DE102008028964B4

DE102008028964B4 - Maske zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung

Info

Publication number: DE102008028964B4
Application number: DE102008028964.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Erdmann Christian Martin; Dipl.-Ing. Özdeniz Eyuep Akin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: DE102008028964A1

Abstract

Maske (1) zum Aufsetzen auf einen Motorblock (8) während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock (8) eingelassenen Zylinderbohrung (2), bei dem ein Beschichtungskopf durch die Maske (1) in die Zylinderbohrung (2) eingeführt wird, wobei die Maske (1) auf einen Durchmesser (d) der zu beschichtenden Zylinderbohrung (2) abgestimmt ist, wobei die Maske (1) eine Maskenaufnahme (3) und mindestens ein Einweg-Insert (4.1, 4.2) umfasst, das in die Maskenaufnahme (3) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenaufnahme (3) einen umlaufenden Auflagebereich (6) zum Auflegen auf eine Zylinderdeckfläche (7) in einem von der Zylinderbohrung (2) beabstandeten Bereich aufweist, wobei die Maskenaufnahme (3) innerhalb des Auflagebereichs (6) einen umlaufenden Hohlraum (9) aufweist, der nach innen durch eine umlaufende Lippe (10) begrenzt ist, die bei auf der Zylinderdeckfläche (7) aufliegender Maskenaufnahme (3) von der Zylinderdeckfläche (7) beabstandet ist und eine Durchgangsöffnung umschließt, deren Durchmesser (d) maximal einem Durchmesser (d) der Zylinderbohrung (2) entspricht, wobei ein erstes der Einweg-Inserts (4.1) in einen Innenbereich der Maskenaufnahme (3) eingesetzt wird, wobei ein weiteres der Einweg-Inserts (4.2) in den Hohlraum (9) eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock eingelassenen Zylinderbohrung, wobei die Maske auf einen Durchmesser der zu beschichtenden Zylinderbohrung abgestimmt ist.
Bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren wird aus Gründen der Energieeffizienz und der Emissionsreduzierung eine möglichst geringe Reibung und eine hohe Abrieb- und Verschleißfestigkeit angestrebt. Hierzu werden Motorbauteile, wie zum Beispiel Zylinderbohrungen bzw. deren Wandungen mit einer Laufflächenschicht versehen oder es werden Laufbuchsen in die Zylinderbohrungen eingesetzt, welche mit einer Laufflächenschicht versehen werden. Das Aufbringen solcher Laufflächenschichten erfolgt zumeist mittels thermischen Spritzens, beispielsweise Lichtbogendrahtspritzen. Beim Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dabei schmelzen die Drahtspitzen ab und werden beispielsweise mittels eines Zerstäubergases auf die zu beschichtende Oberfläche, beispielsweise die Zylinderwand befördert, wo sie sich anlagern.
Ziel ist dabei, die gesamte Lauffläche homogen zu beschichten. Da eine thermische Beschichtungsvorrichtung eine bestimmte Anlaufzeit braucht, bis ein homogener Beschichtungsstrahl erzeugt wird, muss die thermische Beschichtungsvorrichtung bereits vor dem Einführen in die Zylinderbohrung aktiviert werden, da sonst innerhalb der Zylinderbohrung eine unregelmäßige Anfangsschicht entsteht. Beim Aktivieren der thermischen Beschichtungsvorrichtung außerhalb der zu beschichtenden Zylinderbohrung besteht jedoch die Gefahr, dass bereits bearbeitete Oberflächen des Motorblocks durch den Beschichtungsstrahl unerwünscht beschichtet werden, ein Effekt, der auch als „Overspray“ bezeichnet wird.
Aus der EP 0 776 704 B1 ist ein Verfahren zum Abdecken der Enden von Zylinderbohrungen bekannt, das folgende Schritte aufweist:

(a) Aufnehmen eines oder mehrerer aufblasbarer Maskenelemente in unmittelbarer Nähe eines Endes der Bohrungswand; und
(b) Füllen des aufblasbaren Maskenelementes mit Druck, so dass es sich aufbläht und ringförmig an dem Ende der Bohrungswand anlegt. Das Verfahren wird zur Abdeckung von Enden von Zylinderbohrungen angewendet, um diese gegen thermisches Innen-Metallspritzen mit einer drehbaren Spritzpistole abzuschirmen. Besagtes Maskenelement besteht aus einem aufblasbaren und zusammenfaltbaren luftdichten Sack aus hitzebeständigem Gewebe, der auf gegenüberliegenden Seiten mit einer Opferschicht aus wärmebeständigem nichthaftendem Material besteht.

Aus der DE 202 00 739 U1 ist eine Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während des thermischen Beschichtens von darin eingelassenen Zylinderbohrungen beschrieben. Diese ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und mit dem Durchmesser auf die Zylinderbohrung abgestimmt. Die Maske weist dabei einen als Verschleißteil bzw. Einweg-Insert konzipierten Einsatz auf, welcher einfach entfernt werden kann. Darüber hinaus lässt sich durch Einsätze mit unterschiedlichem Durchmesser eine Anpassung der Maske an unterschiedliche Durchmesser der Zylinderbohrungen vornehmen.
Der Nachteil besteht darin, dass der Einsatz vergleichsweise aufwändig hergestellt ist, da er neben seiner Funktion als Einweg-Insert, welches bei Verschleiß entsorgt werden kann, außerdem die Anpassung auf den Durchmesser der jeweiligen Zylinderbohrung mit übernehmen muss.
Aus der DE 199 10 665 A1 ist außerdem eine Abdeckmaske bekannt, die zum Aufsetzen auf das Zylinderkurbelwellengehäuse einer Verbrennungskraftmaschine bestimmt ist. Auch diese weist im Inneren einen Einweg-Einsatz auf, welcher dort als Verschleißhülse bezeichnet wird. Der Durchmesser der Verschleißhülse ist dabei größer als der Durchmesser der Zylinderbohrung. Dies hat den Nachteil, dass Material auf der Oberfläche des Zylinderkopfes abgelagert werden kann, was zu einer zwingenden Nachbearbeitung führt, da diese Fläche entsprechend sauber sein muss, um eine zuverlässige Abdichtung durch die Zylinderkopfdichtung bei der späteren Montage des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
In der genannten Schrift ist außerdem die weitere Eindüsung von Gas, insbesondere von inertem Stickstoff, um die Maske herum vorgesehen. Hierdurch lässt sich die Atmosphäre während der dort beschriebenen Plasmabeschichtung durch ein geeignetes Gas beeinflussen.
Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die EP 1 077 090 A2 hingewiesen werden. Auch diese beschreibt eine Maske für die thermische Beschichtung eines Zylinderkopfs.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während des thermischen Beschichtens von darin eingelassenen Zylinderbohrungen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Maske mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock eingelassenen Zylinderbohrung ist auf einen Durchmesser der zu beschichtenden Zylinderbohrung abgestimmt. Beim Beschichtungsvorgang wird ein Beschichtungskopf durch die Maske in die Zylinderbohrung eingeführt. Die Maske umfasst eine Maskenaufnahme und mindestens ein Einweg-Insert, das in die Maskenaufnahme eingesetzt wird. Während die Maskenaufnahme wieder verwendbar ist und durch den Einsatz Einweg-Inserts vor Verschmutzung durch Beschichtungsmaterial geschützt ist, wird das Einweg-Insert nur solange zur Beschichtung benutzt, bis es einen bestimmten Verschmutzungsgrad erreicht hat. Danach wird es entsorgt und durch ein anderes Einweg-Insert ersetzt. Die Maskenaufnahme stellt eine hohe Stabilität der Maske bei hohen Temperaturen, wie sie beim thermischen Spritzen auftreten, sicher.
Die Maske weist eine Maskenaufnahme und zwei Einweg-Inserts auf, die in die Maskenaufnahme eingesetzt werden. Die Einweg-Inserts sind insbesondere als Blech-Umformteile gebildet. Das erste Einweg-Insert weist ebenso wie die Maskenaufnahme eine konische Innenfläche auf. An der Maskenaufnahme ist ein umlaufender Auflagebereich zum Auflegen der Maske auf eine Zylinderdeckfläche eines Motorblocks vorgesehen, in dem die Zylinderbohrung vorgesehen ist. Der umlaufende Auflagebereich ist von der Zylinderbohrung mit einem Radialabstand beabstandet. Innerhalb des Auflagebereichs ist ein umlaufender Hohlraum vorgesehen, der nach innen durch eine umlaufende Lippe begrenzt wird. Die Lippe ist bei auf der Zylinderdeckfläche aufliegender Maske von der Zylinderdeckfläche geringfügig beabstandet und umschließt eine Durchgangsöffnung, deren Durchmesser maximal einem Durchmesser der Zylinderbohrung entspricht, vorzugsweise jedoch etwas kleiner ist. Durch die Beabstandung der Lippe von der Zylinderdeckfläche kann die Lippe nicht durch überschüssiges Beschichtungsmaterial (Overspray) mit der Zylinderdeckfläche verschweißen. Der weiter zurückliegende Auflagebereich ist ebenfalls vor Overspray geschützt, so dass auch der Auflagebereich nicht mit der Zylinderdeckfläche verschweißt. Durch den schmalen Spalt zwischen Zylinderdeckfläche und Lippe trotz dem eindringenden Beschichtungsmaterial wird in dem umlaufenden Hohlraum beruhigt und am weiteren Einweg-Insert angelagert. Ebenso lagert sich überschüssiges Beschichtungsmaterial am ersten Einweg-Insert an.
Die erfindungsgemäße Maske reduziert erheblich den Reinigungsaufwand und damit die Kosten bei der Beschichtung von Zylinderbohrungen. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass das Einweg-Insert preiswert als ein Blech-Umformteil gebildet ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Maske mit Einweg-Inserts zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung,
2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Maske mit Einweg-Inserts zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung, und
3 eine perspektivische Ansicht der Maske aus 1. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In 1 ist eine Schnittansicht einer Maske 1 zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung 2 gezeigt. Bei einem Beschichtungsvorgang wird ein Beschichtungskopf (nicht gezeigt) durch die Maske 1 in die Zylinderbohrung 2 eingeführt, der ein Beschichtungsmaterial emittiert. Die Maske 1 weist eine Maskenaufnahme 3 und zwei Einweg-Inserts 4.1, 4.2 auf, die in die Maskenaufnahme 3 eingesetzt werden. Die Einweg-Inserts 4.1, 4.2 sind insbesondere als Blech-Umformteile gebildet. Das Einweg-Insert 4.1 weist ebenso wie die Maskenaufnahme 3 eine konische Innenfläche 5 auf. An der Maskenaufnahme 3 ist ein umlaufender Auflagebereich 6 zum Auflegen der Maske 3 auf eine Zylinderdeckfläche 7 eines Motorblocks 8 vorgesehen, in dem die Zylinderbohrung 2 vorgesehen ist. Der umlaufende Auflagebereich 6 ist von der Zylinderbohrung 2 mit einem Radialabstand x_R beabstandet. Innerhalb des Auflagebereichs 6 ist ein umlaufender Hohlraum 9 vorgesehen, der nach innen durch eine umlaufende Lippe 10 begrenzt wird. Die Lippe 10 ist bei auf der Zylinderdeckfläche 7 aufliegender Maske 1 von der Zylinderdeckfläche 7 geringfügig beabstandet und umschließt eine Durchgangsöffnung, deren Durchmesser d_D maximal einem Durchmesser dz der Zylinderbohrung 2 entspricht, vorzugsweise jedoch etwas kleiner ist. Durch die Beabstandung der Lippe 10 von der Zylinderdeckfläche 7 kann die Lippe 10 nicht durch überschüssiges Beschichtungsmaterial (Overspray) mit der Zylinderdeckfläche 7 verschweißen. Der weiter zurückliegende Auflagebereich 6 ist ebenfalls vor Overspray geschützt, so dass auch der Auflagebereich 6 nicht mit der Zylinderdeckfläche 7 verschweißt. Durch den schmalen Spalt zwischen Zylinderdeckfläche 7 und Lippe 10 trotz dem eindringenden Beschichtungsmaterial wird in dem umlaufenden Hohlraum 9 beruhigt und am Einweg-Insert 4.2 angelagert. Ebenso lagert sich überschüssiges Beschichtungsmaterial am Einweg-Insert 4.1 an.
Nach einer bestimmten Anzahl von Beschichtungsvorgängen hat sich soviel Beschichtungsmaterial an den Einweg-Inserts 4.1, 4.2 angelagert, dass diese entsorgt und durch neue Einweg-Inserts 4.1, 4.2 ersetzt werden. Die Maskenaufnahme 3 kann ohne Reinigung weiterbenutzt werden.
In 2 ist die Maske aus 1 gezeigt, wobei das Einweg-Insert 4.2 abweichend so gebildet ist, dass nur besonders exponierte Flächen des umlaufenden Hohlraums 9 gegen Ablagerungen von Beschichtungsmaterial abgedeckt sind. Auf diese Weise kann Material bei der Fertigung der Einweg-Inserts 4.2 gespart werden. Eine gelegentliche Reinigung des Hohlraums 9 und einer Unterseite der Lippe 10 kann erforderlich sein.
In 3 ist eine perspektivische Darstellung der Maske 1 gezeigt. An einer Oberseite der Maskenaufnahme 3 sind Arretierungen 11 vorgesehen, mittels derer ein Herausspringen des Einweg-Inserts 4.1 aus der Maskenaufnahme 3 infolge Wärmeausdehnung beim thermischen Spritzen vermieden wird. Die Arretierungen können beispielsweise als Schrauben oder T-Nutsteine ausgebildet sein.
Die Maskenaufnahme 3 und/oder das Einweg-Insert 4.1 können alternativ mit einer zylindrischen Innenfläche 5 gebildet sein.
Es kann ein umlaufender Auffangbereich für an der Innenfläche 5 herunter laufendes Beschichtungsmaterial vorgesehen sein.
Insbesondere kommt bei der Beschichtung ein Lichtbogendrahtspritz-Verfahren (LDS) zum Einsatz.
Bezugszeichenliste

1: Maske
2: Zylinderbohrung
3: Maskenaufnahme
4.1, 4.2: Einweg-Insert
5: Innenfläche
6: umlaufender Auflagebereich
7: Zylinderdeckfläche
8: Motorblock
9: umlaufender Hohlraum
10: umlaufende Lippe
11: Arretierung
d_D: Durchmesser der Durchgangsbohrung
d_Z: Durchmesser der Zylinderbohrung
x_R: Radialabstand

Claims

Maske (1) zum Aufsetzen auf einen Motorblock (8) während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock (8) eingelassenen Zylinderbohrung (2), bei dem ein Beschichtungskopf durch die Maske (1) in die Zylinderbohrung (2) eingeführt wird, wobei die Maske (1) auf einen Durchmesser (d_Z) der zu beschichtenden Zylinderbohrung (2) abgestimmt ist, wobei die Maske (1) eine Maskenaufnahme (3) und mindestens ein Einweg-Insert (4.1, 4.2) umfasst, das in die Maskenaufnahme (3) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskenaufnahme (3) einen umlaufenden Auflagebereich (6) zum Auflegen auf eine Zylinderdeckfläche (7) in einem von der Zylinderbohrung (2) beabstandeten Bereich aufweist, wobei die Maskenaufnahme (3) innerhalb des Auflagebereichs (6) einen umlaufenden Hohlraum (9) aufweist, der nach innen durch eine umlaufende Lippe (10) begrenzt ist, die bei auf der Zylinderdeckfläche (7) aufliegender Maskenaufnahme (3) von der Zylinderdeckfläche (7) beabstandet ist und eine Durchgangsöffnung umschließt, deren Durchmesser (d_D) maximal einem Durchmesser (d_Z) der Zylinderbohrung (2) entspricht, wobei ein erstes der Einweg-Inserts (4.1) in einen Innenbereich der Maskenaufnahme (3) eingesetzt wird, wobei ein weiteres der Einweg-Inserts (4.2) in den Hohlraum (9) eingesetzt wird.
Maske (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einweg-Insert (4.1, 4.2) als ein Blech-Umformteil ausgebildet ist.
Maske (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hohlraum (9) eingesetzte weitere Einweg-Insert (4.2) nur einen bezüglich von Beschichtungsmaterial besonders exponierten Teil von Innenflächen des Hohlraums (9) abdeckt.
Maske (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hohlraum (9) eingesetzte weitere Einweg-Insert (4.2) alle Innenflächen des Hohlraums (9) abdeckt.
Maske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Hohlraum (9) eingesetzte weitere Einweg-Insert (4.2) eine Unterseite der Lippe (10) abdeckt.
Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Auffangbereich zur Aufnahme von während des Beschichtungsvorgangs an einer Innenfläche (5) des ersten Einweg-Inserts (4.1) herunter laufendem Beschichtungsmaterial vorgesehen ist.
Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche (5) der Maskenaufnahme (3) und/oder des ersten Einweg-Inserts (4.1) zylindrisch gebildet ist.
Maske (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche (5) der Maskenaufnahme (3) und/oder des ersten Einweg-Inserts (4.1) sich zur Zylinderbohrung (2) hin verjüngt.