DE102009023605A1 - Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten Download PDF

Info

Publication number
DE102009023605A1
DE102009023605A1 DE102009023605A DE102009023605A DE102009023605A1 DE 102009023605 A1 DE102009023605 A1 DE 102009023605A1 DE 102009023605 A DE102009023605 A DE 102009023605A DE 102009023605 A DE102009023605 A DE 102009023605A DE 102009023605 A1 DE102009023605 A1 DE 102009023605A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
burner
coated
angle
coating
burner head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009023605A
Other languages
English (en)
Inventor
Ümit AKAY
Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann
Sascha André Hufnagel
Patrick Dr.-Ing. Izquierdo
Eyuep Akin Dipl.-Ing. Özdeniz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102009023605A priority Critical patent/DE102009023605A1/de
Publication of DE102009023605A1 publication Critical patent/DE102009023605A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/60—Arrangements for mounting, supporting or holding spraying apparatus
    • B05B15/65—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits
    • B05B15/652—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits whereby the jet can be oriented
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0627—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
    • B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/20—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion
    • B05B7/201—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle
    • B05B7/205—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed by flame or combustion downstream of the nozzle the material to be sprayed being originally a particulate material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten einer zu beschichtenden Fläche (6) eines Bauteils (1), umfassend einen Brenner (2) mit einem Brennerkopf (3), in welchem ein Beschichtungsmaterial aufschmelzbar ist und als Partikelstrahl (4) aus einer Düse (5) des Brennerkopfes (3) auf die zu beschichtende Fläche (6) aufspritzbar ist. Erfindungsgemäß ist eine mittlere Strahlrichtung (7) des Partikelstrahls (4) in einem Strahlwinkel (α) von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche (6) ausrichtbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Beschichten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum thermischen Beschichten nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12.
  • Aus dem Stand der Technik ist, wie in der US 5,439,714 beschrieben, ein Verfahren zum thermischen Spritzen einer inneren Oberfläche einer Bohrung bekannt. Dabei wird ein Ablenkungselement zum Ablenken des Spritzmaterials, welches eine geneigte Ablenkungsfläche an einem dem Brenner zugewandten Ende aufweist, in die Bohrung eingeführt. Das Ablenkungselement und der Brenner werden während des thermischen Spritzens synchron bewegt, so dass der Abstand zwischen diesen konstant bleibt. Durch das Ablenkungselement wird der Partikelstrahl auf die zu beschichtende innere Oberfläche abgelenkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum thermischen Beschichten anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum thermischen Beschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten einer zu beschichtenden Fläche eines Bauteils umfasst einen Brenner mit einem Brennerkopf, in welchem ein Beschichtungsmaterial aufschmelzbar ist und als Partikelstrahl aus einer Düse des Brennerkopfes auf die zu beschichtende Fläche aufspritzbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist eine mittlere Strahlrichtung des Partikelstrahls in einem Strahlwinkel von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche ausrichtbar.
  • Durch eine Ausrichtung der Strahlrichtung des Partikelstrahls auf einen Strahlwinkel von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche ist ein Auftreffen und Anlagern von Spritzpartikeln aus dem Partikelstrahl auf an die zu beschichtende Fläche angrenzende Bereiche des Bauteils verhinderbar oder zumindest deutlich reduzierbar. Derartige Anlagerung, auch als Qverspray bezeichnet, sind nach dem Stand der Technik nur mit einem hohen Aufwand zu vermeiden oder zu entfernen. Beispielsweise werden Trennbleche oder Maskierungen zum Schutz nicht zu beschichtender Bereiche eingesetzt oder es erfolgt eine Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen. Durch die erfindungsgemäße Lösung sind derartige Maßnahmen nicht mehr erforderlich oder nur noch in deutlich reduzierter Weise erforderlich, da sich keine oder deutlich weniger Spritzpartikel an nicht zu beschichtenden Bereichen anlagern. Dadurch sind ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert, da ein Bereithalten, Anbringen, Abnehmen, Reinigen und Aufbereiten von Trennblechen und Maskierungen entfallen, die Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen entfällt oder deutlich verkürzt durchzuführen ist, die Vorrichtung zum thermischen Beschichten wesentlich vereinfacht ist, eine Prozesskette des thermischen Beschichtens verkürzt ist und weniger Mitarbeiter erforderlich sind.
  • Die Vorrichtung ist vorzugsweise zum Beschichten einer Innenfläche einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors verwendbar, wobei durch die Ausrichtung des Partikelstrahls in einem Strahlwinkel von kleiner als 90° insbesondere eine Anlagerung von Qverspray in einem Kurbelwellengehäuse des Verbrennungsmotors verhinderbar oder zumindest deutlich reduzierbar ist, so dass sehr effizient, d. h. zu geringen Kosten und in einer kurzen Fertigungszeit Verbrennungsmotoren mit thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen herstellbar sind, welche aufgrund einer daraus resultierenden Reibungsreduktion verbrauchsoptimiert sind und einen geringeren CO2-Ausstoß aufweisen.
  • Bevorzugt beträgt der Strahlwinkel mindestens 45°, besonders bevorzugt mindestens 60°. Durch einen derartigen relativ steilen Strahlwinkel der mittleren Strahlrichtung des Partikelstrahls ist eine Qualität der Beschichtung nicht negativ beeinflusst, da sich eine Ausrichtung der Spritzpartikel bzw. von durch die Spritzpartikel ausgebildeten Lamellen an der zu beschichtenden Fläche nicht wesentlich ändert. Diese Lamellen sind beispielsweise bei der Beschichtung einer Zylinderbohrung bei einer Ausrichtung der mittleren Strahlrichtung des Partikelstrahls senkrecht zur beschichteten Fläche parallel zu einer Kolbenlaufrichtung in der Zylinderbohrung ausgerichtet. Durch eine Veränderung der Ausrichtung der mittleren Strahlrichtung des Partikelstrahls ändert sich diese Ausrichtung der Lamellen, so dass bei einem Strahlwinkel der mittleren Strahlrichtung des Partikelstrahls von 60° die Lamellen in einem Lamellenwinkel von 30° zur Kolbenlaufrichtung ausgebildet sind. Dies ist für die Qualität der Beschichtung noch unkritisch, da dadurch eine Schichthaftung nicht wesentlich reduziert ist und im Betrieb des Verbrennungsmotors keine kritischen Schubspannungen in der Beschichtung entstehen.
  • Besonders bevorzugt ist die mittlere Strahlrichtung des Partikelstrahls steuerbar und/oder regelbar, so dass diese beispielsweise in mittleren Bereichen der zu beschichtenden Fläche in einem steilen Strahlwinkel und in Randbereichen in einem möglichst flachen Strahlwinkel zur zu beschichtenden Fläche ausrichtbar ist, wobei der Partikelstrahl dann von angrenzenden nicht zu beschichtenden Bereichen weg gerichtet ist.
  • Insbesondere zur Beschichtung von Zylinderbohrungen ist der Brenner zweckmäßigerweise um seine Längsachse drehbar und entlang seiner Längsachse bewegbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Brennerwinkel zwischen der Längsachse des Brenners und der zu beschichtenden Fläche veränderbar. Dies ist eine relativ einfach zu realisierende Ausführungsform, da der Brenner selbst nicht zu verändern ist, sondern beispielsweise an einem entsprechend zu bewegenden Roboterarm angeordnet ist. Allerdings ist diese Ausführungsform nur bedingt zur Beschichtung von Zylinderbohrungen einsetzbar.
  • Der Brenner ist vorzugsweise in einem Brennerwinkel von größer 0° und bis zu 45° zur zu beschichtenden Fläche anordbar, wobei der Partikelstrahl im Wesentlichen senkrecht aus der Düse des Brenners austritt. Entweder ist der Brenner in einem festen Brennerwinkel innerhalb dieses Winkelbereichs angeordnet oder, wie oben beschrieben, entsprechend schwenkbar, so dass der Brennerwinkel veränderbar ist. Mit einem derartigen Brenner sind, da der Partikelstrahl senkrecht zum Brenner austritt, beispielsweise Zylinderbohrungen mit einem entsprechend großen Durchmesser beschichtbar. Der Brenner ist vorzugsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Brenner parallel zur zu beschichtenden Fläche anordbar, wobei der Brennerkopf in einem Brennerkopfwinkel von größer 0° und bis zu 45° zum Brenner abgewinkelt und/oder abwinkelbar ist. Dabei ist die mittlere Strahlrichtung des Partikelstrahls senkrecht zum Brennerkopf. Diese Ausführungsform ist auch zur Beschichtung von Zylinderbohrungen mit einem relativ geringen Durchmesser geeignet, da lediglich der im Vergleich zum Brenner relativ kurze Brennerkopf entsprechend abgewinkelt ist.
  • Der Brennerkopfwinkel ist dabei vorzugsweise während des Beschichtungsvorgangs veränderbar und an eine Position des Brenners anpassbar. Der Brennerkopf ist vorzugsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Düse in einem Düsenwinkel von 45° bis kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche ausgerichtet und/oder ausrichtbar, wobei der Düsenwinkel dem Strahlwinkel entspricht. Mit dieser Ausführungsform sind beispielsweise auch Zylinderbohrungen beschichtbar, deren Durchmesser sehr klein ist, da der Brenner und der Brennerkopf gerade sind und senkrecht in den Zylinder einfahrbar sind. Zur Veränderung der Ausrichtung der mittleren Strahlrichtung des Partikelstrahls ist lediglich die Ausrichtung der Düse entsprechend verändert bzw. während des Beschichtungsvorgangs veränderbar, wobei die Düse vorzugsweise mechanisch, elektrisch, beispielsweise durch Elektromagnete oder Elektromotoren, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar ist.
  • In einem Verfahren zum thermischen Beschichten einer zu beschichtenden Fläche eines Bauteils mittels eines Brenners mit einem Brennerkopf, in welchem ein Beschichtungsmaterial aufgeschmolzen wird und als Partikelstrahl aus einer Düse des Brennerkopfes auf die zu beschichtende Fläche aufgespritzt wird, wird erfindungsgemäß zumindest in einem Teilbereich der zu beschichtenden Fläche eine mittlere Strahlrichtung des Partikelstrahls in einem Strahlwinkel von kleiner als 90° und/oder mindestens 45°, insbesondere mindestens 60° zur zu beschichtenden Fläche ausgerichtet.
  • Dazu wird vorzugsweise eine Ausrichtung des Brenners und/oder eine Ausrichtung des Brennerkopfes und/oder eine Ausrichtung der Düse zur zu beschichtenden Fläche mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch verändert.
  • Das Verfahren ist vorzugsweise zum Beschichten einer Innenfläche einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors verwendbar, wobei durch die Ausrichtung der mittleren Strahlrichtung des Partikeistrahls in einem Strahlwinkel von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche insbesondere eine Anlagerung von Qverspray in einem Kurbelwellengehäuse des Verbrennungsmotors verhindert wird oder zumindest deutlich reduziert wird, so dass sehr effizient, d. h. zu geringen Kosten und in einer kurzen Fertigungszeit Verbrennungsmotoren mit thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen herstellbar sind, welche aufgrund einer daraus resultierenden Reibungsreduktion verbrauchsoptimiert sind und einen geringeren CO2-Ausstoß aufweisen.
  • Durch einen Strahlwinkel von kleiner als 90° insbesondere in Randbereichen der zu beschichtenden Fläche wird ein Auftreffen und Anlagern von Spritzpartikeln aus dem Partikelstrahl auf an die zu beschichtende Fläche angrenzende Bereiche des Bauteils verhindert oder zumindest deutlich reduziert. Dadurch sind Maßnahmen zum Schutz der nicht zu beschichtenden Bereiche oder zur Entfernung der Spritzpartikel in diesen Bereichen nicht mehr oder in einem deutlich reduzierten Maß erforderlich, wodurch ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert sind.
  • Durch den noch relativ steilen Strahlwinkel der mittleren Strahlrichtung des Partikeistrahls zur zu beschichtenden Fläche von mindestens 45°, bevorzugt mindestens 60° wird eine Qualität der Beschichtung nicht negativ beeinflusst, da sich eine Ausrichtung der Spritzpartikel bzw. von durch die Spritzpartikel ausgebildeten Lamellen an der zu beschichtenden Fläche nicht wesentlich ändert. Dadurch ist eine Schichthaftung nicht wesentlich reduziert und im Betrieb des Verbrennungsmotors entstehen keine kritischen Schubspannungen in der Beschichtung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Beschichtung eines Bauteils mit einer ersten Ausführungsform eines Brenners,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Beschichtung eines Bauteils mit einer zweiten Ausführungsform eines Brenners, und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Beschichtung eines Bauteils mit einer dritten Ausführungsform des Brenners.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen einer Beschichtung eines Bauteils 1 mit unterschiedlichen Ausführungsformen einer Vorrichtung zum thermischen Beschichten. Mittels derartiger Ausführungsformen der Vorrichtung ist das Verfahren zum thermischen Beschichten durchführbar. Die Vorrichtung weist einen Brenner 2 mit einem Brennerkopf 3 auf, in welchem ein Beschichtungsmaterial aufschmelzbar ist und als Partikelstrahl 4 aus einer Düse 5 des Brennerkopfes 3 auf eine zu beschichtende Fläche 6 des Bauteils 1 aufspritzbar ist. Ist das Bauteil 1 beispielsweise ein Verbrennungsmotor, dessen Zylinderbohrungen zu beschichten sind, ist der Brenner 2 oder zumindest der Brennerkopf 3 zweckmäßigerweise um seine Längsachse drehbar und entlang seiner Längsachse bewegbar, so dass er in die Zylinderbohrung einfahrbar und in dieser in Längsrichtung bewegbar und drehbar ist. Auf diese Weise ist eine gesamte Innenfläche der Zylinderbohrung beschichtbar.
  • Bei einer mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 von 90°, d. h. senkrecht zur zu beschichtenden Fläche 6, bilden Spritzpartikel auf der zu beschichtenden Fläche 6 eine Lamellenstruktur 8 aus, welche beispielsweise bei einer Zylinderbohrung parallel zu einer Kolbenlaufrichtung eines sich später in der Zylinderbohrung bewegenden Kolbens des Verbrennungsmotors ausgerichtet ist. Dies ist sehr vorteilhaft, da die Partikel sehr gut haften und eine Belastung der Beschichtung durch Schubspannungen am geringsten ist.
  • Allerdings treffen auf diese Weise bei der Beschichtung von Randbereichen der zu beschichtenden Fläche 6 sehr viele Spritzpartikel auf angrenzende nicht zu beschichtende Bereiche 9 auf, lagern sich dort an und bilden das so genannte Qverspray. Bei der Beschichtung von Zylinderbohrungen eines Verbrennungsmotors betrifft dies insbesondere einen Kurbelwellenraum des Verbrennungsmotors. Dieses Qverspray ist nach dem Stand der Technik nur mit einem hohen Aufwand zu vermeiden oder zu entfernen. Beispielsweise sind Trennbleche oder Maskierungen zum Schutz nicht zu beschichtender Bereiche 9 einsetzbar oder es erfolgt eine Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen.
  • Mittels der Vorrichtung und des Verfahrens zum thermischen Beschichten ist dies verhinderbar, da diese Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die mittlere Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 in einem Strahlwinkel α von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche 6 ausgerichtet bzw. ausrichtbar ist. Auf diese Weise ist insbesondere in Randbereichen der zu beschichtenden Fläche 6 der Partikelstrahl 4 von angrenzenden nicht zu beschichtenden Bereichen 9 weg gerichtet bzw. richtbar, so dass das Qverspray, d. h. das Auftreffen und Anlagern von Spritzpartikeln auf nicht zu beschichtende Bereiche 9 verhinderbar oder zumindest deutlich reduzierbar ist. Dadurch sind die beschriebenen Maßnahmen nach dem Stand der Technik zu einer Oversprayverhinderung und Oversprayentfernung nicht mehr erforderlich oder nur noch in deutlich reduzierter Weise erforderlich, da sich keine oder deutlich weniger Spritzpartikel an nicht zu beschichtenden Bereichen 9 anlagern.
  • Daraus resultierend sind ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert, da ein Bereithalten, Anbringen, Abnehmen, Reinigen und Aufbereiten von Trennblechen und Maskierungen entfallen, die Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen entfällt oder deutlich verkürzt durchzuführen ist, die Vorrichtung zum thermischen Beschichten wesentlich vereinfacht ist, eine Prozesskette des thermischen Beschichtens verkürzt ist und weniger Mitarbeiter erforderlich sind. Daher sind sehr effizient, d. h. zu geringen Kosten und in einer kurzen Fertigungszeit Verbrennungsmotoren mit thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen herstellbar, welche aufgrund einer daraus resultierenden Reibungsreduktion verbrauchsoptimiert sind und einen geringeren CO2-Ausstoß aufweisen.
  • Der Strahlwinkel α der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 zur zu beschichtenden Fläche 6 beträgt mindestens 45°, bevorzugt mindestens 60°, so dass ein Lamellenwinkel der durch die Spritzpartikel gebildeten Lamellenstruktur 8 maximal 45°, bevorzugt maximal 30° zur Kolbenlaufrichtung beträgt. Eine derartige Beschichtung weist eine ausreichende Schichthaftung und unkritische Schubspannungen auf, so dass mit der Vorrichtung eine optimale, effiziente und kostengünstige Beschichtung ermöglicht ist.
  • In den folgenden Figuren sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zum thermischen Beschichten zur Durchführung des Verfahrens zum thermischen Beschichten näher dargestellt.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Brenner 2 zusammen mit dem Brennerkopf 3 in einem Brennerwinkel von größer 0° und bis zu 45°, bevorzugt bis zu 30° zur zu beschichtenden Fläche 6 angeordnet. Der Partikelstrahl 4 tritt im Wesentlichen senkrecht aus der Düse 5 des Brennerkopfes 3 aus, d. h. die mittlere Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 ist senkrecht zum Brenner 2 bzw. zum Brennerkopf 3 und im Strahlwinkel α von 45°, bevorzugt 60° bis kleiner 90° zur zu beschichtenden Fläche 6 ausgerichtet. Entweder ist der Brenner 2 in diesem Brennerwinkel zur zu beschichtenden Fläche 6 fest angeordnet oder der Brennerwinkel ist veränderbar. Dies ist eine relativ einfach zu realisierende Ausführungsform, da der Brenner 2 selbst nicht zu verändern ist, sondern beispielsweise an einem entsprechend zu bewegenden Roboterarm angeordnet ist. Allerdings ist diese Ausführungsform nur bedingt zur Beschichtung von Zylinderbohrungen einsetzbar. Es sind beispielsweise Zylinderbohrungen eines Verbrennungsmotors, welche einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen, beschichtbar.
  • Der Brenner 2 ist vorzugsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar, so dass eine Ausrichtung des Brenners 2 und somit die Ausrichtung der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 beispielsweise entsprechend einer Beschichtungsaufgabe oder eines Beschichtungsbereichs veränderbar und anpassbar ist. So wird im Verfahren zum thermischen Beschichten beispielsweise in mittleren Bereichen der zu beschichtenden Fläche 6 ein steilerer Strahlwinkel α der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 von beispielsweise nahe 90° eingestellt und in Randbereichen wird ein flacherer Strahlwinkel α der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 eingestellt, wodurch die Beschichtung optimiert wird.
  • In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Brenner 2 parallel zur zu beschichtenden Fläche 6 angeordnet und der Brennerkopf 3 ist in einem Brennerkopfwinkel von größer 0° und bis zu 45° zum Brenner 2 abgewinkelt und/oder abwinkelbar. Dabei ist die mittlere Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 senkrecht zum Brennerkopf 3 und im Strahlwinkel α von 45°, bevorzugt 60° bis kleiner 90° zur zu beschichtenden Fläche 6 ausgerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Brenner 2 parallel zur zu beschichtenden Fläche 6 anordbar, wobei der Brennerkopf 3 im Brennerkopfwinkel von größer 0° und bis zu 45° zum Brenner 2 abgewinkelt und/oder abwinkelbar ist. Diese Ausführungsform ist auch zur Beschichtung von Zylinderbohrungen mit einem relativ geringen Durchmesser geeignet, da lediglich der relativ kurze Brennerkopf 3 entsprechend abgewinkelt ist.
  • Auch in dieser Ausführungsform ist vorzugsweise der Strahlwinkel α der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 veränderbar, vorzugsweise während des Beschichtungsvorgangs. Dazu ist Brennerkopf 3 vorzugsweise mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar, so dass im Verfahren zum thermischen Beschichten, wie bereits beschrieben, in mittleren Bereichen der zu beschichtenden Fläche 6 ein steilerer Strahlwinkel α der mittleren Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 zur zu beschichtenden Fläche 6 von beispielsweise nahe 90° eingestellt wird und in Randbereichen ein flacherer Strahlwinkel α eingestellt wird, wodurch die Beschichtung optimiert wird.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind der Brenner 2 und der Brennerkopf 3 nicht abgewinkelt, sondern parallel zur zu beschichtenden Fläche 6 angeordnet. Dadurch sind beispielsweise auch Zylinderbohrungen mit einem sehr kleinen Durchmesser beschichtbar. Um die mittlere Strahlrichtung 7 des Partikelstrahls 4 im Strahlwinkel α von 45°, bevorzugt 60° bis kleiner 90° zur zu beschichtenden Fläche 6 auszurichten, ist lediglich die Düse 5 in einem Düsenwinkel, welcher dem Strahlwinkel α entspricht, von 45°, bevorzugt 60° bis kleiner 90° zur zu beschichtenden Fläche 6 ausgerichtet und/oder ausrichtbar. Die Ausrichtung der Düse 5 ist vorzugsweise vor und/oder während des Beschichtens mechanisch, elektrisch, beispielsweise durch Elektromagnete oder Elektromotoren, hydraulisch und/oder pneumatisch im Brennerkopf 3 schwenkbar.
    • 1
    Bauteil
    2
    Brenner
    3
    Brennerkopf
    4
    Partikelstrahl
    5
    Düse
    6
    zu beschichtende Fläche
    7
    mittlere Strahlrichtung
    8
    Lamellenstruktur
    9
    nicht zu beschichtender Bereich
    α
    Strahlwinkel der mittleren Richtung des Partikelstrahls
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5439714 [0002]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum thermischen Beschichten einer zu beschichtenden Fläche (6) eines Bauteils (1), umfassend einen Brenner (2) mit einem Brennerkopf (3), in welchem ein Beschichtungsmaterial aufschmelzbar ist und als Partikelstrahl (4) aus einer Düse (5) des Brennerkopfes (3) auf die zu beschichtende Fläche (6) aufspritzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Strahlrichtung (7) des Partikelstrahls (4) in einem Strahlwinkel (α) von kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche (6) ausrichtbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlwinkel (α) mindestens 45°, insbesondere mindestens 60° beträgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Strahlrichtung (7) des Partikelstrahls (4) steuerbar und/oder regelbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (2) um seine Längsachse drehbar ist und entlang seiner Längsachse bewegbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennerwinkel zwischen der Längsachse des Brenners (2) und der zu beschichtenden Fläche (6) veränderbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (2) mit seiner Längsachse im Brennerwinkel von größer 0° und bis zu 45° zur zu beschichtenden Fläche (6) anordbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (2) parallel zur zu beschichtenden Fläche (6) anordbar ist, wobei der Brennerkopf (3) in einem Brennerkopfwinkel von größer 0° und bis zu 45° zum Brenner (2) abgewinkelt und/oder abwinkelbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (2) mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (3) mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5) in einem Düsenwinkel von 45° bis kleiner als 90° zur zu beschichtenden Fläche (6) ausgerichtet und/oder ausrichtbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5) mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch schwenkbar ist.
  12. Verfahren zum thermischen Beschichten einer zu beschichtenden Fläche (6) eines Bauteils (1) mittels eines Brenners (2) mit einem Brennerkopf (3), in welchem ein Beschichtungsmaterial aufgeschmolzen wird und als Partikelstrahl (4) aus einer Düse (5) des Brennerkopfes (3) auf die zu beschichtende Fläche (6) aufgespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Teilbereich der zu beschichtenden Fläche (6) eine mittlere Strahlrichtung (7) des Partikelstrahls (4) in einem Strahlwinkel (α) von kleiner als 90° und/oder mindestens 45°, insbesondere mindestens 60° zur zu beschichtenden Fläche (6) ausgerichtet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtung des Brenners (2) und/oder eine Ausrichtung des Brennerkopfes (3) und/oder eine Ausrichtung der Düse (5) zur zu beschichtenden Fläche (6) mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch verändert wird.
  14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 oder 13 zum Beschichten einer Innenfläche einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors.
DE102009023605A 2009-06-02 2009-06-02 Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten Withdrawn DE102009023605A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009023605A DE102009023605A1 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009023605A DE102009023605A1 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009023605A1 true DE102009023605A1 (de) 2010-12-09

Family

ID=43049144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009023605A Withdrawn DE102009023605A1 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009023605A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223202A1 (de) * 2013-11-14 2015-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Geometriebedingte Spritzfleckanpassung bei Beschichtungsverfahren
DE102017213359A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Beschichtungslanzenkopf, Beschichtungslanze und Maskierungsschild zum thermischen Beschichten, sowie ein entsprechendes Beschichtungssystem und Verfahren

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61228199A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Iwamoto Benda Kogyo Kk ボンベの防蝕方法
JPH01230761A (ja) * 1988-03-08 1989-09-14 Toyota Motor Corp アルミニウム合金製バルブリフターの製造方法
JPH03197661A (ja) * 1989-12-26 1991-08-29 Yoshikawa Kogyo Co Ltd 円板表面への溶射被膜の形成方法と装置
JPH0797675A (ja) * 1993-09-28 1995-04-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 小形アルミシリンダの溶射方法
US5439714A (en) 1992-08-03 1995-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for thermal spraying of an inner surface
JPH07299545A (ja) * 1994-05-09 1995-11-14 Nippon Steel Corp 連続鋳造用双ベルトのコーティング材溶射方法
JPH08269672A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Toshiba Corp 溶射皮膜の評価方法および装置
EP0771938A1 (de) * 1995-10-31 1997-05-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
JPH1150225A (ja) * 1997-07-29 1999-02-23 Suzuki Motor Corp 金属溶射方法
JPH11172407A (ja) * 1997-12-04 1999-06-29 Nippon Uerudeingrotto Kk 溶線式ガスフレーム溶射方法及び溶線式ガスフレーム溶射用トーチ
EP0952237A1 (de) * 1996-10-21 1999-10-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Spritzrobotsystem und spritzverfahren in dem spritzbedingungen durch verwendung des computers bestimmt werden
EP1103627A2 (de) * 1999-11-24 2001-05-30 General Electric Company Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht
JP2003328108A (ja) * 2002-05-02 2003-11-19 Tocalo Co Ltd 円筒内面への溶射方法及びこの溶射方法により製造したシリンダブロック
JP2005002449A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Nissan Motor Co Ltd 円筒内面の溶射方法および溶射装置
JP2005154802A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 円筒内面の溶射方法および溶射装置
EP1816229A1 (de) * 2006-01-31 2007-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Thermisches Spritzverfahren und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
WO2008040678A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Turbocoating S.P.A. Method for making heat barrier coatings, coatings and structure obtained thereby as well as components coated therewith
WO2008104252A1 (de) * 2007-02-26 2008-09-04 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum substratbeschichten durch thermisches oder kinetisches spritzen

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61228199A (ja) * 1985-04-02 1986-10-11 Iwamoto Benda Kogyo Kk ボンベの防蝕方法
JPH01230761A (ja) * 1988-03-08 1989-09-14 Toyota Motor Corp アルミニウム合金製バルブリフターの製造方法
JPH03197661A (ja) * 1989-12-26 1991-08-29 Yoshikawa Kogyo Co Ltd 円板表面への溶射被膜の形成方法と装置
US5439714A (en) 1992-08-03 1995-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for thermal spraying of an inner surface
JPH0797675A (ja) * 1993-09-28 1995-04-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 小形アルミシリンダの溶射方法
JPH07299545A (ja) * 1994-05-09 1995-11-14 Nippon Steel Corp 連続鋳造用双ベルトのコーティング材溶射方法
JPH08269672A (ja) * 1995-03-30 1996-10-15 Toshiba Corp 溶射皮膜の評価方法および装置
EP0771938A1 (de) * 1995-10-31 1997-05-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
EP0952237A1 (de) * 1996-10-21 1999-10-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Spritzrobotsystem und spritzverfahren in dem spritzbedingungen durch verwendung des computers bestimmt werden
JPH1150225A (ja) * 1997-07-29 1999-02-23 Suzuki Motor Corp 金属溶射方法
JPH11172407A (ja) * 1997-12-04 1999-06-29 Nippon Uerudeingrotto Kk 溶線式ガスフレーム溶射方法及び溶線式ガスフレーム溶射用トーチ
EP1103627A2 (de) * 1999-11-24 2001-05-30 General Electric Company Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht
JP2003328108A (ja) * 2002-05-02 2003-11-19 Tocalo Co Ltd 円筒内面への溶射方法及びこの溶射方法により製造したシリンダブロック
JP2005002449A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Nissan Motor Co Ltd 円筒内面の溶射方法および溶射装置
JP2005154802A (ja) * 2003-11-21 2005-06-16 Nissan Motor Co Ltd 円筒内面の溶射方法および溶射装置
EP1816229A1 (de) * 2006-01-31 2007-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Thermisches Spritzverfahren und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
WO2008040678A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Turbocoating S.P.A. Method for making heat barrier coatings, coatings and structure obtained thereby as well as components coated therewith
WO2008104252A1 (de) * 2007-02-26 2008-09-04 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum substratbeschichten durch thermisches oder kinetisches spritzen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223202A1 (de) * 2013-11-14 2015-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Geometriebedingte Spritzfleckanpassung bei Beschichtungsverfahren
DE102017213359A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Beschichtungslanzenkopf, Beschichtungslanze und Maskierungsschild zum thermischen Beschichten, sowie ein entsprechendes Beschichtungssystem und Verfahren

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2455510B1 (de) Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen bei Kurbelgehäusen
DE19909675A1 (de) Schichtstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP2189554A1 (de) Tragvorrichtung und Verfahren zum Galvanisieren eines oder mehrerer Werkstücke
EP1942387A1 (de) Beschichtungskonzept für eine APS/HVOF Anlage mit 2 Robotern
DE102006061652A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten eines Hohlkörpers
EP2754530B1 (de) Verfahrweise beim Umschmelzen von Rissen
DE102012009178A1 (de) Rohrhülse zur tribostatischen Aufladung eines Lackpulvers und mit der Rohrhülse mindestens dreifach beschichtetes Bauteil
DE102004038177B4 (de) Verfahren zum thermischen Beschichten einer gegossenen Zylinderbohrung
DE202012004571U1 (de) Rohrhülse zur tribostatischen Aufladung eines Lackpulvers und mit der Rohrhülse mindestens dreifach pulverbeschichtetes Bauteil
DE102009023605A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten
WO2015028116A1 (de) Vorrichtung zum beschichten von zylinderwänden
DE102012017479B4 (de) Vorrichtung zur Maskierung und Verfahren zur thermischen Beschichtung von Zylinderlaufflächen
DE102004038182A1 (de) Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnen
DE102011013307A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Applizieren von Lacken
WO2006074961A2 (de) Beschichtungsverfahren und abdeckung für die entfernung von overspray-anhaftungen
DE102008028960A1 (de) Maske zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung und Verfahren zum thermischen Beschichten der Zylinderbohrung
DE102012021859A1 (de) Kurbelgehäuse und Verfahren zum thermischen Beschichten
DE3709507A1 (de) Spitzenschutzvorrichtung an einer spruehpistole
DE102011078591A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats
DE102014011139A1 (de) Motorkomponente
DE102004038180A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer thermisch beschichteten Zylinderlauffläche mit einer Endfase
DE102011114395A1 (de) Vorrichtung zum thermischen Beschichten
EP1350862A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche
DE102004038173A1 (de) Verfahren zum thermischen Spritzen von Zylinderlaufflächen bei mehrreihigen Motoren
DE102016116815A1 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine und Zylinder für eine Verbrennungskraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee