DE102010053327A1

DE102010053327A1 - Method for performing thermal spray coating to undercut microstructure of mechanically roughened surface of cylinder bearing surface of crankcase, involves providing mechanical interlocking of sprayed layer through undercut microstructure

Info

Publication number: DE102010053327A1
Application number: DE102010053327A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Böhm Jens; Dr.rer.nat. Haug Tilmann; Dr.-Ing. Lahres Michael; Dipl.-Ing.(FH) Methner Oliver; Oliver Neufang; Dipl.Ing. Özdeniz Eyuep Akin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06

Abstract

The method involve setting a spray jet angle of the burner (4) in response to the feed direction (v) such that incident angle between imaginary boundary line (L) between focused spray area (31) and non-focused spray area (32), and the main surface (1) with respect to the feed direction is spanned. The burner is guided over the surface in the feed direction. A sprayed layer (6) is formed on the main surface, and mechanical interlocking of the spray layer is provided through the undercut microstructure (2) filling spray particles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mittels dessen eine mechanisch aufgeraute Oberfläche, die hinterschnittene Formtaschen aufweist, thermisch spritzbeschichtet werden kann.The invention relates to a method by means of which a mechanically roughened surface, which has undercut molding pockets, can be thermally spray-coated.

Um durch thermisches Spritzbeschichten aufgebrachte Beschichtungen auf Oberflächen aufzubringen ist es bekannt, die Oberflächen zur Verbesserung der Haftung der Schichten aufzurauen. In der DE 10 2007 023 418 A1 wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren zum Aufrauen von Bauteiloberflächen beschrieben, um eine Haftverbesserung für nachfolgend aufzutragende thermische Spritzschichten zu erreichen. Dies wird durch die Einbringung mikroskopischer Formtaschen in die Oberfläche mittels gepulster Laserstrahlen durchgeführt. Durch eine Neigung der Laserstrahlen bildet wenigstens eine Kante der Formtaschen einen Hinterschnitt aus. Ferner wird dort das Erfordernis erwähnt, die Dimensionen der Mikrostrukturgröße, die Hinterschnittgeometrie und -größe auf den nachfolgenden Beschichtungsprozess in Bezug auf Auftreffwinkel, Auftreffgeschwindigkeit, Tröpfchengröße und Aggregatszustand der Spritzpartikel abzustimmen. Als vorteilhaft für die Qualität der Beschichtung wird dort beschrieben, dass der Spritzstrahl mit derselben Neigung wie die Formtaschen über die Oberfläche geführt werden soll. Hierzu sollten die Formtaschen gleichsinnig parallel mit lediglich einer in Bezug auf die Oberfläche hinterschnittenen Kante ausgebildet sein. Ein passender, geeigneter Winkel des Spritzstrahls muss daher umso genauer definiert werden, je tiefer die Formtaschen sind. Die Toleranzen der Winkeleinstellung nehmen entsprechend ab. Ein nicht geeignet gewählter Spritzstrahlwinkel kann daher zur unvollständigen Füllung der Formtaschen führen, was die Haftungsfestigkeit der Spritzschicht negativ beeinflusst bzw. sie verringert.In order to apply coatings applied by thermal spray coating to surfaces, it is known to roughen the surfaces to improve the adhesion of the layers. In the DE 10 2007 023 418 A1 In this context, a method for roughening component surfaces is described in order to achieve an adhesion improvement for subsequently applied thermal spray coatings. This is done by introducing microscopic pockets into the surface using pulsed laser beams. By an inclination of the laser beams, at least one edge of the molding pockets forms an undercut. It also mentions the requirement to tailor the dimensions of the microstructure size, the undercut geometry and size to the subsequent coating process with respect to the angle of incidence, impact velocity, droplet size and state of aggregation of the sprayed particles. It is described as advantageous for the quality of the coating that the spray jet should be guided over the surface with the same inclination as the molding pockets. For this purpose, the molding pockets should be formed in the same direction parallel with only one undercut with respect to the surface edge. An appropriate, suitable angle of the spray jet must therefore be defined the more accurate, the deeper the molding pockets are. The tolerances of the angle setting decrease accordingly. An unsuitable spray jet angle can therefore lead to incomplete filling of the molding pockets, which negatively influences or reduces the adhesion strength of the sprayed layer.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem hinterschnittene Mikrostrukturen einer mechanisch aufgerauten Oberfläche vollständig mit der thermischen Spritzbeschichtung gefüllt werden können, um eine maximale Haftung zwischen Schicht und Substrat zu erhalten.Based on this prior art, the object is to provide a method by which undercut microstructures of a mechanically roughened surface can be completely filled with the thermal spray coating in order to obtain maximum adhesion between the layer and the substrate.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Further developments of the method are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform des Verfahrens bezieht sich auf das thermische Spritzbeschichten einer mechanisch aufgerauten Oberfläche mittels eines Lichtbogendraht-Brenners. Die mechanische Aufrauung der makroskopischen Oberfläche besteht aus hinterschnittenen Formtaschen, die eine Mikrostruktur der Oberfläche bilden.A first embodiment of the method relates to the thermal spray coating of a mechanically roughened surface by means of an arc wire burner. The mechanical roughening of the macroscopic surface consists of undercut molding pockets, which form a microstructure of the surface.

Erfindungsgemäß wird der Spritzstahl entgegen der Vorschubrichtung des Brenners über die Oberfläche ausgerichtet und der Spritzstrahlwinkel des Brenners in Abhängigkeit der Vorschubrichtung derart eingestellt, dass ein Auftreffwinkel zwischen einer imaginären Grenzlinie des Spritzstrahls und der Oberfläche in Bezug auf die Vorschubrichtung im Bereich von 90° bis 110° liegt. Die imaginäre Grenzlinie des Spritzstrahls liegt in der Vorschubrichtung zwischen einem fokussierten Spritzbereich und einem nicht fokussierten Spritzbereich des Spritzstrahls. Bei dem fokussierten Spritzbereich handelt es sich um den Hauptspritzkegel, der den Hauptanteil der Spritzpartikel transportiert, während der nicht fokussierte Spritzbereich den Hauptspritzkegel umgibt und eine sich nach außen verringernde Partikeldichte aufweist.According to the invention, the spray steel is aligned against the feed direction of the burner over the surface and the spray jet angle of the burner depending on the feed direction adjusted such that an angle of incidence between an imaginary boundary line of the spray jet and the surface with respect to the feed direction in the range of 90 ° to 110 ° lies. The imaginary boundary line of the spray jet lies in the feed direction between a focused spray area and a non-focused spray area of the spray jet. The focused spray area is the main spray cone that carries the bulk of the spray particles, while the non-focused spray area surrounds the main spray cone and has an outwardly decreasing particle density.

Der mit dem entsprechenden Spritzstrahlwinkel eingestellte Brenner wird in der Vorschubrichtung über die Oberfläche geführt, so dass die Spritzschicht auf der Oberfläche ausgebildet wird. Dabei wird eine mechanische Verklammerung mit der Substratoberfläche durch die Spritzpartikel erreicht, die die Formtaschen füllen. Durch die „Nachführung” des Spritzstrahls in Vorschubrichtung werden vorteilhaft auch Hinterschnitte komplett mit der thermischen Spritzbeschichtung gefüllt, die in Vorschubrichtung „Schattenbereiche” darstellen.The burner set with the corresponding spray jet angle is guided in the feed direction over the surface, so that the spray coating is formed on the surface. In this case, a mechanical interlocking with the substrate surface is achieved by the spray particles that fill the mold pockets. By "tracking" the spray jet in the feed direction, undercuts are advantageously also completely filled with the thermal spray coating, which in the feed direction represent "shadow areas".

Während das Befüllen einheitlich geneigter Formtaschen, die nur eine hinterschnittene Kante aufweisen, durch einen Spritzstrahl mit derselben Neigung wie die Formtaschen unproblematisch ist, konnten Formtaschen, die gegenüber der Oberfläche zwei gegeneinander geneigte Hinterschnitte aufweisen, bis dato nicht zufriedenstellen befüllt werden, so dass sich die durch zwei Hinterschnitte angestrebte Haftungsverbesserung nicht optimal realisieren ließ. Dies ist nunmehr mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, da die zweiseitig hinterschnittenen Formtaschen durch den der Vorschubrichtung entgegengesetzt ausgerichteten Spritzstrahl vollständig gefüllt werden und so eine maximale Haftung zwischen thermischer Spritzschicht und Substrat ermöglichen.While the filling of uniformly inclined mold pockets, which have only an undercut edge, by a spray jet with the same inclination as the mold pockets is not a problem, could molding pockets that have against the surface two mutually inclined undercuts, filled to date not satisfied, so that the By two undercuts desired liability improvement could not optimally realize. This is now possible with the method according to the invention, since the two-sided undercut molding pockets are completely filled by the injection direction oppositely directed spray jet and thus allow maximum adhesion between thermal spray coating and substrate.

Idealerweise sollte die imaginäre, in Vorschubrichtung gesehene vordere Linie zwischen dem fokussierten und dem nicht fokussierten Spritzstrahlbereich zumindest unter einem Auftreffwinkel von 90° oder stumpfer auf die Oberfläche treffen. Vorzugsweise ist der Auftreffwinkel aber nicht größer als 110°. Noch besser ist es, wenn er 90° bis 100° beträgt. Ein zu großer Auftreffwinkel an der Oberfläche entspräche einem „vorausgeführten” Spritzstrahl, der die entgegen der Vorschubrichtung abgewinkelten Hinterschnitte nicht vollständig ausfüllen kann.Ideally, the imaginary forward line seen in the feed direction should strike the surface at least at an angle of 90 ° or blunt, between the focused and non-focused spray beam areas. Preferably, the angle of incidence is not greater than 110 °. It is even better if it is 90 ° to 100 °. Too large an impact angle on the surface would correspond to a "pre-guided" spray jet, the against the feed direction angled undercuts can not completely fill.

Um den Spritzstrahlwinkel entsprechend dem gewünschten Auftreffwinkel einzustellen, kann entweder der Lichtbogen des Brenners bezogen auf dessen Düsenmittelpunkt positioniert werden oder der Brennerkopf geneigt werden. Gegebenenfalls können beide Maßnahmen kombiniert angewendet werden.In order to set the spray jet angle according to the desired impact angle, either the arc of the burner can be positioned relative to its nozzle center or the burner head can be tilted. If necessary, both measures can be used in combination.

Bei der thermisch zu beschichtenden, mechanisch aufgerauten Oberfläche kann es sich beispielsweise um eine Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses handeln. Zur Beschichtung dieser Zylinderlauffläche wird der Brenner entlang einer Mittelachse des Zylinders rotierend vorgeschoben.The thermally coated, mechanically roughened surface may be, for example, a cylinder running surface of a crankcase. To coat this cylinder surface of the burner is advanced along a central axis of the cylinder rotating.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Brenner in Richtung der Anode des Brenners rotieren gelassen. Die Brennerrotation in Anodenrichtung führt zu höheren Temperaturen des Spritzguts. Dadurch lässt sich eine geringere Porosität der Schicht erzielen, so dass sich weniger „Fehlstellen” in der Spritzschicht innerhalb des Aufrauprofils ergeben und somit auch eine bessere Haftung der aufgespritzten Schicht bereitgestellt wird. Ferner erhöht sich aufgrund der höheren Temperaturen die Mikrohärte der Schicht, wenn der Brenner in Anodenrichtung rotiert wird.In a preferred embodiment of the method, the burner is rotated in the direction of the anode of the burner. The burner rotation in the anode direction leads to higher temperatures of the injection molding. As a result, a lower porosity of the layer can be achieved, resulting in fewer "imperfections" in the sprayed layer within the roughening profile, and thus also better adhesion of the sprayed-on layer. Further, due to the higher temperatures, the microhardness of the layer increases as the torch is rotated in the anode direction.

Allerdings ist eine Drehrichtung in Kathodenrichtung nicht ausgeschlossen, diese kann gegebenenfalls von Vorteil sein, falls bewusst geringere Temperaturen des Spritzguts erforderlich sind, um beispielsweise die Temperatureinbringung in das zu beschichtende Bauteil zu reduzieren.However, a direction of rotation in the cathode direction is not excluded, this may optionally be advantageous if deliberately lower temperatures of the injection molding are required, for example, to reduce the temperature input into the component to be coated.

Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren das Wählen einer Rotationsgeschwindigkeit des Brenners in Abhängigkeit eines Durchmessers des Zylinders und eines Profils der hinterschnittenen Formtaschen umfassen, wodurch die Auftreffgeschwindigkeit der in die Formtaschen an der Oberfläche auftreffenden Spritzpartikel angepasst werden kann.Furthermore, the method according to the invention may comprise selecting a rotational speed of the burner in dependence on a diameter of the cylinder and a profile of the undercut molding pockets, whereby the impact velocity of the spray particles impinging on the surface of the molding pockets can be adjusted.

Abhängig davon, wie das Kurbelgehäuse in Bezug auf den Brenner angeordnet wird, kann das Verfahren zur thermischen Beschichten der Zylinderlaufflächen des Kurbelgehäuses weitergebildet sein, indem der Brenner außerhalb des Zylinders auf einer Seite des Kurbelgehäuses gezündet wird, die die Zylinderkopfdeckfläche ausbildet. Der Brenner wird dann entlang der Laufbahnlänge mit dem entgegen der Vorschubrichtung ausgerichteten Spritzstahl bis in einen Kurbelwellenraum des Kurbelgehäuses geführt, wobei die Zylinderlauffläche mit der thermischen Spritzschicht versehen wird. In dieser Anordnung wird der Spritzstrahlwinkel des Brenners kleiner 90° eingestellt, um den gewünschten Auftreffwinkel in Vorschubrichtung zu erhalten.Depending on how the crankcase is disposed relative to the burner, the method of thermally coating the cylinder surfaces of the crankcase may be further developed by igniting the burner outside the cylinder on a side of the crankcase that forms the cylinder head cover surface. The burner is then guided along the track length with the injection steel oriented counter to the feed direction into a crankshaft space of the crankcase, wherein the cylinder running surface is provided with the thermal spray coating. In this arrangement, the spray jet angle of the burner is set smaller than 90 ° in order to obtain the desired incident angle in the feed direction.

Alternativ dazu kann, wenn das Kurbelgehäuse „verkehrt” herum angeordnet wird, der ungezündete Brenner zunächst durch den Zylinder von dem Kurbelwellenraum des Kurbelgehäuses aus geführt werden, bis der Brenner außerhalb des Zylinders auf der die Zylinderkopfdeckfläche ausbildenden Seite des Kurbelgehäuses lokalisiert ist. Dort wird der Brenner wiederum gezündet und dann zum Beschichten rückwärts mit einem Spritzstrahlwinkel größer 90° durch den Zylinder verfahren.Alternatively, when the crankcase is placed "upside down", the unlit burner may first be passed through the cylinder from the crankshaft space of the crankcase until the burner is located outside of the cylinder on the cylinder head top surface forming side of the crankcase. There, the burner is ignited again and then moved back to the coating with a spray jet angle greater than 90 ° through the cylinder.

So können bestehende Brennereinstellungen erfindungsgemäß genutzt werden, um einen „nachlaufenden” Spritzstrahl zu erzeugen, der unter dem gewünschten Auftreffwinkel auf die Oberfläche trifft.Thus, existing burner settings can be used according to the invention to produce a "trailing" spray jet which strikes the surface at the desired angle of incidence.

Um eine Verschmutzung des Kurbelgehäuses beim Zünden des Brenners mit Spritzpartikeln zu vermeiden, kann die Zylinderkopfdeckfläche des Kurbelgehäuses ferner maskiert werden.To avoid contamination of the crankcase when igniting the burner with spray particles, the cylinder head cover surface of the crankcase can also be masked.

Nachdem der Brenner die Zylinderlauffläche im Verlauf eines Durchtritts durch den Zylinder erfindungsgemäß beschichtet hat, kann die Spritzschicht in einem zweiten Durchtritt des Brenners weiter aufgebaut werden, indem der Brenner durch den Zylinder in entgegen gesetzter Vorschubrichtung zurückgeführt wird. Die Rückführgeschwindigkeit des Brenners kann gleich der oder größer als die Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden, die „Schattenbereiche” sind bereits durch den ersten Durchtritt gefüllt.After the burner has coated the cylinder running surface according to the invention in the course of passage through the cylinder, the spray coating can be further built up in a second passage of the burner by the burner being returned through the cylinder in the opposite direction of advance. The return speed of the burner can be selected equal to or greater than the feed rate, the "shadow areas" are already filled by the first passage.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. Articles or parts of objects which are substantially the same or similar may be given the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigt:Showing:

1 eine schematische Seitenansicht auf den an der aufgerauten Oberfläche nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik entlang geführten Spritzstrahl des Brenners, der zu einer unvollständigen Füllung der hinterschnittenen Formtaschen führt, 1 a schematic side view of the roughened surface on the method according to the prior art along guided spray jet of the burner, which leads to an incomplete filling of the undercut pockets,

2 eine Detailschnittansicht durch eine Formtasche im Verlauf der Befüllung mit Spritzpartikeln mit der Spritzstrahlführung aus 1, 2 a detailed sectional view through a mold pocket in the course of filling with spray particles with the spray jet guide 1 .

3 eine schematische Seitenansicht auf den an der aufgerauten Oberfläche entlang geführten Spritzstrahl des Brenners nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei die hinterschnittenen Formtaschen vollständig gefüllt werden, 3 a schematic side view of the run on the roughened surface along the spray jet of the burner according to an embodiment of the invention, wherein the undercut form pockets are completely filled,

4 eine Detailschnittansicht durch eine Formtasche im Verlauf der Befüllung mit Spritzpartikeln mit der Spritzstrahlführung aus 3, 4 a detailed sectional view through a mold pocket in the course of filling with spray particles with the spray jet guide 3 .

5 eine schematische Seitenansicht auf den gemäß Stand der Technik an der aufgerauten Oberfläche entlang geführten Spritzstrahl des Brenners, der zu einer unvollständigen Füllung der hinterschnittenen Formtaschen führt, 5 a schematic side view of the prior art on the roughened surface along guided spray jet of the burner, which leads to an incomplete filling of the undercut pockets,

6 eine Detailschnittansicht durch eine Formtasche im Verlauf der Befüllung mit Spritzpartikeln mit der Spritzstrahlführung aus 5, 6 a detailed sectional view through a mold pocket in the course of filling with spray particles with the spray jet guide 5 .

7 eine schematische Seitenansicht auf den an der aufgerauten Oberfläche entlang geführten Spritzstrahl des Brenners nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei die hinterschnittenen Formtaschen vollständig gefüllt werden, 7 a schematic side view of the run on the roughened surface along the spray jet of the burner according to an embodiment of the invention, wherein the undercut form pockets are completely filled,

8 eine Detailschnittansicht durch eine Formtasche im Verlauf der Befüllung mit Spritzpartikeln mit der Spritzstrahlführung aus 7, 8th a detailed sectional view through a mold pocket in the course of filling with spray particles with the spray jet guide 7 .

9 eine schematische Darstellung der Brennerrotation in Anodenrichtung. 9 a schematic representation of the burner rotation in the anode direction.

Mechanisch aufgeraute Oberflächen lassen sich aufgrund ihrer Hinterschnitte nur mit bestimmten Spritzstrahlwinkeln qualitativ beschichten. Durch eine geeignete Kombination aus Spritzstrahlwinkel in Bezug zur Bauteiloberfläche, der Aufraugeometrie und Beschichtungsparameter lassen sich die Hinterschnitte komplett mit der thermischen Schicht füllen. Eine nicht geeignete Wahl des Spritzstrahlwinkels führt zu unvollständiger Füllung des Profils und somit zu unzureichender Haftzugfestigkeit.Due to their undercuts, mechanically roughened surfaces can only be qualitatively coated with certain spray jet angles. Through a suitable combination of spray jet angle in relation to the component surface, the roughening geometry and coating parameters, the undercuts can be completely filled with the thermal layer. An unsuitable choice of the spray jet angle leads to incomplete filling of the profile and thus to insufficient adhesive tensile strength.

Weist eine mechanisch aufgeraute Oberfläche 1, wie in den 1 bis 9 dargestellt, hinterschnittene Formtaschen 2 auf, die entgegengesetzt angeordnete hinterschnittene Kanten haben, so werden die Formtaschen 2, wenn der erste Beschichtungshub mit einem rechtwinkligen (1, β = 90°) oder einem vorauseilenden (5, β > 90°) Spritzstrahl 3 ausgeführt wird, nur einseitig gefüllt. Der in Bezug auf die Vorschubrichtung v hintere Hinterschnitt bildet für den Spritzstrahl 3 einen Schattenbereich aus. Die Spritzstrahlfront F in Vorschubrichtung v, gebildet durch den nichtfokussierten Spritzstrahlbereich (32), der den fokussierten Spritzstrahlbereich 31 umgibt, lagert die Spritzpartikel, wie in der Sequenz in 2 zu sehen, in dem in Vorschubrichtung vorderen Hinterschnitt der Formtasche 2 ab. Nachkommende Spritzpartikel, die an der in Vorschubrichtung hinteren Kante der Formtasche hängen bleiben, bilden einen Brückenkopf zum Verschluss der Formtasche mit der Spritzbeschichtung 6, bevor die gesamte Tasche 2 gefüllt ist. In dem beschatteten Hinterschnitt bleibt ein unverfüllter Hohlraum 5. Die Haftung der Schicht 6 ist nicht optimal, bzw. maximal.Has a mechanically roughened surface 1 as in the 1 to 9 illustrated, undercut form pockets 2 on, which have oppositely disposed undercut edges, so are the form pockets 2 when the first coating stroke with a rectangular ( 1 , β = 90 °) or an anticipatory ( 5 , β> 90 °) spray jet 3 is executed, only filled on one side. The rear undercut in relation to the feed direction v forms for the spray jet 3 a shadow area. The spray jet front F in the feed direction v, formed by the non-focused spray jet area ( 32 ), the focused spray jet area 31 surrounds, stores the spray particles, as in the sequence in 2 to see in the forward direction in the front undercut of the form pocket 2 from. Descending spray particles, which remain hanging on the rear edge of the mold pocket in the feed direction, form a bridgehead for closing the mold bag with the sprayed coating 6 before the whole bag 2 is filled. In the shaded undercut remains an unfilled cavity 5 , The adhesion of the layer 6 is not optimal, or maximum.

Mit dem erfindungsgemäß „nachlaufenden” Spritzstrahl, dargestellt in den 3 und 7, können die Formtaschen 2 vollständig gefüllt werden. Bei dem mittels des Lichtbogendraht-Brenners 4 durchgeführten Lichtbogendrahtspritzen wird zwischen einer drahtförmigen Anode A (vgl. 9) und einer drahtförmigen Kathode K ein Lichtbogen durch Anlegen einer Spannung erzeugt, wobei die Anode A im Bereich des Lichtbogens geschmolzen und zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens nachgeführt wird. Die geschmolzenen Partikel der Anode A werden mittels eines von einer Brennerdüse zugeführten Zerstäubergases in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche transportiert und dort angelagert.With the invention according to the "trailing" spray jet, shown in the 3 and 7 , can the shape pockets 2 be completely filled. In the means of the arc wire burner 4 performed arc wire spraying is between a wire-shaped anode A (see. 9 ) and a wire-shaped cathode K generates an arc by applying a voltage, wherein the anode A is melted in the region of the arc and is tracked to maintain the arc. The molten particles of the anode A are transported by means of a supplied from a burner nozzle atomizing gas in the direction of the surface to be coated and deposited there.

Damit nun die in der Oberfläche 1 ausgebildeten hinterschnittenen Formtaschen 2 vollständig gefüllt werden, wird der Spritzstrahl 3 entgegen der Vorschubrichtung v des Brenners 4 über die Oberfläche 1 ausgerichtet. Dies wird durch die Einstellung des Spritzstrahlwinkels β des Brenners 4 in Abhängigkeit der Vorschubrichtung v erreicht, wobei der Spritzstrahlwinkel β kleiner 90° gewählt wird, wenn der Brenner 4 in Vorschubrichtung v geführt wird, wie in 3 dargestellt, so dass der Auftreffwinkel α des Spritzstrahls an der in Vorschubrichtung v vorderen, imaginären Grenzlinie L in etwa rechtwinklig auf der Oberfläche 1 auftrifft. Die Grenzlinie L liegt zwischen dem fokussierten Spritzbereich 31 und dem nicht fokussierten Spritzbereich 32 des Spritzstrahls 3 in der Vorschubrichtung v. Je nach Aufraugeometrie, die für unterschiedliche Anwendungsfälle (Bauteilart, Oberflächengeometrie, Substratwerkstoff) ausgelegt wird, wird eine geeignete Parameter-Kombination vor allem bezüglich des Auftreffwinkels und damit auch des Spritzstrahlwinkels zusammen mit weiteren Beschichtungsparametern, wie z. B. Brennerdrehzahl, Brennervorschub, Beschichtungsdrahtvorschub, Beschichtungswerkstoff, Beschichtungsdrahtdurchmesser, Strom und Absauggeschwindigkeit sowie Absaugleistung definiert. Dadurch wird die hohe Qualität der Beschichtung auf der mechanisch aufgerauten Oberfläche beeinflusst bzw. erst ermöglicht.So now in the surface 1 trained undercut form pockets 2 be completely filled, the spray jet 3 against the feed direction v of the burner 4 over the surface 1 aligned. This is achieved by adjusting the spray jet angle β of the burner 4 achieved in dependence of the feed direction v, wherein the spray jet angle β is selected smaller than 90 ° when the burner 4 is guided in the feed direction v, as in 3 shown, so that the angle of incidence α of the spray jet at the front in the feed direction v imaginary boundary line L approximately at right angles to the surface 1 incident. The boundary line L lies between the focused spray area 31 and the unfocused spray area 32 of the spray jet 3 in the feed direction v. Depending on the Aufraugeometrie, which is designed for different applications (component type, surface geometry, substrate material), a suitable combination of parameters, especially with respect to the angle of incidence and thus the spray angle along with other coating parameters, such. B. Burner speed, burner feed, coating wire feed, coating material, coating wire diameter, current and suction speed and suction defined. As a result, the high quality of the coating on the mechanically roughened surface is influenced or only made possible.

So wird der Spritzstrahlwinkel β des Brenners 4 derart eingestellt, dass der Auftreffwinkel α an der Oberfläche 1 in Bezug auf die Vorschubrichtung v im Bereich von 90° bis 110°, vorzugsweise bis 100° liegt. Der Brenner 4 wird in der Vorschubrichtung v über die Oberfläche 1 geführt und bildet dabei die Spritzschicht 6 auf der Oberfläche 1 aus, wobei die vollgefüllten Formtaschen 2 die mechanische Verklammerung der Spritzschicht 6 mit der Oberfläche 1 bereitstellen. Um den Spritzstrahlwinkel β zu verändern kann die Position des Lichtbogens bezogen auf den Düsenmittelpunkt variiert werden und/oder kann der gesamte Brennerkopf geneigt werden. Zudem kann eine Kombination beider Einstellmöglichkeiten erforderlich seinThus, the spray jet angle β of the burner becomes 4 set such that the impact angle α at the surface 1 with respect to the feed direction v in the range of 90 ° to 110 °, preferably up to 100 °. The burner 4 becomes in the feed direction v over the surface 1 guided and forms the sprayed layer 6 on the surface 1 out, with the fully filled form pockets 2 the mechanical clamping of the sprayed layer 6 with the surface 1 provide. In order to change the spray jet angle β, the position of the arc relative to the nozzle center can be varied and / or the entire burner head can be tilted. In addition, a combination of both adjustment options may be required

Zur Beschichtung einer mechanisch aufgerauten Zylinderlauffläche 1 eines Kurbelgehäuses wird der Brenner 4 entlang einer Mittelachse des Zylinders rotierend vorgeschoben, wobei die Rotation in Richtung r der Anode A des Brenners 4 bevorzugt ist (siehe 9), wie zuvor erläutert wurde.For coating a mechanically roughened cylinder surface 1 a crankcase becomes the burner 4 rotating along a central axis of the cylinder, wherein the rotation in the direction r of the anode A of the burner 4 is preferred (see 9 ), as previously explained.

Die Brennerdrehzahl bzw. die Rotationsgeschwindigkeit des Brenners 4 wird in Abhängigkeit des Zylinderdurchmessers und des Aufrauprofils gewählt und damit die Auftreffgeschwindigkeit der Spritzpartikel angepasst.The burner speed or the rotational speed of the burner 4 is selected as a function of the cylinder diameter and the roughening profile and thus adapted to the impact velocity of the spray particles.

Der eigentliche Beschichtungsvorgang beginnt von der Zylinderkopfdeckfläche des Kurbelgehäuses mit einer Zündung des Brenners außerhalb des Zylinders, wobei die Zylinderkopfdeckfläche mit einer Maskierung geschützt ist. Generell werden Bauteilbereiche, die nicht beschichtet werden sollen, im Vorfeld maskiert. Dazu eignen sich thermisch und mechanisch stabile Bleche, spezielle Maskierbänder oder gummiartige, selbstaushärtende Pasten. Die Maskierung wird so positioniert, dass dort reflektierten Spritzpartikel nicht auf den zu beschichtenden Bereich gelangen.The actual coating process begins from the cylinder head cover surface of the crankcase with an ignition of the burner outside the cylinder, the cylinder head cover surface is protected with a mask. In general, component areas that are not to be coated are masked in advance. For this purpose, thermally and mechanically stable sheets, special masking tapes or rubbery, self-curing pastes are suitable. The masking is positioned so that reflected spray particles do not reach the area to be coated.

Nach der Zündung erfolgt eine „Abwärtsbeschichtung” über die gesamte Laufbahnlänge, entsprechend der Skizze in 3, die sich bis fast in den Kurbelwellenraum erstreckt, so dass unter anderem auch der Honauslauf beschichtet wird. Daran kann sich eine gegebenenfalls schneller ausgeführte Beschichtung in entgegen gesetzter Richtung anschließen.After ignition, a "downward coating" over the entire track length, as shown in the sketch in 3 , which extends almost into the crankshaft space, so that, among other things, the honing spout is coated. This can be followed by an optionally faster running coating in the opposite direction.

Ist jedoch ein Spritzstrahlwinkel β des Brenners 4 wie in 5 zu sehen, größer 90°, so ist hier aufgrund des vorauseilenden Spritzstrahls 3 keine optimale Füllung der Formtaschen 2 gegeben.However, is a spray angle β of the burner 4 as in 5 to see, greater 90 °, so here is due to the vorzeilenden spray jet 3 no optimal filling of the form pockets 2 given.

Zündet man den Brenner 4 mit dem Spritzstrahlwinkel β größer 90°, am untersten Punkt, also im Kurbelwellenraum, und zieht den Brenner 4 dann nach oben, wird ein guter Auftreffwinkel α und somit auch eine optimale Füllung des Profils erreicht (vgl. 7).Ignite the burner 4 with the spray jet angle β greater than 90 °, at the lowest point, ie in the crankshaft space, and pulls the burner 4 then upwards, a good impact angle α and thus an optimal filling of the profile is achieved (see. 7 ).

Das Zünden ist jedoch an dieser Stelle nicht gewünscht, da hierbei der Overspray im Kurbelwellenraum im Gegensatz zu einer Abschaltung unten bzw. der Ausführung einer Wende stark erhöht ist. Ferner kann es aufgrund des Zündens „auf der Laufbahn” zu einem Schichtaufbau (im unteren Bereich) mit nicht optimaler Qualität kommen (der Spritzstrahl 3 braucht einige Zeit um sich aufzubauen und somit dauert es auch diese Zeit bis die Partikel sich im Luftstrom auf ihre optimale Größe zerstäuben, was auch der Grund für die bevorzugte Zündung des Brenners 4 außerhalb des zu beschichtenden Zylinders ist.However, the ignition is not desired at this point, since this is the overspray in the crankshaft space in contrast to a shutdown below or the execution of a turn is greatly increased. Furthermore, due to the ignition "on the track", a layer structure (in the lower area) of inappropriate quality can occur (the spray jet 3 It takes some time to build up and so it takes this time for the particles to atomize to their optimum size in the air stream, which is also the reason for the burner's preferred ignition 4 outside the cylinder to be coated.

Abhilfe bietet folgende erfindungsgemäße Beschichtungsstrategie: Das Kurbelgehäuse etwa eines Reihenmotors wird auf die Zylinderkopfdeckfläche gestellt und nicht, wie oben beschrieben, auf die Ölwannenseite, dann taucht der Brenner durch das gesamte Kurbelgehäuse durch, zündet wieder auf der Zylinderkopfdeckflächenseite und außerhalb des Kurbelgehäuses und führt den Beschichtungshub entsprechend 7 in Richtung Kurbelwellenraum durch. Hier ist wieder eine Umkehrung der Beschichtungsrichtung oder eine Umkehrung denkbar.The following coating strategy according to the invention offers the following remedy: The crankcase of a row engine is placed on the cylinder head cover surface and not on the oil pan side as described above, then the burner passes through the entire crankcase, ignites again on the cylinder head cover surface side and outside of the crankcase and carries out the coating stroke corresponding 7 in the direction of the crankshaft space. Here again a reversal of the coating direction or a reversal is conceivable.

Mit diesem erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren ist eine Modifikation eines bestehenden Serienbrenners mit einem Spritzstrahlwinkel β größer 90° nicht notwendig und der nacheilende Spritzstrahl bewirkt eine optimale Füllung der Formtaschen 2.With this coating method according to the invention a modification of an existing series burner with a spray jet angle β greater than 90 ° is not necessary and the trailing spray jet causes an optimal filling of the form pockets 2 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007023418 A1 [0002]

Claims

Method for thermal spray coating of a mechanically through undercut form pockets ( 2 ) roughened surface ( 1 ) using an arc wire burner ( 4 ), comprising the step of: - aligning a spray steel ( 3 ) against a feed direction (v) of the burner ( 4 ) over the surface ( 1 ), and - setting a spray jet angle (β) of the burner ( 4 ) as a function of the feed direction (v) such that an angle of incidence (α) between an imaginary boundary line (L), which in the feed direction (v) between a focused spray area ( 31 ) and a non-focused injection area ( 32 ) of the spray jet ( 3 ), and the surface ( 1 ) is clamped in relation to the feed direction (v), which lies in the range of 90 ° to 110 °, and - guiding the burner ( 4 ) over the surface ( 1 ) in the feed direction (v), thereby - forming a sprayed layer ( 6 ) on the surface ( 1 ), and providing a mechanical interlocking of the sprayed layer ( 6 ) through which the form pockets ( 2 ) filling spray particles.

The method of claim 1, wherein the angle of incidence (α) is in particular in the range of 90 ° to 100 °.

Method according to claim 1 or 2, comprising the step of: - positioning the arc of the burner ( 4 ) with respect to a nozzle center and / or tilting a head portion of the burner ( 4 ) for adjusting the spray jet angle (β).

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the mechanically roughened surface ( 1 ) a cylinder surface ( 1 ) of a crankcase and wherein for coating the cylinder surface ( 1 ) the burner ( 4 ) is advanced in rotation along a central axis of the cylinder.

Method according to claim 4, comprising the step of: - rotating the burner ( 4 ) in the direction (r) of an anode (A) of the burner ( 4 ).

Method according to claim 4 or 5, comprising the step of: - selecting a rotational speed of the burner ( 4 ) depending on a diameter of the cylinder and a profile of the form pockets ( 2 ) and thus adjusting an impact speed of the in the form pockets ( 2 ) on the surface ( 1 ) impinging spray particles.

Method according to at least one of claims 4 to 6, comprising the steps of: - igniting the burner ( 4 ) outside of the cylinder on a side of the crankcase forming a cylinder head cover surface, - guiding the burner ( 4 ) through the cylinder along the track length with the counter to the feed direction (v) aligned spray steel ( 3 ), until a crankshaft space of the crankcase is reached, while coating the cylinder surface ( 1 ).

Method according to claim 7, wherein the jet angle (β) of the burner ( 4 ) is set smaller than 90 °.

Method according to claim 7, comprising the steps: - before starting the burner ( 4 ) through the cylinder from the crankshaft space of the crankcase until the burner ( 4 ) is located outside of the cylinder on the cylinder head cover surface forming side of the crankcase, wherein the spray jet angle (β) of the burner ( 4 ) is set greater than 90 °.

Method according to at least one of claims 7 to 9, comprising the step: - Masking at least the cylinder head cover surface of the crankcase before ignition.

Method according to at least one of claims 7 to 10, comprising the step: - returning the burner ( 4 ) through the cylinder counter to the feed direction (v), while further coating the cylinder surface ( 1 ), wherein a return speed of the burner ( 4 ) equal to or greater than the feed rate is selected.