DE102008028965B4 - Mask for the thermal coating of a cylinder bore - Google Patents

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Abstract

Maske (1) zum Aufsetzen auf einen Motorblock (3) während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock (3) eingelassenen Zylinderbohrung (2), wobei die Maske (1) auf einen Durchmesser (d) der zu beschichtenden Zylinderbohrung (2) abgestimmt ist, wobei die Maske (1) einen umlaufenden Auflagebereich (5) zum Auflegen auf eine Zylinderdeckfläche (6) in einem von der Zylinderbohrung (2) radial beabstandeten Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (1) radial innerhalb des Auflagebereichs (5) einen umlaufenden Hohlraum (7) aufweist, der nach radial innen durch eine umlaufende Lippe (8) begrenzt ist, die bei auf der Zylinderdeckfläche (6) aufliegender Maske (1) von der Zylinderdeckfläche (6) mit einem Höhenabstand (h) beabstandet ist und eine Durchgangsöffnung umschließt, deren Durchmesser (d) maximal einem Durchmesser (d) der Zylinderbohrung (2)entspricht.Mask (1) for placing on an engine block (3) during a thermal coating process of a cylinder bore (2) embedded in the engine block (3), the mask (1) being matched to a diameter (d) of the cylinder bore (2) to be coated, wherein the mask (1) has a circumferential contact area (5) for placing on a cylinder top surface (6) in a region radially spaced from the cylinder bore (2), characterized in that the mask (1) radially within the contact area (5) has a circumferential cavity (7), which is bounded radially inward by a circumferential lip (8) which is spaced apart from the cylinder cover surface (6) by a height distance (h) when the mask (1) lies on the cylinder cover surface (6), and a Encloses through opening, the diameter (d) of which corresponds at most to a diameter (d) of the cylinder bore (2).

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.The invention relates to a mask for placing on an engine block during a thermal coating process of a cylinder bore embedded in the engine block, the mask being matched to a diameter of the cylinder bore to be coated.

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.In the manufacture of internal combustion engines, the lowest possible friction and high abrasion and wear resistance are sought for reasons of energy efficiency and emission reduction. For this purpose, engine components, such as cylinder bores or their walls, are provided with a tread layer or bushings are inserted into the cylinder bores, which are provided with a tread layer. Such tread layers are usually applied by means of thermal spraying, for example arc wire spraying. In arc wire spraying, an arc is generated between two wire-shaped spray materials by applying a voltage. The wire tips melt off and are conveyed, for example by means of an atomizing gas, onto the surface to be coated, for example the cylinder wall, where they accumulate.

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.The aim is to coat the entire tread homogeneously. Since a thermal coating device requires a certain start-up time before a homogeneous coating jet is generated, the thermal coating device must be activated before it is introduced into the cylinder bore, since otherwise an irregular starting layer is created within the cylinder bore. When activating the thermal coating device outside the cylinder bore to be coated, however, there is a risk that surfaces of the engine block that have already been machined are undesirably coated by the coating jet, an effect which is also referred to as “overspray”.

Aus der DE 202 00 739 Ul ist eine Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während des thermischen Beschichtens von darin eingelassenen Zylinderbohrungen bekannt, bei der die Maske im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und auf den Durchmesser der zu beschichtenden Zylinderbohrung abgestimmt ist. Bei einer so gestalteten Maske besteht die Gefahr des Verschweißens der Maske mit einer Zylinderdeckfläche oder der Zylinderlaufbahn durch Overspray. Zudem muss die Maske nach einem oder mehreren Beschichtungsvorgängen aufwändig von anhaftendem Beschichtungsmaterial gereinigt werden müssen.From the DE 202 00 739 Ul is known as a mask for mounting on an engine block during the thermal coating of cylinder bores embedded therein, in which the mask is essentially hollow-cylindrical and is matched to the diameter of the cylinder bore to be coated. With a mask designed in this way, there is a risk of the mask being welded to a cylinder cover surface or the cylinder raceway by overspray. In addition, the mask must be cleaned from adhering coating material after one or more coating processes.

Die JP 2007-239 000 A beschreibt eine Maske für das dem Kurbelgehäuse zugewandte Ende einer Zylinderbohrung in einem Motorblock. Diese Maske umfasst einen Vorsprung, der über eine umlaufende Nut von dem am Motorblock anliegenden Bereich beabstandet ist. Bei der Beschichtung hält der Vorsprung Beschichtungsmaterial von dem der Zylinderbohrung benachbarten Bereich ab. Damit wird die Gefahr eines Verschweißens der Maske mit der Beschichtung bzw. der Zylinderbohrung während der Beschichtung verringert.The JP 2007-239,000 A describes a mask for the end of a cylinder bore in an engine block facing the crankcase. This mask comprises a projection which is spaced apart from the area abutting the engine block via a circumferential groove. During coating, the protrusion keeps coating material from the area adjacent to the cylinder bore. This reduces the risk of the mask welding to the coating or the cylinder bore during the coating.

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.From the DE 199 10 665 A1 a mask is also known which is intended to be placed on the cylinder crankcase of an internal combustion engine. This also has a disposable insert inside, which is referred to there as a wear sleeve. The diameter of the wear sleeve is larger than the diameter of the cylinder bore. This has the disadvantage that material can be deposited on the surface of the cylinder head, which leads to compulsory reworking, since this surface must be correspondingly clean in order to ensure a reliable seal by the cylinder head gasket when the internal combustion engine is later installed.

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.The cited document also provides for further injection of gas, in particular inert nitrogen, around the mask. In this way, the atmosphere can be influenced by a suitable gas during the plasma coating described there.

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.For further prior art can also on EP 1 077 090 A2 be pointed out. This also describes a mask for the thermal coating of a cylinder head.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock während des thermischen Beschichtens von darin eingelassenen Zylinderbohrungen anzugeben.It is an object of the invention to provide an improved mask for mounting on an engine block during the thermal coating of cylinder bores embedded therein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Maske mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by a mask with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.

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. Die Maske weist einen umlaufenden Auflagebereich zum Auflegen auf eine Zylinderdeckfläche in einem von der Zylinderbohrung radial beabstandeten Bereich auf. Die Maske weist weiter radial innerhalb des Auflagebereichs einen umlaufenden Hohlraum auf, der nach radial innen durch eine umlaufende Lippe begrenzt ist. Die umlaufende Lippe ist bei auf der Zylinderdeckfläche aufliegender Maske von der Zylinderdeckfläche in der Höhe beabstandet und umschließt eine Durchgangsöffnung, deren Durchmesser maximal einem Durchmesser der Zylinderbohrung entspricht, vorzugsweise jedoch etwas größer ist. Für einen Beschichtungsvorgang wird ein rotierender Beschichtungskopf durch die Maske in die Zylinderbohrung eingeführt. Der Beschichtungskopf emittiert dabei ein Beschichtungsmaterial, das sich auf einer Innenfläche der Zylinderbohrung ablagert. Überschüssiges Beschichtungsmaterial lagert sich auch in der Maske ab, da der Beschichtungskopf für eine gleichmäßige Beschichtung der Zylinderbohrung bereits während des Einführens durch die Maske Beschichtungsmaterial emittieren muss. 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 durch die Lippe ebenfalls vor Overspray geschützt, so dass auch der Auflagebereich nicht mit der Zylinderdeckfläche verschweißt. Durch den schmalen Spalt zwischen Zylinderdeckfläche und Lippe wird trotzdem eindringendes Beschichtungsmaterial in dem umlaufenden Hohlraum beruhigt und angelagert.A mask according to the invention for placing on an engine block during a thermal coating process of a cylinder bore embedded in the engine block is matched to a diameter of the cylinder bore to be coated. The mask has a circumferential contact area for placing on a cylinder top surface in an area radially spaced from the cylinder bore. The mask also has a circumferential one radially within the support area Cavity, which is bounded radially inward by a circumferential lip. When the mask lies on the cylinder cover surface, the circumferential lip is spaced apart in height from the cylinder cover surface and encloses a through opening whose diameter corresponds at most to a diameter of the cylinder bore, but is preferably somewhat larger. For a coating process, a rotating coating head is inserted through the mask into the cylinder bore. The coating head emits a coating material that is deposited on an inner surface of the cylinder bore. Excess coating material is also deposited in the mask, since the coating head has to emit coating material during the insertion through the mask in order to coat the cylinder bore evenly. Due to the spacing of the lip from the cylinder cover surface, the lip cannot weld to the cylinder cover surface using excess coating material (overspray). The lip, which lies further back, is also protected from overspray by the lip, so that the lip area is not welded to the cylinder top surface either. Due to the narrow gap between the cylinder top surface and the lip, the penetrating coating material in the surrounding cavity is soothed and deposited.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht einer Maske zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung, und
  • 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Maske aus 1 mit einem Hohlraum und einer Lippe.
Show:
  • 1 a sectional view of a mask for the thermal coating of a cylinder bore, and
  • 2 an enlarged section of the mask 1 with a cavity and a lip.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist eine Schnittansicht einer Maske 1 zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung 2 in einem Motorblock 3 gezeigt. Die Maske 1 weist eine konische Innenfläche 4 auf. Es ist ein umlaufender Auflagebereich 5 zum Auflegen der Maske 1 auf eine Zylinderdeckfläche 6 vorgesehen. Der umlaufende Auflagebereich 5 ist von der Zylinderbohrung 2 mit einem Radialabstand xR beabstandet. Radial innerhalb des Auflagebereichs 5 ist ein umlaufender Hohlraum 7 vorgesehen, der nach radial innen durch eine umlaufende Lippe 8 begrenzt wird. Die Lippe 8 ist bei auf der Zylinderdeckfläche 6 aufliegender Maske 1 von der Zylinderdeckfläche 6 geringfügig in der Höhe beabstandet und umschließt eine Durchgangsöffnung, deren Durchmesser dD maximal einem Durchmesser dz der Zylinderbohrung 2 entspricht, vorzugsweise jedoch etwas kleiner ist. Durch die Beabstandung der Lippe 8 von der Zylinderdeckfläche 6 kann die Lippe 8 nicht durch überschüssiges Beschichtungsmaterial (Overspray) mit der Zylinderdeckfläche 6 verschweißen. Der weiter zurückliegende Auflagebereich 5 ist ebenfalls vor Overspray geschützt, so dass auch der Auflagebereich 5 nicht mit der Zylinderdeckfläche 6 verschweißt. Durch den schmalen Spalt zwischen Zylinderdeckfläche 6 und Lippe 8 trotzdem eindringendes Beschichtungsmaterial wird in dem umlaufenden Hohlraum 7 beruhigt und angelagert.In 1 is a sectional view of a mask 1 for the thermal coating of a cylinder bore 2 in an engine block 3 shown. The mask 1 has a conical inner surface 4 on. It is a circulating support area 5 to put on the mask 1 on a cylinder top surface 6 intended. The surrounding support area 5 is from the cylinder bore 2 with a radial distance x R spaced. Radially within the contact area 5 is a circumferential cavity 7 provided the radially inward through a circumferential lip 8th is limited. The lip 8th is on the cylinder top surface 6 mask on top 1 from the cylinder top surface 6 slightly spaced in height and encloses a through hole, the diameter d D maximum one diameter dz the cylinder bore 2 corresponds, but is preferably somewhat smaller. By spacing the lip 8th from the cylinder top surface 6 can lip 8th not due to excess coating material (overspray) with the cylinder top surface 6 weld. The further back support area 5 is also protected from overspray, so that the support area 5 not with the cylinder top surface 6 welded. Through the narrow gap between the cylinder top surface 6 and lip 8th nevertheless penetrating coating material is in the circumferential cavity 7 calms and settles.

In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus der Maske 1 aus 1 mit dem Hohlraum 7 und der Lippe 8 gezeigt. Ein sich durch die unterschiedlichen Durchmesser dD und dZ ergebender Seitenabstand b der Lippe 8 zu einer Zylinderinnenfläche 9 und ein Höhenabstand h der Lippe 8 zur Zylinderdeckfläche 6 kann in Abhängigkeit von einem Öffnungswinkel α eines das Beschichtungsmaterial 10 enthaltenden Beschichtungsstrahls gewählt werden, der vom Beschichtungskopf 11 emittiert wird.In 2 is an enlarged section of the mask 1 out 1 with the cavity 7 and the lip 8th shown. One by the different diameters d D and d Z resulting side distance b the lip 8th to an inner cylinder surface 9 and a height distance H the lip 8th to the cylinder top surface 6 can depend on an opening angle α one the coating material 10 containing coating jet are selected, that of the coating head 11 is emitted.

Die konische Form der Innenfläche 4 ist vorteilhaft für die Entfernung des Beschichtungsmaterials, dass sich in der Regel mit einem Schlag lösen lässt. Zudem kann sich das an der Innenfläche 4 anhaftende Beschichtungsmaterial von der Innenfläche 4 lösen, ohne in die Zylinderbohrung 2 zu fallen. Die Maske 1 kann jedoch alternativ mit einer zylindrischen Innenfläche 4 gebildet sein.The conical shape of the inner surface 4 is advantageous for the removal of the coating material, which can usually be removed in one fell swoop. This can also affect the inner surface 4 adhesive coating material from the inner surface 4 loosen without going into the cylinder bore 2 to fall. The mask 1 can alternatively with a cylindrical inner surface 4 be educated.

Es kann ein umlaufender Auffangbereich für an der Innenfläche 4 herunter laufendes Beschichtungsmaterial vorgesehen sein. Die Innenfläche 4 der Maske 1 kann mit einer glatten Oberfläche oder einer Antihaftbeschichtung versehen sein, wodurch die Reinigung zusätzlich erleichtert wird.There can be a circumferential collection area for on the inside surface 4 running down coating material may be provided. The inner surface 4 the mask 1 can be provided with a smooth surface or a non-stick coating, which also makes cleaning easier.

Insbesondere kommt bei der Beschichtung ein Lichtbogendrahtspritz-Verfahren (LOS) zum Einsatz.In particular, an arc wire spraying (LOS) process is used for the coating.

Die Lippe 8 ist beispielsweise etwa 1,5 mm bis 2,5 mm von der Zylinderdeckfläche 6 beabstandet.The lip 8th is, for example, about 1.5 mm to 2.5 mm from the cylinder top surface 6 spaced.

Der Hohlraum kann mit einem Öffnungswinkel β von etwa 18° oder einem anderen Öffnungswinkel gebildet sein.The cavity can be formed with an opening angle β of approximately 18 ° or another opening angle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Maskemask
22
Zylinderbohrungbore
33
Motorblockblock
44
InnenflächeInner surface
55
umlaufender Auflagebereichall-round support area
66
ZylinderdeckflächeCylinder cover surface
77
umlaufender Hohlraumencircling cavity
88th
umlaufende Lippecircumferential lip
99
ZylinderinnenflächeCylinder inner surface
1010
Beschichtungsmaterialcoating material
1111
Beschichtungskopfcoating head
αα
Öffnungswinkel des BeSchichtungsStrahlsOpening angle of the coating beam
ßß
Öffnungswinkel des HohlraumsOpening angle of the cavity
bb
Seitenabstandlateral distance
hH
Höhenabstandheight distance
dD d D
Durchmesser der DurchgangsbohrungDiameter of the through hole
dzdz
Durchmesser der ZylinderbohrungDiameter of the cylinder bore
xR x R
Radialabstandradial distance

Claims (7)

Maske (1) zum Aufsetzen auf einen Motorblock (3) während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock (3) eingelassenen Zylinderbohrung (2), wobei die Maske (1) auf einen Durchmesser (dz) der zu beschichtenden Zylinderbohrung (2) abgestimmt ist, wobei die Maske (1) einen umlaufenden Auflagebereich (5) zum Auflegen auf eine Zylinderdeckfläche (6) in einem von der Zylinderbohrung (2) radial beabstandeten Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (1) radial innerhalb des Auflagebereichs (5) einen umlaufenden Hohlraum (7) aufweist, der nach radial innen durch eine umlaufende Lippe (8) begrenzt ist, die bei auf der Zylinderdeckfläche (6) aufliegender Maske (1) von der Zylinderdeckfläche (6) mit einem Höhenabstand (h) beabstandet ist und eine Durchgangsöffnung umschließt, deren Durchmesser (dD) maximal einem Durchmesser (dZ) der Zylinderbohrung (2)entspricht.Mask (1) for placing on an engine block (3) during a thermal coating process of a cylinder bore (2) embedded in the engine block (3), the mask (1) being matched to a diameter (d z ) of the cylinder bore (2) to be coated , The mask (1) having a circumferential contact area (5) for placing on a cylinder top surface (6) in an area radially spaced from the cylinder bore (2), characterized in that the mask (1) radially within the contact area (5) has a circumferential cavity (7) which is delimited radially inward by a circumferential lip (8) which is spaced apart from the cylinder cover surface (6) by a height distance (h) when the mask (1) lies on the cylinder cover surface (6) and encloses a through opening, the diameter (d D ) of which corresponds at most to a diameter (d Z ) of the cylinder bore (2). Maske (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein umlaufender Auffangbereich zur Aufnahme von während des Beschichtungsvorgangs an einer Innenseite der Maske (1) herunter laufendem Beschichtungsmaterial (10) vorhanden ist.Mask (1) Claim 1 , characterized in that there is a circumferential collecting area for receiving coating material (10) running down on the inside of the mask (1) during the coating process. Maske (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche (4) der Maske (1) zylindrisch gebildet ist.Mask (1) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that an inner surface (4) of the mask (1) is cylindrical. Maske (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche (4) der Maske (1) sich zur Zylinderbohrung (2) hin verjüngt.Mask (1) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that an inner surface (4) of the mask (1) tapers towards the cylinder bore (2). Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche (4) der Maske (1) mit einer glatten Oberfläche oder einer Antihaftbeschichtung versehen ist.Mask (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an inner surface (4) of the mask (1) is provided with a smooth surface or a non-stick coating. Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe (8) in einem Abstand von 1,5 mm bis 2,5 mm entfernt von der Zylinderdeckfläche (6) ist.Mask (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the lip (8) is at a distance of 1.5 mm to 2.5 mm from the cylinder top surface (6). Maske (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Hohlraum (7) im aufgesetzten Zustand der Maske (1) auf der Zylinderdeckfläche (6) diese um einen Radialabstand (xR) überlappt.Mask (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential cavity (7) in the attached state of the mask (1) overlaps the cylinder cover surface (6) by a radial distance (x R ).
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