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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für Verbrennungsmotoren nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
EP 1 790 435 A1 beschrieben, eine Oberflächenkonditionierung für thermische Spritzschichten bekannt. In einem Verfahren zum Aufrauen von Metalloberflächen zur Haftverbesserung von hierauf thermisch gespritzten Schichten werden in einem ersten Verfahrensschritt in einer materialabhebenden oder materialabtragenden Behandlung Ausnehmungen oder Vertiefungen in die Oberfläche eingebracht, so dass das überstehende Metall der Oberfläche erhabene Mikrostrukturen, insbesondere Vorsprünge, Rillen, Ausstülpungen oder Ausbuchtungen, bildet, wobei diese Mikrostrukturen in mindestens einem zweiten Verfahrensschritt in der Weise verformend und/oder brechend nachbearbeitet werden, dass ein wesentlicher Anteil der Strukturen Hinterschnitte bezüglich der Oberfläche ausbildet.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2005 051 148 A1 allgemein bekannt, nicht beschichtete metallische Oberflächen mit einem reinigungswirksamen und mehrere 100 bar aufweisenden Flüssigkeitsstrahl zu bestreichen. Als Flüssigkeitsstrahl wird Öl, Kühlschmierstoff oder ein Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck höher 1000 bar gewählt, mit dem Werkstoffbestandteile, insbesondere Partikel, aus der metallischen Oberfläche entfernt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für Verbrennungsmotoren anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einem Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für Verbrennungsmotoren wird auf einer Innenseite eines Zylinders mittels thermischen Spritzens eine Beschichtung aufgebracht.
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Erfindungsgemäß wird die Beschichtung durch ein spanendes Verfahren und danach durch zumindest einen Hochdruckwasserstrahl oder Öl oder Kühlschmierstoff mit einem Druck von bis zu 1000 bar bearbeitet.
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Derartige thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnen sind aufgrund einer Bildung von Poren insbesondere an einer Oberfläche der Beschichtung, welche die Zylinderlaufbahn bildet, sehr vorteilhaft, da sich in diesen Poren Schmierstoff einlagern kann. Um eine gleichmäßige Schmierung während eines Betriebs des Verbrennungsmotors sicherzustellen, wird die Beschichtung durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, beispielsweise durch Honen oder Drehen. Dabei werden jedoch die Poren an der Oberfläche der Beschichtung durch eine Anlagerung und/oder Einlagerung von ganz oder teilweise abgetragenen Materialresten ganz oder teilweise verschlossen und dadurch verstopft.
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Daraus resultiert eine geringere Aufnahmemöglichkeit der Poren, so dass diese weniger Schmierstoff aufnehmen können. Des Weiteren werden die Materialreste in den Poren bzw. im Umfeld der Poren bei einem Einlaufvorgang des Verbrennungsmotors von Kolbenringen eines sich im Zylinder bewegenden Kolbens mitgerissen und verursachen einen erhöhten Verschleiß der Kolbenringe und eine starke Riefenbildung in der die Zylinderlaufbahn bildenden Oberfläche der Beschichtung. Um diesem Verschleiß Rechnung zu tragen, ist daraus resultierend eine nicht optimale Auslegung des Kolbens und der Kolbenringe erforderlich. Des Weiteren können sich diese Materialreste in Gleitlagerungen, zum Beispiel in Kurbelwellenlagern einbetten und Motorschäden verursachen.
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Diese Nachteile sind mit dem Verfahren verhinderbar, da durch das Bearbeiten der Beschichtung mit einem oder mehreren Hochdruckwasserstrahlen derartige in den Poren oder in deren Umgebung angelagerte lose oder hoch stehende Materialreste entfernt werden. Dadurch wird ein sehr gutes Einlaufverhalten des Kolbens und der Kolbenringe gegenüber der Zylinderlaufbahn erreicht, wobei durch geringeren Verschleiß während des Einlaufvorgangs weniger Material von den Kolbenringen, dem Kolben und der Zylinderlaufbahn abgetragen wird. Daraus resultierend wird ein tribologisches System im Zylinder, d. h. die Reibungs- und Schmiereigenschaften zwischen den Kolbenringen bzw. dem Kolben und der Zylinderlaufbahn, optimiert und es werden deutliche Reibleistungsvorteile erzielt.
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Durch die Vermeidung der Riefenbildung in der Zylinderlaufbahn sind Ölverbrauchswerte und ein so genannter Blowby reduziert, d. h. eine Menge eines zwischen den Kolbenringen und der Zylinderlaufbahn vorbeistreifenden und von einem Arbeitsraum des Zylinders in ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors einströmenden Gases. Durch diese Reduzierung wird ein Betrieb des Verbrennungsmotors optimiert, wodurch eine geringere Abgasnachbehandlung erforderlich ist. Durch das Entfernen der Materialreste wird deren Einbettung in die Gleitlagerungen verhindert, wodurch Motorschäden vermieden werden. Durch die geöffneten Poren an der die Zylinderlaufbahn bildenden Oberfläche der Beschichtung kann sich eine ausreichende Menge Schmierstoff einlagern, so dass Notlaufeigenschaften des Verbrennungsmotors deutlich verbessert sind, d. h. auch bei einer kurzzeitigen Unterversorgung des Verbrennungsmotors mit Schmierstoff ist ein Motorschaden verhindert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer noch nicht mit Hochdruckwasserstrahlen bearbeiteten Zylinderlaufbahn,
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2 eine schematische Darstellung einer Bearbeitung der Zylinderlaufbahn mittels Hochdruckwasserstrahlen, und
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3 eine schematische Darstellung einer mit Hochdruckwasserstrahlen bearbeiteten Zylinderlaufbahn.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildeten Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors. Auf einer Innenseite des Zylinders 1 wurde zur Herstellung einer Zylinderlaufbahn 2 mittels thermischen Spritzens eine Beschichtung 3 aufgebracht. Derartige thermisch gespritzte Zylinderlaufbahnen 2 sind aufgrund einer Bildung von Poren 4 insbesondere an einer Oberfläche der Beschichtung 3, welche die Zylinderlaufbahn 2 bildet, sehr vorteilhaft, da sich in diesen Poren 4 Schmierstoff einlagern kann.
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Um eine gleichmäßige Schmierung während eines Betriebs des Verbrennungsmotors sicherzustellen, wird die Beschichtung 3 durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, beispielsweise durch Honen oder Drehen. Dabei werden jedoch die Poren 4 an der Oberfläche der Beschichtung 3, d. h. an der Zylinderlaufbahn 2 durch eine Anlagerung und/oder Einlagerung von ganz oder teilweise abgetragenen Materialresten 5 ganz oder teilweise verschlossen und dadurch verstopft.
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Daraus resultiert eine geringere Aufnahmemöglichkeit der Poren 4, so dass diese weniger Schmierstoff aufnehmen können. Des Weiteren werden die Materialreste 5 in den Poren 4 bzw. im Umfeld der Poren 4 bei einem Einlaufvorgang des Verbrennungsmotors von Kolbenringen 6 eines sich im Zylinder 1 bewegenden Kolbens 7 mitgerissen und verursachen einen erhöhten Verschleiß der Kolbenringe 6 und eine starke Riefenbildung in der die Zylinderlaufbahn 2 bildenden Oberfläche der Beschichtung 3. Um diesem Verschleiß Rechnung zu tragen, wäre daraus resultierend eine nicht optimale Auslegung des Kolbens 7 und der Kolbenringe 6 erforderlich. Des Weiteren können sich diese Materialreste 5 in hier nicht dargestellten Gleitlagerungen, zum Beispiel in Kurbelwellenlagern einbetten und Motorschäden verursachen.
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Um dies zu verhindern, wird, wie in 2 dargestellt, nach dem Bearbeiten mittels des spanenden Verfahrens die Beschichtung 3 mit Hochdruckwasserstrahlen 8 bearbeitet, um derartige in den Poren 4 oder in deren Umgebung angelagerte lose oder hoch stehende Materialreste 5 zu entfernen und die Zylinderlaufbahn 2 dadurch zu entgraten. Dazu wird in den Zylinder 1 eine Wasserlanze 9 eingeführt, welche im Zylinder 1 parallel zu einer Zylinderachse 10 axial bewegt wird und um eine Wasserlanzenachse 11 rotierend bewegt wird, wobei ein oder mehrere Hochdruckwasserstrahlen 8, im hier dargestellten Beispiel zwei Hochdruckwasserstrahlen 8, radial oder auch im Winkel zur Wasserlanzenachse 11 abgestrahlt werden.
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Die Hochdruckwasserstrahlen 8 weisen, um die Materialreste 5 sicher zu entfernen, aber die Beschichtung 3 nicht zu beschädigen, einen Druck von bis zu 1000 bar, bevorzugt einen Druck von 200 bar auf. An der Wasserlanze 9 können bis zu zehn Düsen 12, welche jeweils als eine Flachstrahldüse oder als eine Rundstrahldüsen ausgebildet sind, angeordnet sein, um durch eine ausreichende Anzahl von Hochdruckwasserstrahlen 8 eine schnelle und gründliche Bearbeitung zu ermöglichen.
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Im hier dargestellten Beispiel wird die Wasserlanze 9 im Zylinder 1 axial bewegt. Um die Beschichtung 3 gleichmäßig zu bearbeiten, muss daher während der Bearbeitung mit Hochdruckwasserstrahlen 8 zusätzlich der Verbrennungsmotor um die Zylinderachse 10 rotierend bewegt werden und/oder die Wasserlanze 9 muss mit ihrer Wasserlanzenachse 11 um die Zylinderachse 10 rotierend bewegt werden, so dass die Wasserlanzenachse 11 im Zylinder 1 eine Kreisbahn beschreibt, welche einen gleichmäßigen Abstand zur Zylinderlaufbahn 2 aufweist.
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Die nach dem Bearbeiten mit Hochdruckwasserstrahlen 8 von den Materialresten 5 befreite Zylinderlaufbahn 2 ist in 3 dargestellt. Durch die entfernten Materialreste 5 und die wieder geöffneten Poren 4 wird ein sehr gutes Einlaufverhalten des Kolbens 7 und der Kolbenringe 6 gegenüber der Zylinderlaufbahn 2 erreicht, wobei durch geringeren Verschleiß während des Einlaufvorgangs weniger Material von den Kolbenringen 6, dem Kolben 7 und der Zylinderlaufbahn 2 abgetragen wird. Daraus resultierend wird ein tribologisches System im Zylinder 1, d. h. die Reibungs- und Schmiereigenschaften zwischen den Kolbenringen 6 bzw. dem Kolben 7 und der Zylinderlaufbahn 2, optimiert und es werden deutliche Reibleistungsvorteile erzielt.
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Durch die Vermeidung der Riefenbildung in der Zylinderlaufbahn 2 sind Ölverbrauchswerte und ein so genannter Blowby reduziert, d. h. eine Menge eines zwischen den Kolbenringen 6 und der Zylinderlaufbahn 2 vorbeistreifenden und von einem Arbeitsraum des Zylinders 1 in ein Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors einströmenden Gases. Durch diese Reduzierung wird ein Betrieb des Verbrennungsmotors optimiert, wodurch eine geringere Abgasnachbehandlung erforderlich ist.
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Durch das Entfernen der Materialreste 5 wird deren Einbettung in die Gleitlagerungen verhindert, wodurch Motorschäden vermieden werden. Durch die geöffneten Poren 4 an der die Zylinderlaufbahn 2 bildenden Oberfläche der Beschichtung 3 kann sich eine ausreichende Menge Schmierstoff einlagern, so dass Notlaufeigenschaften des Verbrennungsmotors deutlich verbessert sind, d. h. auch bei einer kurzzeitigen Unterversorgung des Verbrennungsmotors mit Schmierstoff ist ein Motorschaden verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Zylinderlaufbahn
- 3
- Beschichtung
- 4
- Pore
- 5
- Materialrest
- 6
- Kolbenring
- 7
- Kolben
- 8
- Hochdruckwasserstrahl
- 9
- Wasserlanze
- 10
- Zylinderachse
- 11
- Wasserlanzenachse
- 12
- Düse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1790435 A1 [0002]
- DE 102005051148 A1 [0003]
