DE102005002120A1

DE102005002120A1 - Beschichtungsverfahren und Abdeckung für die Entfernung von Overspray-Anhaftungen

Info

Publication number: DE102005002120A1
Application number: DE200510002120
Authority: DE
Inventors: Oliver Bihlmaier; Dezsoe Dipl.-Ing. Schilling; Jürgen Dipl.-Ing. Richter (FH); Nazario Vocino
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27
Also published as: WO2006074961A3; DE112006000107A5; WO2006074961A2

Abstract

Ein Beschichtungsverfahren, bei dem Teilbereiche einer Oberfläche eines Substrats durch thermisches Spritzen beschichtet werden, weist die folgenden Verfahrensschritte auf: DOLLAR A (a) Beschichten des Substrats in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen, wobei in zumindest einem nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereich Overspray-Anhaftungen anfallen; DOLLAR A (b) Abdecken der Beschichtung in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen (Gutschicht) mit einer Abdeckung; DOLLAR A (c) Entfernen der Overspray-Anhaftungen in den nicht mit einer Abdeckung abgedeckten, nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen mittels eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens. Bei dem Beschichtungsverfahren ist die Gefahr störender Overspray-Anhaftungen beim thermischen Spritzen zumindest reduziert. Für Verfahrensschritt (c) wird eine Abdeckung vorgeschlagen, die so ausgebildet und über der Gutschicht anordenbar ist, dass sie die Gutschicht beim Entfernen von Overspray-Anhaftungen durch einen Partikelstrahl schützt. Mit der Abdeckung kann Verfahrensschritt (c) in einfacher Weise durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 und eine Abdeckung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 5. Das Beschichtungsverfahren und die Abdeckung können beispielsweise bei der Oberflächenveredelung in der Automobilindustrie gewerblich eingesetzt werden.
Es ist bekannt, hoch beanspruchte Oberflächen von Bauteilen oder Segmenten technischer Anlagen, Maschinen, Motoren und dergleichen so zu beschichten, dass sie den hohen Belastungen, denen sie ausgesetzt sind, standhalten. Dabei setzt sich immer mehr das thermische Spritzen als Oberflächenbeschichtungsverfahren durch.
Gemäß der Definition der DIN EN 657 umfasst das thermische Spritzen Verfahren, bei denen Spritzzusätze innerhalb oder außerhalb von Spritzgeräten an-, auf- oder abgeschmolzen und auf vorbereitete Oberflächen aufgeschleudert werden. Die Oberflächen werden dabei nicht aufgeschmolzen. Die Spritzschichten können aus Spritzzusätzen im flüssigen oder plastischen Zustand aufgetragen werden. Spezifische Schichteigenschaften können durch zusätzliche thermische oder mechanische Nachbehandlung oder durch Versiegeln erreicht werden.
Im Bereich der Automobilindustrie wird das thermische Spritzen beispielsweise zum Beschichten von Bauteilen angewendet, bei denen Reibung mit anderen Bauteilen auftritt, zu denen sie im Betrieb eine Relativbewegung ausführen. Dazu gehört beispielsweise das Beschichten von Zylinderlaufflächen, von Pleuelaugen, der Lagerbereiche von Kurbel- und Nockenwellen und dergleichen.
Beim thermischen Beschichten ergibt sich das Problem des Oversprays. Darunter wird Beschichtungsmaterial verstanden, das beim Beschichtungsvorgang die eigentlich zu beschichtenden Teilbereiche der Oberfläche eines zu beschichtenden Objekts (kurz: Substrat) verfehlt und dadurch verloren geht (Übersprühverlust). Teile des Oversprays können sich dabei unerwünscht auf Teilbereichen der Oberfläche des Substrats absetzen, die eigentlich nicht beschichtet werden sollen. Das in solchen Teilbereichen als Overspray-Anhaftungen unerwünscht abgesetzte Beschichtungsmaterial stört dort in vielen Fällen. Die entsprechenden Teilbereiche sind z.B. üblicherweise nicht für die Beschichtung vorbehandelt, sodass das Overspray dort nur schlecht haftet und sich im Betrieb dann teilweise oder vollständig ablösen kann. Die abgelösten Overspray-Partikel können die Funktion der technischen Anlage, der Maschine, des Motors oder dergleichen beeinträchtigen oder sogar dessen Totalausfall bewirken.

Im Stand der Technik sind daher eine Reihe von Maßnahmen bekannt, um derartige, unerwünschten Overspray-Anhaftungen beim thermischen Spritzen zu verhindern. Aus der deutschen Patentanmeldung DE 199 10 665 A1 geht beispielsweise eine Abdeckschablone hervor, die zwischen einem Zylinderkurbelgehäuse mit zu beschichtenden Zylinderlaufbahnen und einem Beschichtungs- bzw. Vorbehandlungswerkzeug angeordnet werden kann. Die Abdeckschablone weist Durchgangsöffnungen auf, durch die ein z.B. lanzenförmig ausgebildetes Sprühwerkzeug hindurch geschoben werden kann, mit dem in den angrenzenden Innenräumen eine Beschichtung bzw. Vorbehandlung durchgeführt werden kann. Die übrigen, nicht zu beschichtenden bzw. nicht vorzubehandelnden Teilbereiche der Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses sind dabei durch die Abdeckschablone vor unerwünschter Beschichtung bzw. Vorbehandlung geschützt. Dadurch lässt sich jedoch die Gefahr der unerwünschten Overspray-Anhaftungen nicht vollständig und sicher beseitigen. Beschichtungsmaterial kann unter ungünstigen Umständen weiterhin an der Abdeckmaske vorbei oder auf einem anderen Weg auf nicht zu beschichtende Teilbereiche der Substratoberfläche gelangen und beim späteren Betrieb stören.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahren anzugeben, bei dem die Gefahr störender Overspray-Anhaftungen beim thermischen Spritzen zumindest reduziert ist.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der zumindest ein Schritt des vorgenannten Beschichtungsverfahren in einfacher Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen definierten Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein erster Gegenstand ist dementsprechend ein Beschichtungsverfahren, bei dem Teilbereiche einer Oberfläche eines Substrats durch thermisches Spritzen beschichtet werden. Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

(a) beschichten des Substrats in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen, wobei in zumindest einem nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereich Overspray-Anhaftungen anfallen;
(b) abdecken der Beschichtung in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen (kurz: Gutschicht) mit einer Abdeckung;
(c) entfernen der Overspray-Anhaftungen in den nicht mit einer Abdeckung abgedeckten, nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen mittels eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst akzeptiert, dass in Verfahrensschritt (a) Overspray anfällt und dass dieses Overspray sich zunächst auf Teilbereichen der Oberfläche des Substrats, die eigentlich nicht beschichtet werden sollen und/oder nicht für eine Beschichtung vorbereitet sind, absetzt, da dies auch durch sehr aufwändige Maßnahmen kaum vollständig und sicher verhindert werden kann. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dann, in Verfahrensschritt (b), die Gutschicht abgedeckt und nicht die nicht zu beschichtenden Teilbereiche der Oberfläche des Substrats. Danach wird, in Verfahrensschritt (c), die störenden Overspray-Anhaftungen durch ein materialabtragendes Partikelstrahlverfahren wieder entfernt. Das hat den Vorteil, dass störende Overspray-Anhaftungen mit großer Sicherheit vollständig oder zumindest annähernd vollständig entfernt werden können. Durch den Einsatz eines Partikelstrahls zum Materialabtrag, d.h. zum Entfernen der Overspray-Anhaftungen, kann der Materialabtrag sehr präzise durchgeführt werden, wobei die Präzision größer ist als die beim Materialauftrag durch das thermische Spritzen. Beide Vorteile führen dazu, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr präzise Beschichtung durch thermisches Spritzen, weitestgehend ohne störende Overspray-Anhaftungen möglich ist.

Das Beschichtungsverfahren ist dabei so effizient, dass bei Verfahrensschritt (a) zunächst sogar ohne Weiteres größere Mengen an Overspray-Anhaftungen in Kauf genommen werden können, sodass man vorzugsweise bei Verfahrensschritt (a) keine Abdeckung einzusetzen braucht. Dadurch kann vermieden werden, dass bei dem Beschichtungsverfahren zwei unterschiedliche Abdeckungen eingesetzt werden müssen – eine für den Materialauftrag durch thermisches Spritzen und eine für den Materialabtrag durch das Partikelstrahlverfahren. Dies trägt zur Einfachheit des Beschichtungsverfahrens bei.

Als materialabtragendes Partikelstrahlverfahren beim Verfahrensschritt (c) kommen prinzipiell alle Verfahren in Frage, bei denen mittels eines Sprühwerkzeuges ein Strahl aus Material-Partikeln geformt und auf ein zu bearbeitendes Substrat geschleudert wird und bei dem durch den Partikelstrahl Material von dem Substrat abgelöst wird. Im Bereich der Automobilindustrie, insbesondere der Serienfertigung, sind dabei Verfahren bevorzugt, bei denen innerhalb vertretbarer, kurzer Zeiträume nennenswerte Mengen an Material von dem Substrat abgelöst werden können. Dabei kommen vorzugsweise Sand-, Keramik-, Korundstrahlverfahren und dergleichen in Frage sowie Hochdruckwasserstrahlverfahren (kurz: HDWS), wobei HDWS bevorzugt sind, weil die Partikel mit denen sie arbeiten (Wassertröpfchen), in einfacher Weise rückstandslos von dem zu beschichtenden Substrat entfernt werden können.

Die Overspray-Anhaftungen lassen sich prinzipiell umso besser entfernen, je höher der Druck ist, mit dem der Partikelstrahl auf das Substrat geschleudert wird. Andererseits erhöht sich mit steigendem Druck die aufzuwendende Energiemenge und damit auch die Energiekosten für das Verfahren. Beim Einsatz von HDWS können gute Ergebnisse erzielt werden, wenn man das Verfahren bei einem Druck des Wasserstrahls zwischen 400 und 2000 bar durchführt, wobei ein Druck zwischen 600 und 1500 bar bevorzugt ist. Dadurch können Overspray-Anhaftungen wirkungsvoll, sicher, schnell und kostengünstig entfernt werden, ohne Beschädigungen am Substrat und/oder der Gutschicht befürchten zu müssen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abdeckung für eine durch thermisches Spritzen auf einem Substrat erzeugte Gutschicht, die so ausgebildet und über der Gutschicht anordenbar ist, dass sie die Gutschicht beim Entfernen von Overspray-Anhaftungen von dem Substrat durch ein materialabtragendes Partikelstrahlverfahren vor Beschädigung durch den Partikelstrahl schützt.

Unter dem Begriff „Gutschicht" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jene Beschichtung verstanden, die auf Teilbereiche der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts (kurz: Substrat) aufgebracht ist, die eigentlich für die Beschichtung vorgesehen und vorbereitet sind. Damit ist also die willentlich und planmäßig erzeugte Beschichtung gemeint. Davon zu unterscheiden ist die unabsichtlich erzeugte Beschichtung durch Overspray, die auf Teilbereichen der Oberfläche des Substrats aufgebracht ist, die eigentlich nicht für die Beschichtung vorgesehen und vorbereitet sind, die damit stört oder stören kann und entfernt werden muss. Die unerwünschte Overspray-Beschichtung ist dabei oft nicht zusammenhängend, sondern beispielsweise in Form von Spritzern, Punkten, Flecken und dergleichen ausgebildet, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusammenfassend als „Overspray-Anhaftungen" bezeichnet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Abdeckung kann das oben offenbarte Beschichtungsverfahren in einfacher Weise durchgeführt werden. Dadurch, dass die Abdeckung die Gutschicht schützt, können störende Overspray-Anhaftungen von der Oberfläche eines Substrats mit Hilfe eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens mit großer Sicherheit vollständig oder zumindest annähernd vollständig entfernt werden, ohne dass die Gutschicht dabei beschädigt wird.

Die Abdeckung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie berührungsfrei, vor dem Partikelstrahl des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens schützend über der Gutschicht anordenbar ist, sodass ein Spalt zwischen der Gutschicht und der Abdeckung gegeben ist. Berührungsfrei heißt dabei, dass sie die Gutschicht beim Anordnen und im angeordneten bzw. befestigten Zustand nicht berührt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Abdeckung die Gutschicht beim Anordnen über der Gutschicht, d.h. während des Vorgangs des Abdeckens, und im angeordneten bzw. befestigten Zustand, beispielsweise bei der Durchführung des Partikelstrahlverfahrens, nicht beschädigt.

Bei einer Weiterbildung kann die Abdeckung zweckmäßig so ausgebildet sein, dass sie über die Gutschicht übersteht, wobei ihre Ränder eine Steuerkante bilden, die den Partikelstrahl des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens so steuern, dass ein Strahlschatten gegeben ist, sodass der Partikelstrahl nicht in den Spalt zwischen Abdeckung und Gutschicht gelangt. Dadurch ist die Gutschicht noch besser vor Beschädigung durch den Partikelstrahl geschützt. Insbesondere wird die Energie des Partikelstrahls im kritischen Bereich, d.h. im Bereich des Übergangs zwischen Gutschicht und Overspray-Anhaftungen, von der Steuerkante aufgenommen, sodass die Gutschicht nahezu optimal vor Beschädigung durch den Partikelstrahl geschützt ist.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abdeckung ist die Abdeckung hülsenartig ausgebildet, sodass sie in eine Öffnung, Bohrung oder dergleichen, deren Innenwände eine durch thermisches Spritzen erzeugte Gutschicht aufweisen, einschiebbar und schützend über der Gutschicht anordenbar bzw. befestigbar ist. Dies ermöglicht es, hoch belastete Innenoberflächen, die z.B. in Kontakt mit sich bewegenden Teilen kommen, wie das z.B. in der Automobilindustrie häufig der Fall ist, nach dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren zu beschichten.

Bei diesen Öffnung, Bohrung oder dergleichen mit hoch belasteten Innenflächen kann es sich insbesondere um eine Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses z.B. eines Hubkolben-Verbrennungsmotors, ferner auch eines Drehkolbenverbrennungsmotors, handeln, wobei die Zylinderbohrung Zylinderlaufbahnen aufweist, die mit einer durch thermisches Spritzen erzeugten Gutschicht beschichtet sind. Bei der Beschichtung derartiger Zylinderlaufbahnen fallen v.a. im Zylinderkurbelraum Overspray-Anhaftungen an, die dort besonders störend sind, weil die Wahrscheinlichkeit ihrer Ablösung während des späteren Betriebs des Motors besonders hoch ist. Die abgelösten Overspray-Rückstände können dann zwischen die sich bewegenden Teile des Motors geraten, wo sie besonders störend sind und zur Beeinträchtigung oder sogar zum Totalausfall des Motors führen. Mit Hilfe der Abdeckung können derartige Overspray-Anhaftungen und die durch sie verursachten Motorschäden größtenteils vermieden werden. Im Zusammenhang mit der hülsenartigen Ausbildung der Abdeckung ergibt sich ein weiterer Vorteil. So kann dadurch ein üblicherweise lanzenförmig ausgebildetes Partikelstrahlwerkzeug durch den Hohlraum der Hülse hindurch in den Zylinderkurbelraum geschoben werden, um dort Overspray-Anhaftungen zu entfernen. D.h., dass die hülsenartige Ausbildung der Abdeckung eine gute Zugänglichkeit des Zylinderkurbelraums für ein Partikelstrahlwerkzeug gewährleistet.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser der hülsenartigen Abdeckung kleiner ist als der Innendurchmesser der beschichteten Zylinderbohrung. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Innendurchmesser einerseits wenigstens so viel kleiner ist, dass die hülsenartige Abdeckung ohne zu hohem Aufwand berührungsfrei und zügig in die Zylinderbohrung eingeführt werden kann, und andererseits höchstens so viel kleiner ist, dass ein Partikelstrahl nicht in den Spalt eindringen kann. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Außendurchmesser der hülsenartigen Abdeckung 0,5 bis 3 % kleiner ist als der Innendurchmesser der beschichteten Zylinderbohrung, insbesondere wenn der Außendurchmesser 1 bis 1,5 % kleiner ist als der Innendurchmesser. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Abdeckung leicht berührungsfrei, vor dem Partikelstrahl des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens schützend über der Gutschicht anordenbar bzw. befestigbar ist. Die damit verbundenen Vorteile wurden oben bereits erläutert.

Die hülsenartige Abdeckung weist einen stirnseitigen Rand auf, mit dem voran sie in eine Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses einschiebbar ist, und einen davon abgewandten, rückseitigen Rand. Die hülsenartige Abdeckung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet ist, dass ihr stirnseitiger Rand im bestimmungsgemäß in eine Zylinderbohrung eingeschobenem Zustand über die Zylinderbohrung hinaus in den Zylinderkurbelraum des Zylinderkurbelgehäuses ragt, sodass der stirnseitige Rand eine Steuerkante für den Partikelstrahl eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens bildet. Ein Partikelstrahlwerkzeug wird dabei aus Richtung des rückseitigen Rands der hülsenartigen Abdeckung durch deren Hohlraum hindurch in den Zylinderkurbelraum geschoben, um im Rahmen des oben beschriebenen Beschichtungsverfahren Overspray-Anhaftungen zu entfernen. Der Partikelstrahl wird damit von dem Strahlwerkzeug von der Mitte der stirnseitigen Öffnung der Abdeckung aus auf die umseitigen Overspray-Anhaftungen gelenkt, sodass er dort, wo er auf die Steuerkante trifft, im spitzen Winkel (kleiner 90°) auftrifft. Dadurch entsteht in Strahlrichtung hinter der Steuerkante ein Bereich, in den der Partikelstrahl nicht gelangt (kurz: Strahlschatten). Anders ausgedrückt wird der Partikelstrahl durch die Steuerkante so gesteuert, dass er nicht in den Bereich des Strahlschattens gelangen kann. Dadurch ist die Gutschicht insbesondere im kritischen Bereich des Übergangs zwischen Gutschicht und Overspray-Anhaftungen noch besser vor Beschädigung durch den Partikelstrahl geschützt.

Der stirnseitige Rand der hülsenartigen Abdeckung weist eine Innenkante und eine Außenkante auf. Bei einer Weiterbildung ist der stirnseitige Rand der Abdeckung so abgeschrägt, dass die Innenkante über die Außenkante hinausragt. Dadurch kann die hülsenartige Abdeckung leichter in eine Bohrung oder Öffnung wie z.B. eine Zylinderbohrung mit Gutschicht eingeschoben werden, ohne dass die Gutschicht dabei beschädigt wird.

Der stirnseitige Rand kann ferner uneben ausgebildet sein, d.h. er kann ein Profil aufweisen. Dadurch kann ein Strahlschatten mit variabler Geometrie geschaffen werden, sodass bestimmte Teilbereiche z.B. der Oberfläche eines teilweise von Beschichtungsmaterial zu befreienden Kurbelraums geschützt im Strahlschatten liegen, andere dagegen nicht. Dadurch können die ungeschützten Teilbereiche gezielt von Beschichtungsmaterial befreit werden und die geschützten Teilbereiche gezielt beschichtet bleiben (in diesem Zusammenhang kann dann nicht von „Overspray-Anhaftungen" gesprochen werden).

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der hülsenartigen Abdeckung ist der stirnseitige, eine Steuerkante bildende Rand lösbar mit der hülsenartigen Abdeckung verbunden. Hülsenartige Abdeckung und Steuerkante sind also mehrstückig lösbar bzw. verbindbar ausgebildet. Dadurch kann die Steuerkante als Verschleißteil auswechselbar ausgebildet werden. Dies ist von Vorteil, weil die Steuerkante bei Durchführung des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens teilweise von dem Partikelstrahl getroffen wird und damit besonderen Belastungen und besonderem Verschleiß ausgesetzt ist. Ferner kann eine hülsenartige Abdeckung mit Steuerkanten unterschiedlicher Geometrie kombiniert werden, sodass mit einer hülsenartigen Abdeckung je nach Steuerkante verschiedene Strahlschatten mit unterschiedlicher Geometrie erzeugt werden können.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der stirnseitige, eine Steuerkante bildende Rand aus einem anderen, vorzugsweise mechanisch belastbarerem Material gebildet ist, als die hülsenartige Abdeckung, da die Steuerkante, wie oben erwähnt, besonderen Belastungen ausgesetzt ist. Derartige Materialien sind im Allgemeinen teurer, sodass durch diese Maßnahme teures Material eingespart werden kann und die Kosten für die Abdeckung gering bleiben.

Neben einem stirnseitigen Rand weist die hülsenartige Abdeckung, wie oben erwähnt, auch einen rückseitigen Rand auf. Dieser kann kragenartig verbreitert sein, sodass er einen Anschlag beim Einschieben der hülsenartigen Abdeckung in eine Zylinderbohrung bildet. Dies ist beim Einschieben und Positionieren der hülsenartigen Abdeckung in eine Öffnung oder Bohrung, insbesondere Zylinderbohrung, mit Gutschicht von Vorteil, da dadurch die Justage der Abdeckung erleichtert und die Gefahr einer Beschädigung der Gutschicht verringert wird.

Dabei ist es bevorzugt, wenn der rückseitige Rand der hülsenartigen Abdeckung so weit verbreitert ist, dass er in der Art einer Platte ausgebildet ist, sodass eine Befestigungsteil gegeben ist, mit dem die hülsenartige Abdeckung an einem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden kann. Dadurch kann die hülsenartige Abdeckung präzise in einer Öffnung oder Bohrung, insbesondere Zylinderbohrung, positioniert und an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden. Die Gefahr einer Dejustage, beispielsweise beim Durchführen des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens, bei dem, wie erwähnt, die Steuerkante und damit die gesamte Abdeckung besonderen Belastungen ausgesetzt ist, kann dadurch verringert werden.

Das Befestigungsteil kann ferner Bohrungen aufweisen, durch die Befestigungsmittel, vorzugsweise Schrauben, zur Befestigung der hülsenartigen Abdeckung hindurchführbar sind. Dies unterstützt die präzise und stabile Befestigung der hülsenartigen Abdeckung beispielsweise an einem Zylinderkurbelgehäuse.

Dabei sind die Bohrungen des Befestigungsteils vorzugsweise so angeordnet, dass sie mit in dem Zylinderkurbelgehäuse bereits vorhandenen Bohrungen mit innen liegenden Schraubgewinden zur Deckung gebracht werden können. Dadurch können die Abdeckungen mit Schrauben an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden, die zu den Innengewinden der Bohrungen des Zylinderkurbelgehäuses komplementäre Schraubgewinde aufweisen, ohne dass dafür spezielle Bohrungen mit Innengewinde an dem Zylinderkurbelgehäuse vorgesehen werden müssten. Die Abdeckungen können dadurch auf einfache Weise, präzise und dejustagesicher, lösbar an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden.

Bei einer Weiterbildung der hülsenartigen Abdeckung sind zwei oder mehr hülsenartige Abdeckungen in einer Reihe angeordnet über ihre Befestigungsteile miteinander verbunden. Dabei ist es bevorzugt, wenn die hülsenartigen Abdeckungen fest oder sogar einstückig miteinander verbunden sind. Dadurch können beispielsweise zwei oder mehr Zylinderlaufbahnen eines Zylinderkurbelgehäuses gleichzeitig dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahren unterzogen werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass für ein Zylinderkurbelgehäuse mit vier Zylinderbohrungen eine Abdeckung mit vier in einer Reihe angeordneten, verbundenen hülsenartigen Abdeckungen vorgesehen wird, für ein Zylinderkurbelgehäuse mit sechs Zylinderbohrungen eine Abdeckung mit sechs in einer Reihe angeordneten, verbundenen hülsenartigen Abdeckungen, für ein Zylinderkurbelgehäuse mit acht Zylinderbohrungen eine Abdeckung mit acht in einer Reihe angeordneten, verbundenen hülsenartigen Abdeckungen usw.. Dies ist v.a. in der Serienfertigung von Vorteil, da dadurch vorzugsweise alle Zylinderlaufbahnen eines Zylinderkurbelgehäuses gleichzeitig von Overspray befreit werden können, sodass sich im Vergleich zur gleichzeitigen Bearbeitung einzelner oder weniger Zylinderlaufbahnen eine erhebliche Zeitersparnis ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer erklärt. Dazu sind in den Figuren konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung \ vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen
1(a) Querschnitt durch eine erfindungsgemäße hülsenartige Abdeckung; (b) Draufsicht auf den rückseitigen Rand einer erfindungsgemäßen hülsenartige Abdeckung;
2 erfindungsgemäße hülsenartige Abdeckung im in einer Zylinderbohrung befestigten Zustand;
3 Gutschicht und Overspray-Anhaftungen nach Schritt (a) des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens;
4 Steuerkante einer erfindungsgemäßen hülsenartigen Abdeckung;
5 Gutschicht ohne Overspray-Anhaftungen nach Schritt (c) des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens.
Die Erfindung wird am Beispiel einer hülsenartigen Abdeckung genauer erklärt, die dafür vorgesehen ist, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine mittels thermischem Spritzen in einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses auf eine Zylinderlaufbahn aufgebrachte Gutschicht vor einem Partikelstrahl beim Entfernen von Overspray-Anhaftungen zu schützen.
Dazu zeigt 1(a) einen Querschnitt durch eine derartige hülsenartige Abdeckung (kurz: Hülse) (1). Die Hülse (1) weist einen rohrartigen Abschnitt (2) mit zwei Öffnungen (3, 3') auf. Die Öffnungen (3, 3') sind von einem stirnseitigen Rand (4) und einem rückseitigen Rand (5) begrenzt. Die Hülse (1) ist so ausgebildet, dass sie mit ihrem stirnseitigen Rand (4) voran in eine Zylinderbohrung eingeschoben und vor Partikelstrahlen schützend vor einer Gutschicht positioniert werden kann. Um das Einschieben zu erleichtern und die Gutschicht vor Beschädigung zu schützen weist der stirnseitige Rand (4) eine Abschrägung (6) auf, bei der die Innenkante (7) des stirnseitigen Rands (4) über dessen Außenkante (8) hinausragt. Durch den Hohlraum (9) kann in Richtung des Pfeils ein Partikelstrahlwerkzeug durch die Hülse (1) hindurch geschoben werden, um im Zylinderkurbelraum ein materialabtragendes Partikelstrahlverfahren zur Entfernung von Overspray-Anhaftungen durchzuführen. Der stirnseitige Rand (4) ragt im in eine Zylinderbohrung eingeschobenen Zustand zylinderkurbelraumseitig über die Zylinderbohrung hinaus und bildet dadurch eine Steuerkante (10) für einen Partikelstrahl (vgl. 4). Der stirnseitige Rand (4) kann uneben und lösbar mit dem Rest der Hülse (1) ausgebildet sein (nicht dargestellt). Der rückseitige Rand (5) ist kragenartig verbreitert und bildet ein plattenartiges Befestigungsteil (11), mit dem die Hülse (1) an einem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden kann und das beim Einschieben der Hülse (10) als Anschlag wirkt.
1(b) zeigt die Hülse (1) aus 1(a), wobei die Perspektive die Draufsicht auf den rückseitigen Rand (5), bzw. das Befestigungsteil (11) ist. Ferner ist der stirnseitige Rand (4) gestrichelt dargestellt, weil er in dieser Perspektive eigentlich verdeckt ist. Das Befestigungsteil (11) weist vier Bohrungen (12) auf, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine, stellvertretend für alle vier, mit einem Bezugszeichen versehen ist. Es können auch mehr oder weniger Bohrungen (12) vorgesehen sein. Die Bohrungen (12) sind so angeordnet, dass sie nach dem Positionieren der Hülse (1) in einer Zylinderbohrung mit ohnehin vorhandenen, d.h. für einen anderen Zweck vorgesehenen Bohrungen mit Innengewinde zur Deckung kommen. Dadurch können Schrauben durch diese Bohrungen (12) hindurch geschoben werden, sodass die Hülse (1) präzise und dejustagesicher an dem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden kann.
2 zeigt eine einzelne Hülse (1) gemäß der Erfindung im in eine Zylinderbohrung (13) eines 4-zylindrigen Zylinderkurbelgehäuses (14) (nur ausschnittsweise dargestellt) eingeschobenen Zustand. Erkennbar ist der rückseitige, zu einem plattenartigen Befestigungsteil (11) verbreiterte Rand (5) und der Hohlraum (9), durch den ein Partikelstrahlwerkzeug in den Zylinderkurbelraum hindurch führbar ist. Ferner sind vier Befestigungsschrauben (15) erkennbar, von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Befestigungsschrauben (15) sind durch Bohrungen (nicht sichtbar) in dem Befestigungsteil (11) hindurchgeführt und in eigentlich für einen anderen Zweck vorgesehene Bohrungen mit Innengewinde (16) (von denen der Übersichtlichkeit halber nur eine, stellvertretend für alle, mit einem Bezugszeichen versehen ist) am Zylinderkurbelgehäuse (14) festgeschraubt, sodass die Hülse (1) präzise und dejustagesicher am Zylinderkurbelgehäuse (14) befestigt ist.
3 zeigt die Zylinderbohrung (13) aus 2 von der Seite des Zylinderkurbelraums aus, nach Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist die Gutschicht (17) auf der Zylinderlaufbahn der Zylinderbohrung (13) zu erkennen und Overspray-Anhaftungen (18) auf der Oberfläche des Zylinderkurbelraums.
4 zeigt die gleiche Blickrichtung wie 3, allerdings ist eine Hülse (1) gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens in der Zylinderbohrung (13) angeordnet, wobei die Hülse (1) teilweise verdeckt ist. So ist z.B. ihr stirnseitiger Rand (4) erkennbar. Dieser ist zur besseren Einschiebbarkeit abgeschrägt. Er ragt ferner über die Zylinderbohrung (13) heraus, in den Zylinderkurbelraum hinein und bildet so mit seinem stirnseitigen Rand (4) eine Steuerkante (10) für den Partikelstrahl bei einem materialabtragenden Partikelstrahlverfahren. Die Darstellung zeigt die Situation nach Durchführung von Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Hochdruckwasserstrahlverfahren (HDWS) zum Einsatz kam. Es ist erkennbar, dass der größte Teil der Overspray-Anhaftungen entfernt ist, wobei lediglich im Bereich (19) restliche Overspray-Anhaftungen vorhanden sind. Dies verdeutlicht die Wirkung des Strahlschattens, den die durch den stirnseitigen Rand (4) gebildete Steuerkante (10) erzeugt: Dadurch, dass die Oberfläche des Zylinderkurbelraums uneben ist, ist der Strahlschatten im Bereich (19) geometrisch ausgedehnter, sodass die Overspray-Anhaftungen in diesem Bereich (19) nicht von dem Wasserstrahl erfasst und entfernt wurden. Durch Einsatz einer Hülse (1) mit unebener Steuerkante (10) können z.B. derartige Unebenheiten der Oberfläche des Zylinderkurbelraums nachgezeichnet werden, sodass auch Overspray-Anhaftungen (19) durch den Wasserstrahl erfasst und entfernt werden können. 4 zeigt ferner den Spalt (20) zwischen Hülse (1) und Zylinderbohrung (13) mit Gutschicht, der dadurch zustande kommt, dass der Außendurchmesser der Hülse (1) etwa 1,3 % kleiner ist, als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung (13) mit Gutschicht. Wie aus der vorstehenden Erklärung teilweise schon ableitbar, sorgt die Steuerkante (10) dafür, dass ein Wasserstrahl nicht in den Spalt (20) gelangen kann, wo er die Gutschicht beschädigen würde, sondern dass beim Durchführen von Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Strahlschatten besteht, der dies verhindert.
5 zeigt schließlich ausschnittsweise die Situation nach Entfernen der Hülse (1), wie sie in 4 dargestellt ist:
Die Zylinderlaufbahnen der Zylinderbohrung (13) sind mit einer intakten Gutschicht (17) beschichtet; die Bereiche außerhalb der Zylinderbohrung (13), d.h. die Oberfläche des Zylinderkurbelraums, ist vollständig von störenden Overspray-Anhaftungen befreit.

1: hülsenartige Abdeckung (kurz: Hülse)
2: rohrartiger Abschnitt
3, 3': Öffnungen
4: stirnseitiger Rand
5: rückseitiger Rand
6: Abschrägung
7: Innenkante
8: Außenkante
9: Hohlraum
10: Steuerkante
11: Befestigungsteil
12: Bohrung
13: Zylinderbohrung
14: Zylinderkurbelgehäuse
15: Befestigungsschraube
16: Bohrung mit Innengewinde
17: Gutschicht
18: Overspray-Anhaftungen
19: Bereich mit restlichen Overspray-Anhaftungen
20: Spalt

Claims

Beschichtungsverfahren, bei dem Teilbereiche einer Oberfläche eines Substrats durch thermisches Spritzen beschichtet werden, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte (a) beschichten des Substrats in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen, wobei in zumindest einem nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereich Overspray-Anhaftungen anfallen; (b) abdecken der Beschichtung in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen (Gutschicht) mit einer Abdeckung; (c) entfernen der Overspray-Anhaftungen in den nicht mit einer Abdeckung abgedeckten, nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen mittels eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verfahrensschritt (a) keine Abdeckung einsetzt.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verfahrensschritt (c) als materialabtragendes Partikelstrahlverfahren ein Sand-, Keramik- oder Korundstrahlverfahren einsetzt oder ein Hochdruckwasserstrahlverfahren (HDWS), bevorzugt ein HDWS.
Beschichtungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das HDWS bei einem Druck des Wasserstrahls von 400 bis 2000 bar durchführt, bevorzugt von 600 bis 1500 bar.
Abdeckung für eine durch thermisches Spritzen auf einem Substrat erzeugte Gutschicht, die so ausgebildet und über der Gutschicht anordenbar ist, dass sie die Gutschicht beim Entfernen von Overspray-Anhaftungen von dem Substrat durch ein materialabtragendes Partikelstrahlverfahren vor Beschädigung durch den Partikelstrahl schützt.
Abdeckung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung so ausgebildet ist, dass sie berührungsfrei, vor dem Partikelstrahl des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens schützend über der Gutschicht anordenbar ist, sodass ein Spalt zwischen der Gutschicht und der Abdeckung gegeben ist.
Abdeckung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung so ausgebildet ist, dass sie über die Gutschicht übersteht, wobei ihre Ränder eine Steuerkante bilden, die den Partikelstrahl des materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens so steuern, dass ein Strahlschatten gegeben ist, sodass der Partikelstrahl nicht in den Spalt zwischen Abdeckung und Gutschicht gelangt.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung hülsenartig ausgebildet ist, sodass sie in eine Öffnung oder Bohrung, deren Innenwände eine durch thermisches Spritzen erzeugte Gutschicht aufweisen, einschiebbar und schützend über der Gutschicht anordenbar ist.
Abdeckung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Öffnung oder Bohrung um eine Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses handelt, wobei die Zylinderbohrung Zylinderlaufbahnen aufweist, die mit einer durch thermisches Spritzen erzeugten Gutschicht beschichtet sind.
Abdeckung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der hülsenartigen Abdeckung kleiner ist als der Innendurchmesser der beschichteten Zylinderbohrung, wobei der Außendurchmesser bevorzugt 0,5 bis 3 % kleiner ist als der Innendurchmesser, besonders bevorzugt 1 bis 1,5 % kleiner.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hülsenartige Abdeckung einen stirnseitigen Rand aufweist, mit dem sie in eine Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses einschiebbar ist, und einen davon abgewandten, rückseitigen Rand, wobei die hülsenartige Abdeckung so ausgebildet ist, dass ihr stirnseitiger Rand im bestimmungsgemäß in eine Zylinderbohrung eingeschobenen Zustand über die Zylinderbohrung hinaus in den Zylinderkurbelraum des Zylinderkurbelgehäuses ragt, sodass der stirnseitige Rand eine Steuerkante für den Partikelstrahl eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens bildet.
Abdeckung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Rand eine Innenkante und eine Außenkante aufweist und dass der stirnseitige Rand ferner so abgeschrägt ist, dass die Innenkante über die Außenkante hinausragt.
Abdeckung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige Rand uneben ausgebildet ist.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige, eine Steuerkante bildende Rand lösbar mit der hülsenartigen Abdeckung verbunden ist.
Abdeckung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der stirnseitige, eine Steuerkante bildende Rand aus einem anderen, bevorzugt mechanisch belastbarerem Material gebildet ist, als die hülsenartige Abdeckung.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Rand der hülsenartigen Abdeckung kragenartig verbreitert ist, sodass er einen Anschlag beim Einschieben der hülsenartigen Abdeckung in eine Zylinderbohrung bildet.
Abdeckung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der rückseitige Rand in der Art einer Platte ausgebildet ist, sodass eine Befestigungsteil gegeben ist, mit dem die hülsenartige Abdeckung an einem Zylinderkurbelgehäuse befestigt werden kann.
Abdeckung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsteil Bohrungen aufweist, durch die Befestigungsmittel, bevorzugt Schrauben, zur Befestigung der hülsenartigen Abdeckung hindurchführbar sind.
Abdeckung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen des Befestigungsteils so angeordnet sind, dass sie mit in dem Zylinderkurbelgehäuse bereits vorhandenen Bohrungen mit innen liegenden Schraubgewinden in Deckung bringbar sind.
Abdeckung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr hülsenartige Abdeckungen in einer Reihe angeordnet über ihre Befestigungsteile miteinander verbunden sind, bevorzugt fest verbunden, besonders bevorzugt einstückig verbunden.