DE102009030683A1

DE102009030683A1 - Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses

Info

Publication number: DE102009030683A1
Application number: DE102009030683A
Authority: DE
Inventors: Manuel Michel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses (12) für eine Brennkraftmaschine. Hierbei wird ein bevorzugt im Aluminiumdruckguss hergestelltes Zylinderkurbelgehäuse (12) verwendet. Vor der Beschichtung der Zylinderlaufflächen (10) durch ein thermisches Spritzverfahren werden die Laufflächen (10) zunächst durch Walzen, Rollieren, Klopfen oder dergleichen verdichtet, um die Porosität des Druckgussmaterials abzusenken. Nach dem Verdichten erfolgt eine thermische Beschichtung, gefolgt von einer honenden Nachbehandlung. Hierdurch lässt sich auf besonders kostengünstige Weise eine gut definierte Oberflächengeometrie der Zylinderlaufflächen (10) erzeugen, was das Laufverhalten des Zylinderkurbelgehäuses (12) und dessen Langzeithaltbarkeit verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 10 2004 028 174 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen des Zylinderkurbelgehäuses mit einer thermisch gespritzten Zylinderlauffläche. Hierzu wird in einem gegossenen Zylinderkurbelgehäuse zunächst die Zylinderlauffläche aufgeraut und anschließend durch ein thermisches Spritzverfahren beschichtet. Durch die Beschichtung sollen die Laufeigenschaften des Zylinders im Zylinderkurbelgehäuse verbessert werden.
Bei gegossenen Zylinderkurbelgehäusen, insbesondere bei Aluminiumdruckgussgehäusen, besteht oftmals das Problem, dass der metallische Grundkörper des Kurbelgehäuses eine Porosität aufweist, die beim Aufrauen der Zylinderlauffläche vor dem thermischen Beschichten zu Problemen führt. Es ist daher üblich, während des Druckgusses Messingpinolen in die Form der Zylinderlaufbahn einzusetzen, und dadurch die Porosität zu senken. Alternativ können die Zylinderlaufflächen aufwendig spanend vorbereitet werden, wie auch in der DE 10 2004 038 174 A1 offenbart.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass die Porosität im Bereich der Zylinderlaufflächen eines Zylinderkurbelgehäuses gesenkt werden kann, ohne auf aufwändige und teure Maßnahmen zurückgreifen zu müssen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Einem derartigen Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Brennkraftmaschine wird wenigstens eine Zylinderlauffläche des Zylinderkurbelgehäuses mit einem thermischen Spritzverfahren beschichtet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Zylinderlauffläche vor dem Beschichten verdichtet wird. Durch die Verdichtung der Zylinderlauffläche wird die eventuell vorhandene Porosität des Materials abgesenkt, so dass ein verbesserter Auftrag der thermischen Spritzschicht ermöglicht wird. Auf die Verwendung von Messingpinolen während des Gussverfahrens kann verzichtet werden. Zudem ist keine aufwändige spanende Vorbehandlung der Lauffläche nötig. Das Verfahren vermag zudem, verglichen mit spanenden Vorbehandlungen, wesentlich bessere Toleranzen zu erzielen. Insgesamt ergibt sich ein zuverlässigeres und kostengünstigeres Verfahren zum Herstellen von Zylinderkurbelgehäusen als aus Stand der Technik bekannt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest im Wesentlichen die gesamte Zylinderlauffläche verdichtet. Damit ergibt sich später ein besonders gleichmäßiger Halt der thermischen Spritzschicht und damit eine besonders hohe Lebensdauer des Zylinderkurbelgehäuses. Das Verdichten wird bevorzugt durch Walzen, Klopfen, Rollieren oder dergleichen durchgeführt. Durch die genannten Verfahren werden gleichzeitig Druckeigenspannung in die Oberflächenschichten im Bereich der Zylinderlauffläche eingebracht, wodurch die Festigkeit des Materials des Zylinderkurbelgehäuses weiter verbessert wird. Alle genannten Verfahren sind besonders einfach zu automatisieren und können mittels gängiger Industrieroboter oder dergleichen durchgeführt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Zylinderlauffläche nach dem Verdichten aufgeraut. Dies kann beispielsweise durch Läppen, durch eine Laseraufrauung, durch Wasserstrahlbehandlungen oder dergleichen erfolgen. Durch das Aufrauen der vorher verdichteten Zylinderlauffläche lässt sich ein genau vorgegebener Rauheitsgrad einstellen, der nicht durch Porositäten des Materials beeinflusst wird. Damit lässt sich ein definierter Halt der thermischen Spritzschicht erzielen, welcher genau auf die im Betrieb des Zylinderkurbelgehäuses zu erwartenden Belastungen abstimmbar ist.
Das Zylinderkurbelgehäuse wird bevorzugterweise aus einer Aluminiumbasislegierung gegossen, insbesondere Druckgegossen. So lassen sich besonders leichte und gleichzeitig feste Zylinderkurbelgehäuse erzielen. Gerade beim Aluminiumdruckguss ist das Auftreten von Porosität ein besonderes Problem, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens hier besonders zum Tragen kommen.
Das Beschichten erfolgt weiterhin bevorzugt durch Lichtbogendrahtspritzen. Hierdurch lassen sich auf kostengünstige Weise gut definierte Spritzschichten erzielen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Zylinderlauffläche nach dem Beschichten zusätzlich gehont. Durch das Honen erhält die Lauffläche eine definierte Oberflächenstruktur, welche die tribologischen Eigenschaften der Lauffläche weiter verbessern kann.
Insbesondere können die Honriefen Mikroreservoirs für Schmiermittel bilden, so dass ein besonders verschleißarmer Betrieb des Zylinderkurbelgehäuses ermöglicht wird.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1a bis e: schematische Schnittdarstellungen einer Oberfläche einer Zylinderlaufbahn in verschiedenen Stadien eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Druckgegossene Leichtmetall-Zylinderkurbelgehäuse weisen nach dem Guss, wie in 1a dargestellt, insbesondere in oberflächennahen Bereichen eine gewisse Porosität auf. 1a zeigt einen schematischen Schnitt durch den Nahbereich einer Zylinderlaufbahn 10 eines Zylinderkurbelgehäuses 12. Die Poren 14 im metallischen Grundkörper durchbrechen teilweise die Oberfläche 16 der Zylinderlaufbahn und liegen teilweise abgeschlossen im Metall unter dieser Oberfläche 16. Da vor dem thermischen Beschichten einer Zylinderlaufbahn 10 zur Haftverbesserung der thermischen Spritzschicht die Oberfläche 16 der Zylinderlaufbahn 10 aufgeraut werden muss, sind solche Poren unerwünscht. Beim Aufrauen würde es zum Öffnen von unter der Oberfläche 16 gelegenen Poren kommen, so dass sich eine ungleichmäßige Rauheitsverteilung ergibt. Insbesondere führt das Öffnen von Poren zu Rauheitstälern, die wesentlich tiefer und weiter sind, als erwünscht. Dies kann gegebenenfalls die Haftung und insbesondere die gleichmäßige Dicke der Spritzschicht nachteilig beeinflussen.
Zur Verbesserung der Qualität der Zylinderlaufbahn 10 wird daher im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Guss des Zylinderkurbelgehäuses 12 die Oberfläche 16 verdichtet. Dies kann mit an sich bekannten Verdichtungsmethoden wie dem Walzen, Rollieren, Klopfen oder dergleichen geschehen. Durch die Verdichtung wird die Porosität des metallischen Grundkörpers des Zylinderkurbelgehäuses im Bereich der Oberfläche 16 der Zylinderlaufbahn 10 reduziert, so dass sich eine glatte und porenfreie Oberfläche, wie in 1b dargestellt, ergibt. Gleichzeitig werden durch das Verdichten Druckeigenspannungen in einen oberflächennahen Bereich 18 eingebracht, was die Festigkeit der Zylinderlaufbahn 10 positiv beeinflusst.
Nachdem die Zylinderlaufbahn 10 derart verdichtet wurde, kann eine kontrollierte Aufrauung erfolgen, so dass die Oberfläche 16 Rauheitstäler 20 mit definierter Tiefe bzw. mit einer definierten Tiefenverteilung erhält. Die Tiefenverteilung kann dabei so angepasst werden, dass eine später aufzutragende thermische Spritzschicht eine besonders gute mikroformschlüssige Haftung erhält.
Nach dem durchgeführten Aufrauen der Oberfläche 16 kann in der Folge, wie in 1d dargestellt, die thermische Spritzschicht 22 auf die Oberfläche 16 aufgebracht werden. Hierzu können Methoden wie beispielsweise das Lichtbogendrahtspritzen, Plasmaspritzen oder dergleichen verwendet werden. Die thermische Spritzschicht 22 verzahnt sich dabei mit den Rauheitstälern 20 der Oberfläche 16, so dass eine besonders gute Haftung der thermischen Spritzschicht 22 erzielt wird. Wahrscheinlichkeit des Ablösens der Spritzschicht 22 im Betrieb des Zylinderkurbelgehäuses 12 wird somit wesentlich reduziert.
Unmittelbar nach dem Spritzen ist die Oberfläche 24 der thermischen Spritzschicht 22 weitestgehend glatt. Dies ist aufgrund der tribologischen Beanspruchung der thermischen Spritzschicht 22 im Betrieb des Zylinderkurbelgehäuses 12 jedoch nicht erwünscht. Daher wird in einem letzten Verfahrensschritt, wie in 1e dargestellt, die Oberfläche 24 der thermischen Spritzschicht 22 durch Honen nachbearbeitet. Die hierdurch in die thermische Spritzschicht 22 eingebrachten Honriefen 26 weisen vorteilhafterweise genau definierte Eigenschaften wie beispielsweise Riefenabstand, Flankensteigung der Riefen 26, Tiefe der Riefen 26 und dergleichen auf. Die Geometrie der Oberfläche 24 der thermischen Spritzschicht 22 kann daher das Honen besonders gut definiert werden. Die Honriefen 26 wirken beispielsweise als Reservoirs für Schmierstoffe, was die tribologischen Eigenschaften der Zylinderlauffläche 10 vorteilhaft verbessert.
Bezugszeichenliste

10: Zylinderlaufbahn
12: Zylinderkurbelgehäuse
14: Poren
16: Oberfläche
18: oberflächennaher Bereich
20: Rauheitstäler
22: Spritzschicht
24: Oberfläche
26: Honriefen

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

- DE 102004028174 A1 [0002]
- DE 102004038174 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses (12) für eine Brennkraftmaschine, bei welchem wenigstens eine Zylinderlauffläche (10) des Zylinderkurbelgehäuses (12) mit einem thermischen Spritzverfahren beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlauffläche (10) vor dem Beschichten verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Wesentlichen die gesamte Zylinderlauffläche (10) verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten durch Walzen, Klopfen, Rollieren oder dgl. durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlauffläche (10) nach dem Verdichten aufgeraut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderkurbelgehäuse (12) aus einer Aluminiumbasislegierung gegossen, insbesondere druckgegossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten durch Lichtbogendrahtspritzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlauffläche (10) nach dem Beschichten gehont wird.