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Verfahren zum Niederschlagen von Chromschiehten in Zylinderbohrungen von Verbrennungs- kraftmaschine.
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Die Anode besteht zweckmässig aus Hartblei und hat einen Durchmesser von Vs bis 15/16 des Durchmessers der Zylinderbohrung, d. h. bei den üblichen Durchmessern der Zylinder hat die Anode einen etwa um 10-16 mm geringeren Durchmesser als die Bohrung.
Um eine gleichförmige Dicke des Niederschlages zu sichern, ist es wesentlich, dass die Anode in der Zylinderbohrung genau zentriert wird, und dies kann durch Verwendung geeigneter Lagervorriehtungen
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Um ferner mit Sicherheit zu erreichen, dass die volle Decke des Chromüberzuges sich ohne Unter- brechung bis zu den Enden der Zylinderbohrung erstreckt, wird eine zeitweilige, später abzunehmende
Verlängerung der Bohrung in an sich bekannter Weise zweckmässig an dem oberen oder beiden Enden des Zylinderblocks angeordnet.
Bei Zylindern, die eine verhältnismässig kurze Länge im Vergleich mit dem Durchmesser der
Bohrung haben, kann eine rein zylindrische Anode verwendet werden, indes bei Zylindern von erheblicher Länge besteht bei zylindrischen Anoden eine Neigung zu einer grösseren Dicke des niedergeschlagenen
Chromüberzuges im unteren Teile der Zylinderbohrung als im oberen. Es ist daher vorzuziehen, in diesem Falle eine Anode zu verwenden, bei welcher der Teil innerhalb der Zylinderbohrung nach dem unteren
Ende zu im Durchmesser verjüngt ist.
Die Niederschlagung des Chroms wird in einem elektrolytischen Bad von normaler Beschaffenheit ausgeführt, u. zw. besteht ein geeignetes Bad aus 350 g Chromsäure auf den Liter Wasser unter Zusatz eines Sulfats, welches durch Zusatz von annähernd 1% Schwefelsäure zu der Lösung gebildet werden kann.
Zwei zweckmässige Arten der praktischen Ausführung der Erfindung sind schematisch in den Zeichnungen dargestellt.-
Fig. 1 ist eine umgekehrte Draufsicht eines umgedrehten Zwillingsmaschinenblocks, der mit eingelagerten Anoden versehen zur Eintauchung in das elektrolytische Bad bereit ist. Fig. 2 ist eine
Seitenansicht des Zylinderblocks. Fig. 3 ein vertikaler Querschnitt durch die Achse einer Zylinderbohrung. Fig. 4 stellt in einer Seitenansicht eines andern Zylinderblockes ein abgeändertes Verfahren zur Lagerung der Anoden dar. Fig. 5 ist ein vertikaler Schnitt durch die Achse einer Zylinderbohrung.
Bei der in Fig. 1-3 dargestellten Anordnung ist a ein Zylinderblock mit zwei Zylindern, die aus einem Stück mit der oberen Hälfte des Kurbelgehäuses a'bestehen, doch ist zu bemerken, dass diese Abbildungen nur schematisch sind und die dargestellte Anordnung auch auf einem Block anwendbar ist, der eine beliebige Zahl von Zylindern besitzt.
Jede der Anoden b ist ein hohler Zylinder aus Hartblei und hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Zylinderbohrung, u. zw. ist die Anode genau konzentrisch in der Zylinderbohrung gelagert, so dass zwischen der Oberfläche der Anode und der Innenfläche der Bohrung ein verhältnismässig enger ringförmiger Raum c bleibt.
Der Teil der Anode ausserhalb der Bohrung an jedem Ende ist im Durchmesser verringert, und über diesen reduzierten Teilen sind Hülsen d, e aus Isoliermaterial, wie Glas, Porzellan, oder einem andern Stoff von geeigneter mechanischer Stärke und Widerstandsfähigkeit gegen die Chromlösung aufgepasst.
Die untere Hülse d kann die Form einer Flanschenkappe besitzen, die das Ende der Anode, wie in Fig. 3 ersichtlich, vollständig einschliesst, während die obere Hülse e von beträchtlicher Länge ist und eine Schulter oder einen Flansch t besitzt, durch den die Anode getragen wird. Dieser Flansch ruht auf einer dünnen Platte g aus Stahl oder anderm geeigneten Material, die Öffnungen hat, durch welche die Anoden hindurchgehen. Die Platte ist ferner mit Mitteln versehen, um sie zeitweilig an dem Unterende des Kurbelgehäuses zu befestigen, welches während der elektrolytischen Behandlung nach oben liegt, und diese Befestigungsmittel dienen zugleich zur genauen Einstellung der Platte mit Bezug auf die genau in den Zylinderbohrungen zentrierten Anoden.
Die unteren Enden der Anoden werden in gleicher Weise durch eine Platte 11, zentriert, die zeitweilig am Zylinderblock befestigt und zur Aufnahme der Isolierhülsen d mit Öffnungen versehen ist.
Ferner ist am oberen Ende des Zylinderblocks in Linie mit jeder Bohrung eine zeitweilige Verlängerung der Bohrung in Form eines gekrempten Ringes i befestigt, dessen innerer Durchmesser der gleiche wie der der Bohrung ist. Der Anodenteil von vollem Durchmesser endet in derselben Ebene wie der freie Rand des Ringes, wie in Fig. 3 ersichtlich, aus einem Grunde, der weiter unten näher erläutert werden wird. Ein gleicher Ring kann an dem andern Ende der Bohrung im Punkte k am Kurbelgehäuseende der Bohrung angebracht sein, doch ist dieser nicht so wesentlich.
Der ganze dargestellte Aufbau wird in ein elektrolytisches Chrombad in geeigneter Tiefe eingetaucht, wie es durch die punktierte Linie I angedeutet ist, u. zw. wird der Block vorzugsweise zuerst einer anodischen Behandlung unterworfen, indem er in dem Bade auf die Zeit von etwa einer Minute als Anode geschaltet wird, um eine vollständige Entgasung der Oberfläche der Bohrung zu sichern.
Alsdann wird die Stromrichtung umgekehrt und Chrom auf der Oberfläche der Bohrung niedergeschlagen.
Die Entwicklung von Wasserstoff aus der Lösung in dem ringförmigen Raum c zwischen der Anode und der Bohrung sichert eine sehr schnelle Zirkulation der Lösung nach oben durch diesen Zwischenraum, so dass keine andern Mittel zur Erzielung eines Umlaufs des Elektrolyten erforderlich sind.
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Die Stromdichte wird so gewählt, dass ein Niederschlag von möglichst grosser Härte erzielt wird, und in der Praxis hat sieh als sehr geeignet eine Stromdichte von 30-70 Ampere auf den Quadratdezimeter und eine Spannung von 3-5 Volt erwiesen. Für diese Stromdichte ist eine Badtemperatur von annähernd 55-65 C geeignet.
Zur Fig. 3 ist zu bemerken, dass der Teil der Anode, der innerhalb der Zylinderbohrung liegt, im Durchmesser von oben nach unten verjüngt ist. Dies hat den Zweck, eine gleichförmige Dicke des Chrom- überzuges über die ganze Länge der Zylinderbohrung zu sichern, da bei langen Bohrungen rein zylindrische Anoden die Neigung haben, die Stärke der niedergeschlagenen Chromschicht allmählich nach dem unteren Ende der Bohrung zu erhöhen. Der Grund dafür ist anscheinend, dass der bei dem Verfahren erzeugte Wasserstoff in dem ringförmigen Raum zwischen Anode und Zylinderbohrung aufsteigt und nach dem oberen Ende dieses Raumes zu mehr und mehr konzentriert wird, so dass hier die Wirksamkeit der elektrolytisehen Niederschlagung verringert wird.
Diesem Vorgang wird dadurch entgegengewirkt, dass der wirksame Durchmesser der Anode nach dem unteren Ende zu verkleinert wird.
Die Verjüngung der Anode braucht nur sehr gering sein, u. zw. ist eine geeignete Verjüngung eine Verringerung des Durchmessers der Anode um einen Massteil auf je 100 Längenteile der Anode. Für sehr lange Zylinder kann der Grad der Verjüngung etwas gesteigert werden, oder man kann auch einen gleichförmigen Grad der Verjüngung anwenden und einen völlig gleichmässigen Chromniedersehlag dadurch sichern, dass die Stromdichte entsprechend geregelt wird, da das Volumen des erzeugten Wasserstoffes mit der Stromdichte verändert wird.
Der Zweck der Isolierhülsen d, e besteht darin, den Stromfluss genau auf die Zylinderbohrung und den Teil der Anode zu beschränken, der in der Zylinderbohrung liegt, so dass die elektrischen Verluste auf ein geringstes Mass verringert und die Gleichförmigkeit des Stromflusses und daher eine Gleichmässigkeit des Chromniederschlages über der ganzen Oberfläche der Bohrung gesichert werden. In der Praxis hat sich ergeben, dass jeder Stromfluss zwischen der Anode und Teilen des Zylinderblockes ausserhalb der Oberfläche der Bohrung dazu führt, das ganze Verfahren zu stören und den Chromniedersehlag fleckig zu gestalten oder sogar ganz zu verhindern.
In dem elektrolytischen Bad ist eine Spannung von 2 Volt für gewöhnlich notwendig, um die Polarität zu überwinden, und wegen der geringen Entfernung zwischen Anode und Oberfläche der Zylinderbohrung ist nur eine geringe Spannung zur Erzeugung einer hohen Stromdiehte erforderlich.
In der Praxis ist eine Gesamtspannung von 3-4 Volt hinreichend, um die höchste wünschenswerte Stromdichte zu erreichen, und da 2 Volt für die Überwindung der Polarisation notwendig sind, ist es klar, dass, wenn der Strom sich über verhältnismässig grosse Oberflächen von andern Teilen des Zylinderblocks ebenso ausbreiten kann, wie über der Oberfläche der Zylinderbohrung allein, nur ein verhältnismässig kleiner und nicht bekannter Betrag des Stromes für die Arbeit der Niederschlagung des Chroms verfügbar ist. Ein Versuch, diese Schwierigkeit durch Vergrösserung des Stromes zu überwinden, führt nicht zu dem gewünschten Erfolg, da er nur den Stromfluss auf grösseren Flächen des Zylinderblocks ausserhalb der Bohrungen verstärkt.
Anstatt eine Hülse von Isoliermaterial über den reduzierten Teil der Anode ausserhalb der Zylinderbohrung anzubringen, kann auch eine Hülse aus Stahl oder anderm Material, die mit einem isolierenden, gegen Chromlösung widerstandsfähigen Emailüberzug versehen ist, angewendet werden, oder es kann auch auf die Anode selbst ein isolierendes Email aufgebracht werden.
Anderseits kann auch der Teil der Anode ausserhalb der Zylinderbohrung sehr stark im Durchmesser reduziert werden, wie dies bei m in Fig. 4 dargestellt ist, und dieser reduzierte Teil kann unbedeckt gelassen werden, da der elektrische Weg zwischen seiner Oberfläche und der Oberfläche des ihm am nächsten liegenden Teiles des Blockes zu lang ist, als dass ein schädlicher Stromübergang in merklicher Höhe eintreten könnte. Auf Wunsch kann indes auch dieser reduzierte Teil mit einem isolierenden Lack oder Email überzogen oder mit einer Hülse aus Isoliermaterial oder emailliertem Metall bedeckt werden.
Der Zweck des Ringes j, der eine zeitweilige Verlängerung der Zylinderbohrung bildet, besteht darin, mit Sicherheit zu erreichen, dass die volle Dicke des niedergeschlagenen Chromüberzuges sich bis an das äusserste Ende der Bohrung erstreckt. Es hat sich ergeben, dass bei der elektrolytischen Niederschlagung von Chrom auf der Innenseite von Zylinderbohrungen die Neigung besteht, dass die Dicke der niedergeschlagenen Schicht sich an den Enden der Bohrung verringert, und dies hat ernste Nachteile zur Folge besonders am oberen Ende der Bohrung. Dadurch, dass eine zeitweilige Verlängerung der Bohrung angeordnet wird, findet diese Verjüngung oder Verdünnung des Niederschlages innerhalb der Oberfläche der Verlängerung statt, und der Niederschlag auf der Bohrung selbst erhält bis zu den äussersten Enden die volle Dicke.
Statt diese Verlängerung aus einem gekrempten Ring zu bilden, kann sie auch in der Weise gebildet werden, dass eine Platte von erheblicher Dicke, die an dem Ende des Blockes befestigt wird, mit einer Öffnung versehen wird, deren innerer Durchmesser derselbe ist als der der Zylinderbohrung.
Die Verlängerung wird gewöhnlich aus Metall hergestellt, u. zw. vorzugsweise aus dem gleichen
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man auch eine Verlängerung als Isolationsmaterial benutzen, da alsdann der Stromfluss von der Anode aus in der Bohrung gehalten und eine Chromschicht von voller Dicke bis an das Ende der Bohrung nieder- geschlagen wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen einen geeigneten Aufbau zur Behandlung von Zylinderblöeken, die vom
Kurbelkasten getrennt sind.
In diesem Falle ist der umgekehrte Zylinderblock a durch Bolzen od. dgl. auf der Unterseite eines
Gestells n befestigt, das Öffnungen p besitzt, die jeder Zylinderbohrung entsprechen. Die Anoden b sind in einem Block q aus Gusseisen oder anderm Material gelagert und darin genau eingestellt. Der
Block q ist auf dem Gestell mittels einer Platte r aus Isolationsmaterial, z. B. Hartholz oder Ebonit, gelagert. Diese Anordnung eignet sich zur Verwendung in Fabriken, wenn eine Anzahl gleicher Zylinder- blöcke behandelt werden sollen.
Die Dicke der auf der Oberfläche der Zylinderbohrung niedergeschlagenen Chromsehieht hängt von den gestellten Anforderungen ab. Für die Verehromung der Bohrungen neuer Zylinderblöeke ist ein Überzug von 0'07-0-2 mm Dicke hinreichend, um eine Schleifung und Polierung der Chromoberfläche zuzulassen, die jede Rauheit beseitigt und eine Gleitfläche herstellt, die ebenso lange hält wie die Maschine.
Im Falle von alten Zylinderblöcken kann ein Überzug von jeder gewünschten angemessenen Dicke aufgebracht werden, um die Zylinderbohrungen in ihrem ursprünglichen Durchmesser wiederherzustellen und normale Kolben benutzen zu können.
Nach der Niederschlagung des Chroms auf den Zylinderbohrungen kann es erwünscht sein, den Zylinderblock auf eine Temperatur von 150-300 C etwa bis 2 Stunden lang zu erhitzen, um den in dem Chromniederschlag und in dem Eisen des Zylinderblocks eingeschlossenen Wasserstoff auszutreiben, da eingeschlossener Wasserstoff eine Sprödigkeit des Chroms unter Umständen herbeiführen kann. Diese Behandlung verhindert jede Gefahr einer Abbröckelung des Chromüberzuges bei der schliesslichen Schleif- und Polierbehandlung.
In Fällen, wo eine Zylinderbohrung abgezogen und aufs neue elektrolytiseh überzogen werden soll, ist eine Erhitzung des Blockes wesentlich, da es unmöglich ist, Chrom auf Eisen niederzuschlagen, das absorbierten Wasserstoff enthält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Niederschlagen von Chromsehichten gleichmässiger Stärke auf der Fläche der Zylinderbohrungen von Verbrennungskraftmaschinen in einem Verchromungsbad, bei 3-5 Volt und 30-70 Ampere pro Quadratdezimeter, unter Verwendung einer Anode mit kreisförmigem Querschnitt, die genau zentriert in die Zylinderbohrung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodendurchmesser V3 bis : [ des Durchmessers der Zylinderbohrung beträgt und der Stromfluss genau auf die Zylinderbohrung und den ihr entsprechenden Anodenteil beschränkt ist.