DE102006002621A1

DE102006002621A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung der Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses

Info

Publication number: DE102006002621A1
Application number: DE200610002621
Authority: DE
Inventors: Johann Wolf; Wolfram Dr. Wagener; Anton Dumm; Andreas Dr. Fent
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-07-26

Abstract

Zur zerstörungsfreien Prüfung der Zylinderlauffläche (1), die aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung hergestellt ist, auf siliziumpartikelfreie Bereiche (7) wird das Wirbelstrom-Verfahren angewendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung der aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung hergestellten Zylinderlauffläche des Kurbelgehäuses einer Hubkolbenmaschine. Sie hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Gegenstand.
Ein aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung gegossenes Kurbelgehäuse weist an der Zylinderlauffläche Siliziumpartikel auf und zeichnet sich durch ein gutes Reibungs- und Verschleißverhalten in Kontakt mit Aluminiumkolben und Kolbenringen aus.
Neben der Form, Größe und Größenverteilung der Siliziumpartikel sind vor allem siliziumpartikelfreie Bereiche an der Zylinderlauffläche von Bedeutung, da dort der Kolben auf die Matrix-Legierung durchschlagen und damit zu einem Verschleißschaden führen kann.

Zur zerstörungsfreien Prüfung der gehonten Zylinderlauffläche wird auf die Zylinderlauffläche, die zuvor mit einem Lösungsmittel gereinigt worden ist, eine Folie gepresst, um einen Abdruck zu erhalten, von dem Mikroskopaufnahmen, sogenannte Fax-Bilder, hergestellt werden. Mit dieser Methode kann zwar die Form und Größe der Siliziumpartikel an der Zylinderlauffläche zuverlässig überprüft werden, abgesehen davon, dass sie zeitaufwändig ist, besteht ihr entscheidender Nachteil aber darin, dass sich siliziumpartikelfreie Bereiche an der Zylinderlauffläche praktisch nicht ermitteln lassen. Mit jeder Fax-Film-Aufnahme wird nämlich nur ein kleiner Bereich der Zylinderlauffläche in der Größenordnung von ca. ein Quadratmillimeter untersucht. Um z.B. einen siliziumpartikelfreien Bereich von 10 × 10 mm zu ermitteln, müssten mit dieser Methode daher Hunderte von Fax-Bildern hergestellt werden.

Mittlerweile kann auch mit einem so genannten Zylinderinspektor zerstörungsfrei die Lauffläche analysiert werden. Hierbei fährt die automatisierte Optik eines Mikroskops vorher definierte Segmente der Zylinderlauffläche ab und fotografiert diese. Die Größe des Ausschnittes und die Analysemöglichkeiten sind vergleichbar mit denen eines FAX-Bildes und sind für eine vollständige Darstellung einer Lauffläche ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um auch die siliziumpartikelfreien Flächen an der Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses schnell und einfach zerstörungsfrei überprüfen zu können.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen 2 und 3 sind bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, während der Anspruch 4 eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand hat.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Prüfung der Zylinderlauffläche auf siliziumpartikelfreie Bereiche das Wirbelstrom-Verfahren angewendet.

Dabei wird eine Messsonde verwendet, die eine Induktionsspule aufweist, mit der ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Wenn die Messsonde in einen Zylinder des Kurbelgehäuses eingeführt wird, induziert das magnetische Wechselfeld an der Zylinderlauffläche einen Wirbelstrom, der seinerseits ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das sich als Messsignal nachweisen lässt.

Der Wirbelstrom wird von der elektrischen Leitfähigkeit der Zylinderlauffläche beeinflusst. Da Siliziumpartikel elektrisch isolierend sind, zeichnen sich siliziumpartikelfreie Bereiche an der Zylinderlauffläche durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit mit einem entsprechend großen Messsignal aus.

Auf diese Weise kann mit der Induktionsspule die Zylinderlauffläche in kurzer Zeit erfasst werden, um sie auf siliziumpartikelfreie Bereiche zu überprüfen. So kann die Überprüfung der gesamten Zylinderlauffläche eines Zylinders auf siliziumpartikelfreie Bereiche beispielsweise in weniger als 30 Sekunden durchgeführt werden.

Um besonders deutliche Messsignale zu erhalten, wird vorzugsweise eine differentielle Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Zylinderlauffläche durchgeführt. D.h., die Zylinderlauffläche eines Zylinders wird mit der Messsonde schrittweise abgetastet. Das Messsignal gibt dann die Änderung der Leitfähigkeit des Bereichs gegenüber der Leitfähigkeit des zuvor gemessenen, benachbarten Bereichs der Zylinderlauffläche wieder. Die Größe der nacheinander schrittweise abgetasteten Bereiche hängt von der Sondengröße und der Abtastrate ab. Sie kann 0,5 bis 20 mm betragen, vorzugsweise 2 mm bis 4 mm betragen.

Die Messfrequenz der Messsonde kann 10 bis 10.000 kHz betragen, vorzugsweise beträgt sie 1,5 MHz bis 3,5 MHz.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Zylinderlaufflächen eines monolithischen Kurbelgehäuses überprüft werden oder die eingesetzter Zylinderlaufbuchsen. Aber auch die Zylinderlaufflächen, die durch Spritzen übereutektische Aluminium-Silizium-Legierungen oder in anderer Weise aufgebracht sind, können erfindungsgemäß überprüft werden.

Die übereutektische Aluminium-Silizium-Legierung kann auch weitere Legierungsbestandteile, wie Kupfer, Magnesium und Eisen enthalten. So kann die Zylinderlauffläche z.B. aus einer AlSi17Cu4MgFe-Legierung hergestellt sein.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorzugsweise einen Rotor auf, der in den Zylinder eingeführt wird, dessen Zylinderlauffläche überprüft werden soll. Der Rotor weist dazu eine Drehachse auf, die koaxial zur Zylinderachse verläuft. An dem Rotor ist wenigstens eine Induktionsspule zur Wirbelstromerzeugung in dem benachbarten Bereich der Zylinderlauffläche vorgesehen. Die Induktionsspule an dem Rotor wird in Längsrichtung, also von der Zylinderkopfseite bis zum unteren (kurbelwellenseitigen) Zylinderende, und/oder umgekehrt bewegt.

Die Induktionsspule tastet die Zylinderlauffläche kontinuierlich oder segmentweise (in definierten Ebenen) ab. Dazu kann sich die an dem Rotor befestigte Induktionsspule spiralförmig entlang der Zylinderlauffläche bewegen. Die Bewegung des Rotors erfolgt mit einer Antriebs- und Steuereinheit. Die Messsignale, die sich durch die Rückwirkung des Wirbelstroms auf das Magnetfeld der Induktionsspule ergeben, werden mit einer Auswerteeinheit ausgewertet.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
1 eine Draufsicht auf ein Kurbelgehäuse;
2 eine abgewickelt dargestellte Zylinderlauffläche; und
3 ein Messsignal.
Gemäß 1 wird zur Überprüfung der Zylinderlauffläche 1 der Zylinder Z eines Kurbelgehäuses 2 ein Rotor 3 verwendet, der in den zu überprüfenden Zylinder Z eingeführt wird.
Der Rotor 3 weist eine zur Zylinderachse 4 koaxiale Drehachse 5 auf. An einer der Zylinderlauffläche 1 benachbarten Stelle ist der Rotor 3 mit einer Induktionsspule 6 zur Erzeugung eines Wirbelstroms an der Zylinderlauffläche 1 versehen.
Gemäß 2 wird die Zylinderlauffläche 1 mit der Induktionsspule 6 kontinuierlich in einer Spirallinie von oben nach unten abgetastet, wie durch die in 2 schräg dargestellten Linien veranschaulicht, welche eine Breite B von z.B. 4 mm aufweisen können.
Die Spirale entsteht durch Rotation und gleichzeitigen Vorschub.
An den Rotor 3 sind nicht dargestellte elektrische Anschlüsse angeschlossen, um mit einer nicht dargestellten Messanlage die Induktionsspule 6 mit Strom zu beaufschlagen und die Messsignale zu erfassen.
In 3 ist ein differentielles Messsignal dargestellt, mit dem eine Zeile des partikelfreien Bereichs 7 in 2 erfasst wird.
Die Induktionsspule kann beispielsweise einen Ferritkern aufweisen. Statt einer einzigen Induktionsspule 6 kann der Rotor 3 auch zwei oder mehr Induktionsspulen aufweisen.

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung der aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung hergestellten Zylinderlauffläche (1) des Kurbelgehäuses (2) einer Hubkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung der Zylinderlauffläche (1) auf siliziumpartikelfreie Bereiche (7) das Wirbelstrom-Verfahren angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine differentielle Messung der elektrischen Leitfähigkeit mit dem Wirbelstrom-Verfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine absolute Messung der elektrischen Leitfähigkeit mit dem Wirbelstrom-Verfahren durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in den Zylinder (Z) einführbaren Rotor (3) mit zur Zylinderachse (4) koaxialer Drehachse (5), der mit einer der Zylinderlauffläche (1) benachbarten Induktionsspule (6) zur Wirbelstromerzeugung versehen ist, wobei die Induktionsspule (6) in Längsrichtung (L) des Zylinders (Z) bewegbar ausgebildet ist.