction takes place only in the region of the cylinder inner surface surrounding this tool. In the context of the invention, it is also possible to coat more than one cylinder of the crankcase at the same time and in this case to perform the suction described.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- ZylinderinnenflächeCylinder inner surface
- 1111
- Stirnseitefront
- 1212
- Kurbelgehäusecrankcase
- 1616
- WerkstückaufnahmeWorkpiece holder
- 1818
- untere Absaugeinrichtunglower suction device
- 2020
- untere Zylinderöffnunglower cylinder opening
- 2222
- untere Absaugöffnunglower suction opening
- 2424
- AufsätzeEssays
- 2626
- Halterungbracket
- 2828
- obere Absaugeinrichtungupper suction device
- 3030
- Absaugöffnung/RingöffnungSuction / ring opening
- 3232
- Absauggehäuseextraction housing
- 3434
- Ringring
- 3636
- Zylinderöffnungcylinder opening
- 3838
- Werkzeugschafttool shank
- 3939
- Beschichtungswerkzeugcoating tool
- 4040
- Öffnungsmechanismusopening mechanism
- 4242
- Trennebeneparting plane
- 4444
- Scharnierhinge
- 4646
- SpannverschlussLever Release
- 4848
- linke Zylinderreiheleft cylinder bank
- 5050
- rechte Zylinderreiheright cylinder bank
- 5252
- DurchlassventilGate valve
- 5454
- Rotationsachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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