DE10027169B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderbohrungsoberflächen mit ultradünnen Feststoff-Phasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderbohrungsoberflächen mit ultradünnen Feststoff-Phasen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderbohrungen 16 mit präziser Dicke und Haftkraft mit: einer Düse 13 zur Herstellung eines hohlen konischen Sprühnebelmusters, einer Emulsion um eine Achse; einer Hochdruckzuführung zur Düse 13, wobei die Emulsion Feststoffschmiermittel in Fluidsuspension aufweist, und Mitteln zum steuerbaren Bewegen der Düse 13 in der Zylinderbohrung 16, um eine Emulsionsschicht im Dickenbereich von 8-13 Mikron abzuscheiden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Zylinderbohrungen, das das Vorbereiten der Zylinderbohrungsoberfläche, um verunreinigungsfreies frisches Metall freizulegen, Herstellen eines hohlen konischen Sprühnebelmusters aus feinen Nebeltröpfchen einer festen Schmiermittelemulsion (der konische Sprühnebel besitzt eine Basis mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung 16 ist) und Bewegen der Spitze des konischen Sprühnebels entlang der Achse der Bohrung 16 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, um eine der Emulsionsschichten auf dem Inneren der Zylinderbohrung 16 einer Dicke von nicht mehr als 20 Mikron abzuscheiden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 9. Insbesondere bezieht sie sich also auf die Technologie der Beschichtung von Zylinderbohrungen und insbesondere auf Überzugsschichten, die in gleichmäßiger Dicke ultradünn abgeschieden werden, während sie feste Schmierstoffpartikel aufweisen.
  • Die ersten Bohrungsbeschichtungen für Aluminiumzylinderbohrungen von Kraftfahrzeugen wurden hergestellt, indem ein anodisierendes Verfahren eingesetzt wurde (elektro/elektroloses Abscheiden), das zu einer Legierung mit hohem Nickelgehalt, Nikasil, führte; Nachteile des Verfahrens waren die hohe Reibung, großer Raumbedarf für die Anlage, die Bearbeitungszeiten und hohe Investitions- und Betriebskosten. Nachfolgende Versuche, die Reibung bei höherer Zuverlässigkeit zu reduzieren, umfaßten den Einsatz von Gußeiseneinsätzen oder die Verwendung von Zylinderbohrungsüberzügen unter Einsatz von Standard-Farbspritzausrüstungen. Beim Farbspritzen wurde eine Düse der Spritzausrüstung in die Mündung der Bohrung gehalten und so bewegt, dass ein 360° Überzug gebildet wurde. Unglücklicherweise war eine derartige Ausrüstung aufwendig zu handhaben und führte dazu, dass die Beschichtung ungewöhnlich dick wurde (siehe US-Patente 5,482,637A und 5,363,821 A).
  • Die Beschichtung von Aluminiumzylinderbohrungen wurde kürzlich mit thermischen Spritztechniken durchgeführt, wie Plasmalichtbogen- oder Drahtlichtbogen-Verfahren, um eine Beschichtung hoher Adhäsion herzustellen, die den hohen Temperaturbelastungen in Motorzylindern widerstehen kann. Die Ausrüstung für ein derartiges Beschichtungsverfahren ist komplex und erfordert beträchtliches Fachwissen, um die Beschichtung zu steuern, da sie in einer geschlossenen oder verborgenen Umgebung durchgeführt wird (siehe US-Patent 5,358,753A). Das Verfahren bezog sich in seinen frühesten Einsätzen auf die Produktion hoher Stückzahlen und eignet sich nicht für Anwendungen bei niedrigen Stückzahlen, wie bei der Motorreparatur oder Rennställen, die einige wenige Motoren betreffen.
  • Aus der WO 95/02025 A1 ist bekannt, Zylinderbohrungen mittels eines Sprühnebels, der eine ungleichmäßige Beschichtung auf der Zylinderbohrung hinterläßt, da er inhomogen ist, zu beschichten.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Beschichten von Zylinderbohrungen zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dabei werden (i) Phasen festen Schmiermittels aus feinen Nebelemulsionströpfchen hergestellt, die ein hohles konisches Sprühnebelmuster bilden, und (ii) die Bewegung des Sprühnebels im Bohrungsinneren so gesteuert, dass eine extrem genaue Beschichtungsdicke erzielt wird, ohne dass danach Endhonen notwendig ist.
  • Erfindungsgemäß ist die zum Einsatz des Verfahrens notwendige Ausrüstung relativ preiswert, erzielt hohe Produktionsgeschwindigkeiten und benötigt wenig bis mäßig Raum – so ist das Verfahren in bestehenden Boxen oder Fabriken einsetzbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt also die Schritte:
    • (a) Vorbereiten der Zylinderbohrungsoberfläche unter Freilegen kontaminationsfreien Metalls,
    • (b) Herstellen eines hohlen konischen Sprühnebels, aus feinen Nebeltröpfchen einer Festschmiermittelemulsion, durch eine Düse, wobei die Düse an ihrem Düsenkopfende einen divergierenden und einen konvergierenden konischen Oberflächenabschnitt aufweist und der konische Sprühnebel eine Basis mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Zylinderbohrungsoberfläche; und
    • (c) Bewegen der Spitze des konischen Sprühnebels entlang der Achse der Bohrung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, um eine Emulsionsschicht auf dem Zylinderbohrungsinneren mit einer Dicke von nicht mehr als 20 μm abzuscheiden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungen mit präziser Dicke und Adhäsion, mit
    • (a) einer Düse zur Herstellung eines hohlen konischen Sprühnebels aus einer Emulsion
    • (b) einer Hochdruck-Emulsionszuführung zur Düse, wobei die Emulsion festes Schmiermittel in Fluidsuspension aufweist, und
    • (c) Mitteln zur gesteuerten Bewegung der Düse in der Zylinderbohrung, um eine gleichmäßige Emulsionsschicht, bevorzugt im Dickenbereich von 5 bis 15 μm mit einer Flexibilität für größere Dicken bis zu 30 μm, falls erwünscht, abzuscheiden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie der Zeichnung näher erläutert, auf die sie aber keinesfalls eingeschränkt ist. Darin zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer tragbaren Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur individuellen Behandlung von Motorkomponenten;
  • 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der zum Sprühen einer Emulsion zum erfindungsgemäßen Beschichten eingesetzten Düse;
  • 3 eine sehr stark vergrößerte zentral geschnittene Ansicht der Düse der 2, die zeigt, wie das hohle Sprühnebelmuster hergestellt wird;
  • 4 ein schematisches Diagramm der pneumatischen Steuerungen zum Betrieb der Kolben/Zylindervorrichtung, um die Düse zu bewegen und zu positionieren; und
  • 5 ein schematisches Diagramm der zur Emulsionförderung zur Düse eingesetzten hydraulischen Kreise.
  • Die Emulsion besteht bevorzugt aus einer thermisch härtenden Polymerbasis mit mindestens 15 Vol% (6 Gew.%) festem Schmiermittel aus MoS2, BN und Graphit. Obwohl auch andere Emulsionen mit festem Schmiermittel verwendet werden können, ist es sehr wichtig, dass sich aus der Emulsion ein Film abscheidet, der in sei ner chemischen Zusammensetzung einheitlich ist (klumpenfrei) und hervorragende Reibungs- und Verschleißscharakteristika sowohl unter trockenen als auch konventionellen ölgeschmierten Bedingungen auf diversen Materialien, wie gehärtetem Stahl, Gußeisenoberflächen, Aluminiumlegierungen und Siliziumnitrid, zeigt.
  • Mechanische Reibung beeinträchtigt signifikant die Treibstoffökonomie von Verbrennungsmotoren. Der Kolben/Bohrungsfreiraum, Abweichungen, die durch Zylinderbohrungsverzug induziert wurden, hervorgerufen durch Variationen der Motorgeschwindigkeit und Belastung bei normalen Motorbetriebszuständen, Abkühlgradienten, als auch Bearbeitungs- und Fabrikationsinduzierte Verzüge können so zusammenwirken, dass schwerwiegende Verzüge hervorgerufen werden, die zu Zylinderfehllauf und -konzentrizität während des Motorbetriebs führen. Diese Verzüge erhöhen die Reibung stark und führen so zu Bohrungsverschleiß als auch zu Blasen (führt zu exzessiven Treibstoffverbrauch) und exzessivem Motorölverbrauch. Der stärkste Bohrungsverschleiß findet an der obersten Ringumkehrzone einer Zylinderbohrung durch den hohen Ringbogenkontaktdruck statt, kombiniert mit sehr niedrigen (nahe 0) Kolbengeschwindigkeiten, die Grenzreibungsbedingungen hervorrufen. Um dies zu vermeiden, werden bei Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik die Gußeisenbohrungen durch Honen endbearbeitet, um eine spezielle Öl-aufnehmende Oberflächentextur, die als Plateau Honungs-Endbearbeitung bezeichnet wird, herzustellen. Die Textur mit rückgehaltenem Öl erleichtert die Dissipation von Reibungswärme und verhindert exzessiven Bohrungsverschleiß; allerdings wird bei längerer Motorbetriebszeit der Bohrungsverschleiß an der Spitze der Ringumkehrzone weiter auftreten und zerstört schließlich die Textur. Demzufolge werden der Bohrungsverschleiß und der Ölverbrauch erhöht und die Motorlebenszeit eingeschränkt.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Emulsionen bauen feste Schmiermittel niedriger Reibung ein, die schnelle Ölfilmbildung auf der Beschichtung fördern, wodurch Ölfilme eng anhaften können, um Reibung und Verschleiß signifikant zu reduzieren. Der Festfilmschmierstoff erniedrigt bei Reibungswärme den Reibungskoeffizienten (eine der Festfilmschmierstoff-Zusammensetzung inhärente Eigenschaft), wodurch seine Oberflächenrauhigkeiten leicht eingeebnet werden und ein sehr glatter Endzustand, der sich 0,01 bis 0,02 μm Ra nähert, resultiert. Die Kombination des fest haftenden Ölfilms einer Dicke von etwa 0,5 μm und der extrem glatten Endoberflächen erzielt hydrodynamisches Schmieren, das auftritt, wenn der Ölfilm mindestens das sechsfache der Höhe der Rauhigkeiten besitzt. Als Resultat derartiger Reibungsphänome für das hydrodynamische Schmierverhalten ermöglicht der Einbau des Festfilmschmierstoffes eine viel glattere Endoberfläche ohne Verringerung der Motorlebensdauer durch seine Ölhalte- oder Rückhaltecharakteristika. Offensichtlich verringert alles, was hydrodynamisches Schmieren fördert, die Motorreibung. Eine wichtige Charakteristik der thermisch gehärteten Polymerbasis, die Molybdändisulfid, Bornitrid und Graphit aufweist, besteht darin, dass sie das hydrodynamische Schmieren aufrechterhält und selbstheilend ist. Wenn zwei Reibobertlächen, von denen mindestens eine mit einem derartigen festen Schmiermittel überzogen ist, in Kontakt gebracht werden, werden Oberflächenrauhigkeiten aus den beschichteten Oberflächen vorstehen und miteinander in Reibkontakt treten. Durch den Reibkontakt wird also eine bestimmte Wärmemenge generiert. Die Rauhigkeiten werden lokal abgeschliffen und etwas glatter. Die lokale Reibung generiert thermische Energie, welche die umgebende Fläche, den Festfilm-Schmiermittelüberzug, lokal erwärmt, der dann zu lokalem Fließen neigt, wodurch schließlich die abgenutzten freigelegten Metalloberflächen mit Festfilmmaterial mit einigen wenigen Molekülschichtdicken überzogen werden. So wird die lokale Reibung herabgesetzt, da nur einige wenige Molekülschichten festes Schmiermittel für einen niedrigeren Reibungskoeffizienten notwendig sind. Ferner schert der Festfilmschmierstoff unter den Kontaktkräften (da er das schwächere Material ist) und reduziert Reibung im hydrodynamischen Bereich. Der bevorzugte Festfilmschmierstoff besitzt eine Affinität zu Öl, das stark am Schmierstoff haftet. Wie bereits vorher erwähnt, ermöglicht der Einbau des Festfilmschmierstoffes eine viel glattere Endoberfläche ohne Beeinträchtigung der Motorlebensdauer auf Grund dessen Ölhalte- oder Rückhaltecharakteristika, die hydrodynamisches Schmieren fördern und Motorreibung reduzieren. Dies ist ein sehr wichtiges Charakteristikum, das darüber hinaus die Kühlung fördert und Reibung reduziert.
  • Wie in 1 gezeigt, weist eine Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Hochdruck-Emulsionszuführschaltkreis 11 mit Leitungen 12 auf, der eine einzige Düse 13 versorgt, die einen hohlen konischen Sprühnebel 28 liefert. Die Düse 13 ist am Ende einer engen rohrförmigen Manschette 14 eines Durchmessers von etwa 10 mm abgestützt, die sich von einer pneumatisch betriebenen Kolben/Zylinderanordnung 15 nach unten erstreckt und über einer selektierten Zylinderbohrung 16 eines Motorblocks 17 mittels eines von einem bewegbaren Wagen 19 getragenen vertikalen Träger 18 angeordnet werden kann. Die Kolben/Zylinderanordnung 15 wird durch pneumatische Schaltkreise 20 betrieben, die über eine computerisierte Steuerung 21 gesteuert werden, um die erwünschte gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit der Düse 13 zu erzielen.
  • Wie in 2 gezeigt, besitzt der Sprühnebel 28, der von der aus Carbid bestehenden Düse 13 emittiert wird, die Form eines hohlen Horns mit einem Durchmesser 22 an seiner Basis von etwa 280 mm und einer Höhe 23 (gemessen von seiner Spitze 24 aus) von etwa 254 mm, wobei die selektierte Zylinderbohrung 16 (1) typischerweise einen Durchmesser von 90 mm hat; der Bohrungsdurchmesser kann zwischen 50 und 250 mm variieren und der entsprechende Sprühnebel 28, den die Düse bereitstellt, benötigt einen Horndurchmesser von 400-800 mm. Es ist vorteilhaft, das Sprühnebelmuster 28 zu aktivieren, wenn die Düse 13 sich etwas unterhalb des Zylinderbohrungbodens 27 (Kurbelwellenende) befindet, wenn ihre abstützende rohrförmige Manschette 14 konzentrisch nach oben durch die Zylinderbohrung 16 verläuft. Nachdem der Sprühnebel gestartet ist, wird die Düse 13 schnell angehoben und aus dem Bohrungsende 25 herausgezogen. Eine derartige Bearbeitung mit Sprühnebel von unten nach oben vereinfacht die Maskierung von Motorblockbereichen, an denen Feststofffilm-Schmiermittel unerwünscht ist.
  • Die rohrförmige Manschette 14 umfaßt ein langes Nadelventil 26, das fluide Emulsion zur Düse lässt und dessen Sitz 29 sich gerade stromaufwärts der Düse befindet.
  • Um das erwünschte hohle Sprühnebelmuster zu erhalten, ist die Düse 13 (s. 3) so konstruiert, das sie mit einem Hochdruck-Emulsionszuführschaltkreis 11 betrieben und von diesem versorgt wird, der einen Druck im Bereich von 5,7 bis 10,5 bar besitzt. Die Emulsion tritt in die Düse und eine gerade zylindrische Kehle 30 ein, die sich zu einer durch eine divergierende konische Düsenoberfläche 32 begrenzte Aufweitzone 31 öffnet, die durch einen kurzen konischen konvergierenden Düsenobenflächenabschnitt 33 beendet wird, wodurch das Moment des Fluids 34 die konvergierende Düsenoberfläche 33 umhüllt und einen Sprühnebel 28 mit einem hohlen Bereich 35 herstellt. Das Sprühnebelmuster besteht aus einer Haube feiner nebelartiger Tröpfchen 38 (Teilchengröße 0,5 bis 50 μm), die eine Dicke 36 im Bereich von 2 bis 25 cm besitzt. Der erwünschte Winkel 39 (gemessen von der Achse 13a der Düse) für die divergierende Oberfläche 32 beträgt etwa 30 bis 45° und der erwünschte Winkel 37 des konvergierenden Oberflächenabschnitts 33 zur Achse 13a etwa 140 bis 155° (± 10 bis 15°). Der Hochdruck (5,7 bis 10,5 bar) des Vorrats führt zu kleinen Nebeltröpfchen oder Partikeln 38; wobei die extrem hohe Energie das Fluid dazu veranlaßt, die physikalisch kleinsten Tröpfchen anzunehmen, um die aufgebrachte Energie zu dissipieren und kleine Kügelchen mit größerer Fluidoberfläche herzustellen. Es könnten sogar höhere Drücke über 10,5 bar eingesetzt werden, aber bei derzeit unwirtschaftlichen Kosten.
  • Die auf dem vertikalen Träger 18 angebrachte Kolben/Zylinderanordnung 15 wird durch den pneumatischen Schaltkreis 20 (in 4 schematisch gezeigt) betrieben. Die auf dem Wagen 19 angeordneten Systemelemente des Schaltkreises umfassen eine Luftzufuhr 40 (mit etwa maximal 0,57 bar), die über die Leitung 41 mit einem Hauptsteuerventil 42 und die Leitung 43 mit einem Bremsenlöseventil 44 in der Kolben/Zylinderanordnung 15 verbunden ist. Das Hauptsteuerventil 42 ist verschiebbar, um Luftdruck zum Flußsteuerventil 45 zum Aufwärtshub des Kolbens 46 und/oder zum Flußsteuerventil 47 für einen nach unten gerichteten Hub des Kolbens 46 zu leiten. Der Ausgleich zwischen den Flußsteuerventilen 45 und 47 wird durch den Regler 48 geschaffen. Das Hauptsteuerventil 42 wird durch eine computerisierte Steuerung 49 betrieben, die durch elektrische Kabel (54, 53A, 53B) mit dem Hauptsteuerventil 42, dem Sensor 50 und dem Bremsenlöseventil 51 verbunden ist. Eine portable Handsteuerung 52 kann zum Ansteuern der Hauptsteuerung 49 eingesetzt werden, bei größeren Produktionsstückzahlen kann diese durch eine automatische Rücksteuerschleife ersetzt werden, die zur Durchführung dieser Funktion programmiert ist. Die Handsteuerung kann die Düse 13 schrittweise in eine exakte Startposition bewegen und zum Start einer weichen kontinuierlichen Aufwärts- oder Abwärtsbewegung veranlassen, die an einer vorbestimmten Stopposition beendet ist. Während der Aufwärts- oder der Abwärtsbewegung wird die Handsteuerung den Fluid-Zuführ-Schaltkreis zur Zufuhr von Feststoffemulsion zur Düse veranlassen.
  • Wie in 5 gezeigt, weist der Emulsions-Zuführschaltkreis 11 eine Hochdruckpumpe 55 auf, die Luft von einem Vorrat 56 empfängt, die bei 57 geregelt, bei 58 verstärkt und bei 59 geschmiert ist. Die Pumpe zieht die feste Schmierstoffemulsion aus einem Reservoir 60 über eine Siphonstange und ein Sieb 61. Die Emulsion wird durch die Leitung 62 zu einem Umlaufventil 63 (falls offen) geführt, sodann zur Pumpe 55 und weiter durch die Leitung 64, die eine Heizeinrichtung 65 aufweist, zum Erhitzen der Emulsion auf eine Temperatur im Bereich von 40 – 80° C zum Aufrechterhalten einer konstanten Viskosität und demzufolge eines gleichmäßigen konsistenten Sprühnebelmusters. Die erwärmte Emulsion wird bei 66 gefiltert und sodann zur Nadelventil-gesteuerten rohrförmigen Manschette 14 geführt, die zur Düse 13 führt. Falls das Nadelventil (Umlaufventil) nicht geöffnet ist, wird die Emulsion durch die Leitung 67 zurück zum Umlaufventil 63 geführt. Falls das Umlaufventil geschlossen ist wird die Emulsion durch das Ventil 68 und durch die Leitung 69 abgelassen.
  • Die Viskosität der fluiden Emulsionen muß in einem engen Bereich gehalten werden, bspw. zwischen 80 und 102 mm2/s bei einer Emulsion mit MoS2, BN und Graphit in einer thermoplastischen oder thermisch härtenden Harzmischung. Dies wird erreicht, indem Lösungsmittel oder der Rohemulsionsvorrat zum Reservoir mit dem Sprühmittelansatz geführt wird, um im Reservoir 60 die erwünschte Viskosität zu erhalten. Um chemische Adhäsion des feinen Sprühnebels zu erhöhen, ist es erwünscht, die Zylinderbohrungsoberfläche auf eine Temperatur von 100° C zu erhöhen, dies fördert schnelleres Trocknen der abgeschiedenen Emulsion ohne Tröpfchenbildung. Tröpfchenbildung beeinträchtigt den Kolbenbohrungsfreiraum wesentlich und sollte vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, das unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung und Materialien durchgeführt werden kann, weist die Schritte auf: (a) Vorbereiten der Zylinderbohrungsoberfläche zum Freilegen von verunreinigungsfreiem frischem Metall, (b) Herstellen eines hohlen konischen Sprühnebels aus feinen Nebeltröpfchen einer Emulsion festen Schmierstoffs, wobei der Sprühnebel eine Basis mit einem Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung ist, und (c) Bewegen der Spitze des konischen Sprühnebels entlang der Achse der Bohrung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, um eine Beschichtung der Emulsion auf dem Inneren der Zylinderbohrung mit einer Dicke von bevorzugt 5 – 15 μm, aber nicht über 30 μm herzustellen.
  • Bevorzugt wird die Zylinderbohrungsoberfläche in Schritt (a) vorbereitet, indem erstens unter Verwendung eines biologisch abbaubaren Lösungsmittels, das keinen Film hinterläßt, entfettet wird, und danach mit Aceton oder Alkohol ausgewischt wird. Zweitens wird die Bohrung mit einer 5%igen Nitallösung geätzt, falls das Substrat Stahl oder Gußeisen ist oder mit einer 25%igen Fluorwasserstoffsäurelösung, falls das Substrat Aluminium ist, wobei das erste Ätzen von einem zweiten Ätzen mit 50%iger Salpetersäure gefolgt werden kann. Die Ätzschritte werden mit Alkohol, mit einer Nitallösung oder warmen Wasser neutralisiert, falls Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure verwendet wurden. Schließlich wird die Zylinderbohrungsoberfläche mindestens 1 Stunde in einem Luftumlaufofen auf 100° C erhitzt, um Verdampfung und Entfernung alles Wassers von der zu beschichtenden Oberfläche sicherzustellen.
  • Sobald wie möglich nach Vervollständigung des Schrittes (a) werden die Schritte (b) und (c) gleichzeitig durchgeführt, wodurch sichergestellt wird, dass ein erwärmter feiner Sprühnebel einer Emulsion von Partikeln festen Schmiermittels gleichmäßig aus einem hohlen konischen Sprühnebel mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 1,5 m/s in einer Dicke von 8 – 12 μm abgeschieden wird. Höhere Geschwindigkeiten liefern eine dünnere Beschichtung; um eine gleichmäßige Oberflächenbedeckung sicherzustellen, müssen viel höhere Drücke angewendet werden.
  • Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist dem Fachmann ersichtlich, dass Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung möglich sind.
  • 10
    Vorrichtung
    11
    Hochdruck-Emulsionszuführ-Schaltkreis
    12
    Leitungen
    13a
    Achse
    13
    Düse
    14
    Manschette
    15
    Kolben/Zylinderanordnung
    16
    Zylinderbohrung
    17
    Automobil Motorblocks
    18
    Ladebaumträger
    19
    Wagen
    20
    Schaltkreis
    21
    Steuerung
    22
    Durchmesser
    23
    Höhe
    24
    Spitze
    25
    Bohrungsspitze
    26
    Injektionsnadelventil
    27
    Zylinderbohrungsboden
    28
    Sprühnebelmuster
    29
    Sitz
    30
    Kehle
    31
    Aufweitzone
    32
    Oberfläche
    33
    Oberflächenquerschnitt
    34
    Fluid
    35
    Zone
    36
    Dicke
    37
    Winkel
    38
    Tröpfchen
    39
    Winkel
    40
    Luftzufuhr
    41
    Leitung
    42
    Hauptsteuerventil
    43
    Leitung
    44
    Bremsenlöseventil
    45
    Flußsteuerventil
    46
    Kolben
    47
    Flußsteuerventil
    48
    Regler
    49
    Steuerung
    50
    Sensor
    51
    Bremsenlöseventil
    52
    Handsteuerung
    53a, 53b, 54
    elektrische Kabel
    55
    Pumpe
    56
    Vorrat
    57
    Regelung
    58
    Verstärkung
    59
    Schmierung
    60
    Reservoir
    61
    Sieb
    62
    Leitung
    63
    Umlaufventil
    64
    Leitung
    65
    Heizeinrichtung
    66
    Filter
    67
    Leitung
    68
    Ventil
    69
    Leitung

Claims (11)

  1. Verfahren zum Beschichten von Zylinderbohrungsoberflächen mit einer ultradünnen Schmiermittelphase mit: (a) Freilegen von verunreinigungsfreiem frischem Metall auf der Zylinderbohrungsoberfläche; (b) Herstellen eines hohlen konischen Sprühnebels, aus feinen Nebeltröpfchen einer Festschmiermittelemulsion, durch eine Düse, wobei die Düse an ihrem Düsenkopfende einen divergierenden und einen konvergierenden konischen Oberflächenabschnitt aufweist und der konische Sprühnebel eine Basis mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Zylinderbohrungsoberfläche; (c) Bewegen der Spitze des konischen Sprühnebels mit gleichmäßiger Geschwindigkeit entlang der Achse der Bohrung unter Abscheidung einer ≤ 30 μm dicken Festschmiermittelemulsionsschicht auf dem Inneren der Zylinderbohrung
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Nebeltröpfchen des konischen Sprühnebels durch Hochdruckzuführung der Emulsion im Druckbereich von 5,72 – 10,48 bar hergestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion in einer Dicke von 5 bis 15 μm abgeschieden wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (a) die Vorbereitung der Zylinderbohrungsoberfläche durch Ätzen, gefolgt durch Waschen, Neutralisieren und Erwärmen auf etwa 100°C durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (b) die Feststoffemulsion zur Herstellung des konischen Sprühnebels mit einer Viskosität von 80 – 102 mm2/s eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Erhitzen der feinen Sprühnebeltröpfchen vor Abscheidung auf 40 – 80 °C.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als feste Schmiermittelemulsion eine Mischung von Molybdändisulfid, Bornitrid und Graphit in einer thermisch härtenden oder thermoplastischen Polymerharzbasis eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) während eines kontinuierlichen weichen nach oben gerichteten Hubs des Sprühnebels mit gleichmäßiger Geschwindigkeit im Bereich von 0,2 bis 1,5 m/s durchgeführt wird.
  9. Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungsoberflächen mit präziser Dicke und Haftkraft, mit: (a) einer Düse (13) mit einem divergierenden und einem konvergierenden konischen Oberflächenabschnitt am Düsenkopfende zur Herstellung eines hohlen konischen Sprühnebels einer Emulsion um eine Achse, (b) Hochdruckzuführung der Emulsion aus festem Schmiermittel in Fluidsuspension zur Düse (13); und (c) Mittel zum gesteuerten Bewegen der Düse (13) in der Zylinderbohrung
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckzuführung der Emulsion sich bei einem Druckniveau von 5,72 – 10,48 bar bewegt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum steuerbaren Bewegen der Düse (13) (i) einen pneumatischen Zylinder und eine Kolbenstange (15), die in Fortsetzung der Achse der Bohrung (16) verlaufen und eine Spitze zum Tragen der Düse (13) zur Sprühposition besitzen, wobei die Spitze des Sprühnebelhorns dessen oberster Punkt ist, (ii) eine Stützstruktur, die den pneumatischen Zylinder über der Bohrungsoberfläche anordnet; und (iii) eine computerisierte Steuerung zum Aufbringen pneumatischen Drucks auf den pneumatischen Zylinder zur schnellen nach oben gerichteten Bewegung der Düse (13) vom Boden der Bohrung (16) zu ihrer Spitze, umfassen.
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