CN109475968B - 用于表面加工的方法、用于制造发动机缸体的方法、用于表面加工的装置和机动车 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于中空腔、尤其内燃机缸体(50)的气缸的活塞行进轨道的表面加工的方法，在其中提供有中空腔，加工工具(20)驶入到中空腔中并且利用加工工具(20)加工中空腔的表面。此外，吹扫气体(30)被导入到中空腔中并且在中空腔的开口处将抽吸设施联接到其处，以便于抽吸吹扫气体(30)以及在加工的情况下若有可能产生的颗粒。

Description

用于表面加工的方法、用于制造发动机缸体的方法、用于表面 加工的装置和机动车

技术领域

本发明涉及一种用于中空腔、尤其内燃机缸体(Verbrennungsmotorblock，有时也称为内燃机座)的气缸的活塞行进轨道(Kolbenlaufbahn)的表面加工的方法、一种用于制造内燃机的发动机缸体(Motorblock)的方法、一种用于中空腔的表面加工的装置以及一种机动车、尤其乘用车。

背景技术

在制造内燃机的发动机缸体中的气缸的活塞行进轨道的情形中，该活塞行进轨道被典型地结构化。这可实施成用于热覆层(Beschichten)的预备步骤。作为用于使表面结构化的方法可应用例如利用激光辐射(Laserstrahlung)的剥蚀方法。

在用于表面加工的剥蚀方法的情况中，被剥蚀的材料典型地作为固体颗粒、液体微滴或气态地或作为蒸汽被累积。其在高效且无干扰的方法的意义中应从剥蚀的位置处迅速运走。为了该目的，在许多情况中提供抽吸(Absaugen)。在此借助于负压产生气体流、例如空气流，其适用于随之引导颗粒并且从剥蚀的位置运走。为此必须实现足够的空气速度，以便于将典型地由金属或金属氧化物构成的颗粒保持在空气流中。紧接着可例如通过过滤方法来实现空气流的清洁。

在已知的方法中，通过抽吸产生非常大的空气流，其随之带有大尺寸的负压源和由此高的投资成本。此外能量耗费大，这随之带有大的运行成本。同样地，所需的用于清洁空气流的设备应相应大地设计尺寸。

文件EP 2 799 180 A2教导了一种用于机械元件的表面结构化的方法和装置，在其中在靠近表面的区域中借助于电磁辐射在表面上产生结构。在此，反射器元件在保护管中被引入到中空腔中，从而可借助于激光和激光的反射来使表面结构化。在此，所形成的气体或同样颗粒可利用抽吸来引出，其中，为了该目的，气体流动沿保护管在其外侧处被产生并且在中空腔的与保护管相对而置的侧上被拉出。

可从文件DE 100 64 440 A1获悉一种用于加工构件的柱形钻孔的内面的方法和装置，在其中同样借助于反射器将激光束偏转到柱形钻孔的内面上。在此如此来进行抽吸，使得提供一种抽吸管(Absaugrohr)，其开口在激光束的入射点(Auftreffpunkt)附近定位在待加工的表面上。通过产生负压将气体或颗粒通过该抽吸管从加工部位移除。

发明内容

本发明基于如下任务，提供一种用于表面加工的方法，一种用于制造发动机缸体的方法和一种用于表面加工的装置供使用，利用它们可以以简单、成本适宜且高效的方式输送吹扫气体以及运走被剥蚀的材料。

一种用于中空腔、尤其内燃机缸体的气缸的活塞行进轨道的表面加工的方法、一种用于制造内燃机的发动机缸体的方法、一种用于中空腔的表面加工的装置用于解决该任务。此外，提供一种机动车、尤其乘用车供使用。

本发明的第一方面是一种用于中空腔、尤其内燃机缸体的气缸的活塞行进轨道的表面加工的方法，在其中提供中空腔，加工工具(Bearbeitungswerkzeug)驶入到中空腔中并且利用加工工具加工中空腔的表面。此外，将吹扫气体(Spülgas)导入到中空腔中并且在中空腔的开口处将抽吸设施(Absauganlage)联接到其处，以便于将吹扫气体以及在加工的情形中若有可能产生的颗粒抽吸。

通常，中空腔指的是笔直地圆柱形的中空腔。柱形的中空腔尤其是内燃机缸体的在两侧敞开的气缸。然而不应排除的是，利用根据本发明的方法来加工盲孔(Sackloch)或另外成型的中空腔、例如带有有棱角的或不规则的底面的通常的气缸。

也被称为内部加工头的加工工具可以在引导装置、例如引导轨道处在气缸的纵轴线的方向上为可引导的。该纵轴线尤其伸延穿过限定气缸的面、例如圆面的重心。

加工工具尤其适用于沿着气缸的纵轴线至少部分地带入到中空腔中并且在引导装置处可引导地以及可转动地支承，以便于加工气缸的内面的每个点。在发动机缸体的情况中，由此可加工活塞行进轨道的每个点。若有可能，在通过加工工具的加工期间产生颗粒、例如通过从表面的材料剥蚀。

加工工具适用于表面加工、尤其用于表面结构化或粗糙化。这例如可基于激光来实现，还可作为用于紧接着的覆层过程的准备。

应导入的吹扫气体可处于负压下并且例如是氮气。也可设想其它气体、例如其它的惰性气体。备选地还可将空气用作吹扫气体。吹扫气体可通过加工工具的内部被带入到中空腔。备选地，吹扫气体可在其它部位处和/或利用自身的吹扫气体枪(Spülgaslanze)被带入到中空腔中。在基于激光束的加工的情况中可在加工工具中、尤其在其可驶入到中空腔中的端部处，布置有用于使激光束偏转的反射器。由此可将其从加工工具出来导引到中空腔的表面上。吹扫气体在此可保护反射器免于通过被剥蚀的材料引起的污染。在备选的设计方案中，保护气体可用于保护反射器。

在内面的加工和加工工具从中空腔中的驶出之后可实现加工工具和抽吸设施的侧向上的运动，以便于驶向并且紧接着加工另一气缸的气缸内面。为了该目的可使加工工具和抽吸设施尤其横向于气缸的纵轴线、即例如侧向上、可运动地来实施。由此可驶向多个气缸，也就是说，例如可利用根据本发明的方法相继加工一个发动机缸体的多个气缸或多个发动机缸体。

根据本发明的方法的显著优点在于，可实现抽吸体积流的明显减少。由此降低待输送和待过滤的空气量且由此降低成本，并且其提高了方法的效率。负压源和废气过滤器(Abluftfilter)可显著更小地设计尺寸，这节省了投资成本。通过更小的能量消耗来节省运行成本。相对于在其中被剥蚀的颗粒通过曲轴腔抽吸的方法，此外产生更少污染风险，因为颗粒可通过气缸直接抽吸并且不到达到曲轴腔中。

在该方法的一种设计方案中，加工工具基本上成中空杆形并且在加工工具的位于中空腔中的端部处通过那里的出口将吹扫气体导引到中空腔中。

换句话说，加工工具设计成用于联接到气体源处，从而可在待加工的构件的方向上实现穿过加工工具的内部的吹扫气体流。加工工具基本上且优选地刚好成中空杆形。

吹扫气体通过出口从中空杆进入到中空腔中。该出口可在激光辅助的加工方法的情况中例如是如下开口，对于其激光束也离开。该出口可备选地是单独的开口，或布置有多个出口。吹扫气体流可设计用于清洁反射器、用于保护免于污染以及用于运输被剥蚀的颗粒。

典型地，基本上成中空杆形的加工工具具有纵向延伸，该纵向延伸明显超过其横向延伸(在圆形杆的情况中即其直径)，从而其具有略长的底部形状并且可驶入到典型地略长的气缸中。加工工具的纵向延伸在此例如以系数1.5至10、尤其以系数2至5大于加工工具的直径。

在加工工具的与中空腔相对而置的侧处，该加工工具尤其固定在引导装置处，该引导装置实现加工工具到中空腔、例如气缸中的被引导的驶入。

该设计方案的优点是，吹扫气体的输送和用于例如借助于激光束加工的设备在加工工具中实现。

在该方法的另一设计方案中将抽吸设施密封地在中空腔的一侧处联接到其开口处。

抽吸设施在此尤其可直接被联接。在此，起密封作用的元件、例如密封部(Dichtung)的布置显然是可行的。在此，抽吸设施适用于施加负压并且吸入颗粒。所述颗粒可以是固态的和/或液态的，此外可吸入气体或气体混合物。这例如通过带有至负压源的连接的软管或管的布置来实现。尤其在整个气缸中实现随之承载被剥蚀的颗粒的气体或气体混合物流。

抽吸设施可例如以抽吸轴环(Absaugmanschette)的形式来实施，其被放置到中空腔的相应的开口上并且围绕开口周围被密封，从而在施加负压的情形中，仅仅存在于中空腔中的气体或气体混合物(可能包括液体和/或固体颗粒)被抽吸。在此，抽吸轴环的形状可匹配于开口的形状。在圆柱形的中空腔如发动机的气缸的情形中例如轴环的圆形底部形状是可行的。

抽吸轴环例如可由塑料构成或由橡胶或板件来实施。其可例如是弹性橡胶或刚性的。其可具有密封部，以便于相对于待加工的本体建立密封。其可利用用于建立紧密的连接的压靠压力来压靠或例如通过其重力建立紧密的连接。例如可出现抽吸轴环的变形和/或位于其中的密封部被挤压到本体处，其在此经受变形。为了该目的，抽吸设施尤其设计成可运动的并且例如布置在加工工具的引导装置处。在该情况中不发生对于引导装置的相对运动，并且加工工具可独立于抽吸设施驶入到气缸中。在此，可例如在加工工具驶入到气缸中之前实现用于将引导装置(包括抽吸设施)定位到工件处的运动，以便于建立其密封作用的连接。

换句话说，抽吸设施不与加工工具一同运动，而是保持成位置固定地按压在工件处、例如在发动机缸体处，而加工工具为了加工实施对于发动机缸体的相对运动。

在此，典型地，加工工具执行同样对于抽吸设施的与工件相对而置的侧的相对运动。例如，加工工具可伸延穿过抽吸设施。在此，尤其布置有起密封作用的元件、例如橡胶密封部，以便于尽管相对运动仍建立基本上且优选地完全气密的密封部。

在将方法应用在发动机缸体处的情况中，在实现气缸行进轨道的加工之前，抽吸装置被安放且若有可能按压在其也称为顶盖(Topdeck)的顶侧处。

吹扫气体尤其在中空腔的开口处被吸走，对于该开口该吹扫气体之前通过加工工具的内腔被导入。

该设计方案的优点在于，可有针对性地加工和抽吸气缸。加工工具以及抽吸设施可紧接着驶至下一待加工的气缸。

在该方法的一种设计方案中，表面加工利用激光束来进行，其中，激光束从加工工具通过加工工具的出口离开，吹扫气体也通过离开。

表面加工可在此例如用作用于热覆层的准备。尤其借助于激光将材料剥蚀，其中，被剥蚀的材料以固体颗粒、液体微滴的形式和/或作为气体被累积。材料可在剥蚀期间例如液化、汽化和/或升华。该被剥蚀的材料可通过抽吸设施被抽吸。

在另一设计方案中，抽吸设施将气体或气体混合物、尤其混以吹扫气体的周围环境空气从中空腔中抽吸，从而在表面加工的部位处实现气体或气体混合流。

由此实现载体流，其适用于将被剥蚀的材料拖走并且从剥蚀的位置处运走。为此将周围环境空气从在流动技术上位于材料剥蚀的部位之前的点吸入。例如为此将周围环境空气通过中空腔的与抽吸设施相对而置的开口拉入到其中。

尤其在发动机缸体的情况中可将周围环境空气通过至少一个另外的气缸和曲轴腔吸至材料剥蚀的部位处。为了该目的，发动机缸体为了执行方法被固定且密封在其底侧处，例如通过密封板件或橡胶元件。备选地空气还可仅通过曲轴腔吸入。

该设计方案的优点在于，除了被输入的吹扫气之外实现另一气体或气体混合物流，以便于将剥蚀的颗粒运走。由此可最小地设计吹扫气流，从而其首要可满足用于清洁反射器的功能，并且可自由使用的周围环境空气被用于运输颗粒。

本发明的另一方面是一种用于制造内燃机的发动机缸体的方法，在其中实施根据本发明的用于表面加工的方法，并且之后进行表面覆层。

尤其可实现热覆层，例如大气等离子覆层。

可利用根据本发明的方法制造不同类型的内燃机、如例如串励发动机(Reihenmotor)、V型发动机或W型发动机。

本发明的另一方面是一种用于执行根据本发明的方法的用于中空腔的表面加工的装置。所述装置包括基本上中空杆形的加工工具，该加工工具带有反射器以及激光束源和抽吸设施，该抽吸设施可紧密地安置在中空腔、尤其内燃机缸体的气缸的一侧处。

加工工具优选地设计成刚好中空杆形。激光束源可包括光学元件，如例如瞄准仪。

也被称为偏转棱镜(Umlenkprisma)或镜面(Spiegel)的反射器尤其用于使激光束偏转，该激光束沿着加工工具的纵轴线被引导通过其并且紧接着在中空腔的表面的方向上被反射。典型地，反射器在加工工具中布置在设计成用于驶入到中空腔中的侧处。激光束通过尤其位于侧向上的出口离开加工工具。

吹扫气流设计用于保护反射器免于污染以及有助于运走被剥蚀的颗粒。尤其至少一个出口布置在加工工具处，以便于实现吹扫气体流的离开。其还可以是激光的离开开口。在反射器处的溶解的污物可与气体或气体混合物一同被运走。

抽吸设施尤其包括也被称为抽吸罐(Absaugtopf)的抽吸轴环，其适用于被安放到包含中空腔的工件的表面上。此外，抽吸设施包括起密封作用的元件、至少一个软管以及负压源。

抽吸设施直接或间接布置在引导装置处。在间接布置的情况中可布置有中间元件。其可例如是如下元件，该元件实现在引导装置与抽吸设施之间的角度平衡。

该根据本发明的装置的优点在于，由此可执行有效的根据本发明的方法，利用其投资和运转成本的显著节省是可能的。

在一种设计方案中，用于表面加工的装置具有负压生成设备。

这可以是负压泵或真空泵。尤其还布置有或可布置有用于预备或清洁废气的设备，例如借助于空气过滤器。其也可以是装置的部分。

在装置的另一设计方案中，抽吸设施具有柔性的元件、尤其抽吸轴环，其适用于建立相对于构造中空腔的材料的表面的密封作用，在其中构造有开口。

如已描述的那样，轴环可由柔性材料来实施，以便于在按压到尤其发动机缸体的表面处的情形中变形且如此实现密封性。备选地，刚性的轴环是可行的，其借助于剪切力或压靠力被按压到表面处。这此外可具有密封部。

该设计方案的优点是，柔性的元件、抽吸轴环可准确地匹配于开口、如例如匹配于气缸缸体(Zylinderblock)的气缸的开口，以便于快速且有效地建立紧密的连接。密封作用通过在抽吸期间存在的负压仍被提高。

另一根据本发明的方面是一种机动车、尤其乘用车，其包括内燃机，其发动机缸体按照根据本发明的用于制造发动机缸体的方法来制造。

附图说明

在下面根据在附图中示出的实施例来阐释本发明。

其中

图1：示出穿过根据本发明的用于表面加工的装置的截面，

图2：示出穿过根据本发明的用于表面加工的部分地引入到气缸曲轴箱中的装置的截面，

图3：示出穿过在执行根据本发明的方法之前根据本发明的用于表面加工的装置的截面，

图4：示出穿过在执行根据本发明的方法期间根据本发明的用于表面加工的装置的截面，以及

图5：示出根据本发明的用于表面加工的装置的透视图。

具体实施方式

图1显示了穿过根据本发明的用于表面加工的装置10的截面。其包括也称为内部加工头的加工工具20，其以中空杆的形式来实施。加工工具20可借助于引导装置28垂直地引导，以便于将其引入到中空腔、例如发动机缸体的气缸54中。在加工工具20的内部中实现沿着加工工具20的纵轴线取向的吹扫气体流，其从上向下在加工工具20的可驶入到气缸中的侧的方向上伸延。在加工工具20的下端部处布置有也称为偏转棱镜的反射器26，其适用于使同样从上向下通过加工工具20被导引的激光束反射并且使其通过出口导引到气缸54的内部(在此未示出)中的活塞行进轨道52的表面处。为了不仅激光束23(在此未示出)而且吹扫气体30的离开在加工工具20的端部侧的区域处布置有侧向上的出口22。

该出口22如此定位，使得其沿着导引到加工工具中的激光束的纵向方向位于反射器26和与其相对而置地布置的抽吸轴环40之间，从而由反射器26反射的激光束以方向分量在朝向抽吸轴环40的方向上伸延。也就是说，在加工工具20的垂直布置的情况中，由反射器26反射的激光束可倾斜地如在附图中示出的那样向上伸延并且通过那里的出口22从加工工具20离开。如此预防通过在激光束的工作点处出现的蒸汽和/或颗粒引起的反射器26的污染。

在一种备选的、在此未示出的设计方案中，反射器26和出口22可如此布置且设计，使得被反射的激光束倾斜地向下偏向。

在其上端部处借助于法兰连接将加工工具20联接到中空轴76处，其可利用带驱动器72置于旋转运动中。由此整个加工工具20围绕其纵轴线旋转，并且可到达所有在气缸54的活塞行进轨道52上用于加工的点。

在引导装置28的下端部处布置有抽吸设施41的抽吸轴环40，其固定在引导装置28处。通过抽吸轴环40的顶侧伸延有加工工具20。在加工工具20的垂直运动的情形中，抽吸轴环40保持位置固定。在抽吸轴环40与加工工具20之间为了该目的布置有密封件46，其还在两个元件的相对运动的情形中基本上且尤其完全地实现气密的连接。在抽吸轴环40处布置有抽吸软管42，负压生成设备44、例如真空泵可联接到其处。其能够生成气体或气体混合物流34，其可包括吹扫气体30、可能被剥蚀的颗粒以及可能地周围环境空气32(在下面的图区域中)。抽吸轴环40的底侧笔直地实施并且适用于被放置到气缸曲轴箱的也被称为顶盖的顶侧上。

图2显示了穿过根据本发明的用于表面加工的装置10的截面，其部分地引入到气缸曲轴箱、即内燃机缸体50中。出于清晰性原因，在该图示中未示出吹扫气体30以及周围环境空气32。

激光束24从上向下垂直地伸延穿过加工工具20的纵轴线，并且通过布置在下面的反射器26通过侧向上的出口22在加工工具20的端部处被导引到内燃机缸体50的活塞行进轨道52的内面上。在所示的图中，加工工具20在此完全驶入到气缸54中。在此由柔性材料实施的抽吸轴环40几乎被挤压在一起，以便于得到与内燃机缸体50的表面的密封作用。内燃机缸体50在支架60上固定且借助于位于外部的密封板件62密封。由此防止例如周围空气通过曲轴腔(Kurbelwellenraum)侵入。在抽吸轴环40处布置有抽吸软管42，在其处可布置有负压生成设备44。

图3显示了穿过在执行根据本发明的方法之前的根据本发明的用于表面加工的装置的截面。吹扫气体流在垂直方向上伸延穿过加工工具20并且在其侧向上的出口22处离开。负压生成设备44生成气体或气体混合物流34，其包括吹扫气体以及周围环境空气32。同样在此内燃机缸体50被固定且借助于位于外部的密封板件62来密封。

图4显示了穿过在执行根据本发明的方法期间的根据本发明的用于表面加工的装置的截面。在该下一步骤中，加工工具20此时完全地驶入到内燃机缸体50的气缸54中。通过反射器26经历方向变化的激光束24通过其布置在端部处的出口22离开加工工具20并且加工气缸54的活塞行进轨道52。同时，吹扫气体30、例如氮气通过加工工具20和出口22被引入到内燃机缸体50的气缸54中。所实现的吹扫气体流一方面通过如下方式保护反射器26免于污染，即，吹走可能积聚的颗粒。另一方面通过负压生成设备44实现一气体或气体混合物流34，包括周围环境空气32，其通过暴露的气缸54和/或曲轴腔来吸入并且在材料剥蚀的区域中具有足够的速度，以便于拖走被剥蚀的颗粒并且保持在悬浮(Schwebe)中，以便于将其运走。通过抽吸软管42将气体或气体混合物流34(包括周围环境空气和吹扫气体30)吸至负压生成设备44。

图5显示了根据本发明的用于表面加工的装置10的透视图。其在其下端部处包括加工工具，其借助于法兰连接联接到中空轴76处。其以两个轴承74旋转地支承并且可经由带有发动机70的带驱动器72置于旋转运动中。由此出口22(在此未示出)同样在加工工具20的端部处旋转并且可到达活塞行进轨道52的每个点。在中空轴76之上布置有光学设备，例如，如在此所示，瞄准仪78。

附图标记列表

用于表面加工的装置 10

加工工具 20

出口 22

激光束 24

反射器 26

引导装置 28

吹扫气体 30

周围环境空气 32

气体或气体混合物流 34

抽吸轴环 40

抽吸设施 41

抽吸软管 42

用于负压生成设备的流动路径 44

密封件 46

内燃机缸体 50

活塞行进轨道 52

气缸 54

支架 60

密封板件 62

发动机 70

带驱动器 72

轴承 74

中空轴 76

瞄准仪 78。

Claims (14)

1.一种用于中空腔的表面加工的方法，在其中：

- 提供有所述中空腔，

- 将加工工具(20)驶入到所述中空腔中并且利用所述加工工具(20)加工所述中空腔的表面，

- 将吹扫气体(30)导入到所述中空腔中并且在所述中空腔的开口处将抽吸设施(41)联接到其处，以便于抽吸吹扫气体(30)以及在所述加工的情况下若有可能产生的颗粒，其中所述吹扫气体(30)在所述中空腔的开口处被吸走，对于该开口该吹扫气体之前通过所述加工工具(20)的内腔被导入，其中所述抽吸设施(41)密封地在所述中空腔的一侧处被联接到所述开口处。

2.根据权利要求1所述的用于表面加工的方法，其特征在于，所述加工工具(20)基本上成中空杆形并且所述吹扫气体(30)在所述加工工具(20)的位于所述中空腔中的端部处通过那里的出口(22)被导引到所述中空腔中。

3.根据权利要求1至2中至少一项所述的用于表面加工的方法，其特征在于，所述表面加工利用激光束(24)来进行，其中，所述激光束(24)从所述加工工具(20)通过所述加工工具(20)的出口(22)离开，所述吹扫气体(30)也通过所述出口离开。

4.根据权利要求1至2中至少一项所述的用于表面加工的方法，其特征在于，所述抽吸设施(41)将气体或气体混合物从所述中空腔抽吸，使得在所述表面加工的部位处实现气体或气体混合物流(34)。

5.根据权利要求1所述的用于表面加工的方法，其特征在于，所述中空腔是内燃机缸体(50)的气缸(54)。

6.根据权利要求4所述的用于表面加工的方法，其特征在于，所述气体或气体混合物是周围环境空气。

7.一种用于制造内燃机(70)的发动机缸体的方法，在其中实施根据权利要求1至6中至少一项所述的方法并且之后进行表面覆层。

8.一种用于执行根据权利要求1至6中至少一项所述的方法的用于中空腔的表面加工的装置，包括带有反射器(26)以及激光束源和抽吸设施(41)的基本上成中空杆形的加工工具(20)，该抽吸设施可紧密地安置在中空腔的开口处，其中所述装置如此设立，使得所述吹扫气体(30)可在所述中空腔的开口处被吸走，对于该开口该吹扫气体之前通过所述加工工具(20)的内腔被导入。

9.根据权利要求8所述的用于中空腔的表面加工的装置，其特征在于，所述抽吸设施(41)具有负压生成设备(44)。

10.根据权利要求8和9中至少一项所述的用于中空腔的表面加工的装置，其特征在于，所述抽吸设施(41)具有柔性的元件，该柔性的元件适用于建立对于构造所述中空腔的材料的表面的密封作用，在其中构造有所述开口。

11.根据权利要求8所述的用于中空腔的表面加工的装置，其特征在于，所述中空腔是内燃机缸体(50)的气缸(54)。

12.根据权利要求10所述的用于中空腔的表面加工的装置，其特征在于，所述柔性的元件是抽吸轴环(40)。

13.一种机动车，包括内燃机(70)，其发动机缸体按照根据权利要求7所述的用于制造发动机缸体的方法来制造。

14.根据权利要求13所述的机动车，其特征在于，所述机动车是乘用车。

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