DE102011078591A1 - Method for producing partially coated substrate in cylindrical wall of crankcase of internal combustion engine, involves applying a coating to two portions of substrate by thermal spray process and removing the coating from one portion - Google Patents

Method for producing partially coated substrate in cylindrical wall of crankcase of internal combustion engine, involves applying a coating to two portions of substrate by thermal spray process and removing the coating from one portion Download PDF

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    • C23C4/18—After-treatment

Abstract

The method involves applying a coating to the first and second portions (6,7) of a substrate (3) by a thermal spray process, and processing the coating in the second portion by spraying a high pressure fluid jet. The coating in the second portion is removed after processing, for exposing the second portion of the substrate. A web (9) is attached to a suction pipe (11) for removing the excess coating material from the cylinder (1). The web is removed by machining, after the removal of coating from the second portion.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.The present invention relates to a method for producing a partially provided with a coating substrate according to the features of claim 1.

Aus der DE 10 2009 051 262 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei auf eine Innenseite eines Zylinders durch ein thermisches Spritzverfahren eine Beschichtung aufgebracht wird. Die Beschichtung wird durch ein spanendes Verfahren und danach durch einen Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck von bis zu 1.000 bar bearbeitet.From the DE 10 2009 051 262 A1 discloses a method for producing a thermally sprayed cylinder liner for an internal combustion engine, wherein on an inside of a cylinder by a thermal spraying method, a coating is applied. The coating is processed by a cutting process and then by a high-pressure water jet with a pressure of up to 1,000 bar.

Durch thermisches Spritzen aufgebrachte Zylinderlaufflächenbeschichtungen sind extrem hart. Eine spanende (Nach-)Bearbeitung eines beschichteten Kurbelgehäusebereichs ist daher mit sehr hohem Werkzeugverschleiß verbunden. Nichtsdestotrotz müssen bestimmte Bereiche eines Kurbelgehäuses nach dem Beschichten der Zylinderlaufflächen spanend bearbeitet werden.Thermal spray applied cylinder tread coatings are extremely hard. A machining (re) machining a coated crankcase area is therefore associated with very high tool wear. Nevertheless, certain areas of a crankcase must be machined after coating the cylinder surfaces.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest teilweise beschichteten Substrats, insbesondere einer Innenfläche eines Zylinders eines Kurbelgehäuses, anzugeben, das in spanend zu bearbeitenden Bereichen frei von Beschichtungsmaterial ist.The object of the invention is to specify a method for producing an at least partially coated substrate, in particular an inner surface of a cylinder of a crankcase, which is free of coating material in areas to be machined.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen „Substrats”. Bei dem „Substrat” kann es sich z. B. um eine Innenfläche einer Zylinderwand eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors handeln. Dementsprechend kann es sich um ein Substrat aus Aluminium, aus aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer anderen Leichtmetalllegierung handeln.The starting point of the invention is a method for producing a partially provided with a coating "substrate". The "substrate" may be z. B. may be an inner surface of a cylinder wall of a crankcase of an internal combustion engine. Accordingly, it may be a substrate of aluminum, of an aluminum alloy or of another light metal alloy.

Zunächst wird auf einen ersten und einen zweiten Teilbereich des Substrats eine Beschichtung in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht. Bei dem thermischen Spritzverfahren kann es sich beispielsweise um „Lichtbogendrahtspritzen” handeln. „Lichtbogendrahtspritzen” ist ein dem Fachmann geläufiges Verfahren und braucht daher nicht näher erläutert werden. Der ”zweite Teilbereich” des Substrats ist ein Bereich, der anschließend spanend (nach-)bearbeitet werden muss. Vor einer spanenden Bearbeitung wird der zweite Teilbereich durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl, z. B. einem Hochdruckwasserstrahl, bearbeitet.First, a coating is applied to a first and a second subregion of the substrate in a thermal spraying process. The thermal spraying process may be, for example, "arc wire spraying". "Arc wire spraying" is a familiar to those skilled method and therefore need not be explained in more detail. The "second subregion" of the substrate is an area which subsequently has to be machined (post-processed). Before machining, the second portion is sprayed with a high pressure fluid jet, e.g. B. a high-pressure water jet processed.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die in dem zweiten Teilbereich aufgebrachte Beschichtung durch Besprühen mit dem Hochdruckfluidstrahl abgetragen wird, so dass das darunter befindliche Substrat wieder freigelegt wird. Auf diese Weise kann das den zweiten Teilbereich bildende Substrat mit vergleichsweise geringem Werkzeugverschleiß spanend bearbeitet werden.The essence of the invention is that the coating applied in the second sub-area is removed by spraying with the high-pressure fluid jet, so that the substrate underneath is exposed again. In this way, the substrate forming the second subarea can be machined with comparatively little tool wear.

Theoretisch könnte der Beschichtungsvorgang zwar auf den ersten Teilbereich beschränkt werden. Dies würde voraussetzen, dass der zweite Teilbereich in geeigneter Weise „maskiert” wird, um sicherzustellen, dass dort kein Beschichtungsmaterial auftrifft. Versuche haben gezeigt, dass ein „Aussparen” eines zweiten Teilbereichs mit erheblichen Problemen verbunden ist. Günstiger ist es, zunächst beide Teilbereiche zu beschichten und anschließen das auf den zweiten Teilbereich aufgebrachte Beschichtungsmaterial wieder abzutragen.Theoretically, the coating process could be limited to the first subrange. This would require the second portion to be appropriately "masked" to ensure that there is no coating material. Experiments have shown that "skipping" a second subarea is associated with considerable problems. It is more favorable to first coat both partial areas and then to remove the coating material applied to the second partial area again.

Sofern es sich bei dem Substrat um eine Zylinderwand eines Zylinders eines Kurbelgehäuses handelt, kann der zweite Teilbereich durch einen kurbelwellenseitigen Endabschnitt des Zylinders gebildet sein.If the substrate is a cylinder wall of a cylinder of a crankcase, the second portion may be formed by a crankshaft-side end portion of the cylinder.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird während des Aufbringens der Beschichtung auf den ersten und den zweiten Teilbereich der Zylinderwand des Zylinders der ”darunter befindliche” Bereich des Kurbelwellengehäuses mittels eines Absaugrohrs oder eines Absaugschlauchs geschützt. Hierzu ist zwischen dem zweiten Teilbereich und dem unteren Bereich des Kurbelgehäuses, in dem später die Kurbelwelle eingebaut wird, ein sich in Richtung der Mittellängsachse des Zylinders nach innen ragender Steg vorgesehen. Der Steg wird beim Gießen des Kurbelgehäuses erzeugt. Er dient als ”Anlage” für das Absaugrohr. Das Absaugrohr wird von der Stegunterseite, d. h. von derjenigen Seite des Stegs, auf der später die Kurbelwelle eingebaut wird, an den Steg angesetzt. Das Absaugrohr überdeckt dabei den Zylinder. Anschließend wird in dem Absaugrohr ein Unterdruck erzeugt. Dadurch werden überschüssige Beschichtungsmaterialpartikel nach unten abgesaugt und verhindert, dass diese sich im Bereich der Kurbelwelle an der Innenseite des Kurbelgehäuse niederschlagen können. Ohne eine derartige Absaugung müsste das Kurbelgehäuses im Bereich unterhalb der Zylinder aufwändigst gereinigt, d. h. von Beschichtungsmaterialpartikeln befreit werden, was äußerst kostenintensiv wäre.According to a development of the invention, during the application of the coating to the first and the second partial region of the cylinder wall of the cylinder, the "underneath" region of the crankshaft housing is protected by means of a suction tube or a suction tube. For this purpose, between the second portion and the lower portion of the crankcase, in which later the crankshaft is installed, provided in the direction of the central longitudinal axis of the cylinder inwardly projecting web. The bridge is created when casting the crankcase. It serves as a "plant" for the suction tube. The suction pipe is removed from the web bottom, d. H. from the side of the bridge, on which the crankshaft is later installed, attached to the bridge. The suction tube covers the cylinder. Subsequently, a negative pressure is generated in the suction tube. As a result, excess coating material particles are sucked down and prevents them from precipitating in the crankshaft on the inside of the crankcase. Without such a suction, the crankcase would have to be cleaned in the area below the cylinder, ie. H. be removed from coating material particles, which would be extremely expensive.

Der Steg wird lediglich als Anlage für das Absaugrohr benötigt und muss nach dem Beschichten der Zylinderlauffläche entfernt werden. Da der Steg zumindest teilweise mit Beschichtungsmaterial überzogen ist, wäre ein Entfernen des Stegs durch spanende Bearbeitung mit einem extrem hohen Werkzeugverschleiß und mit entsprechend hohen Werkzeugkosten verbunden.The bar is only needed as a system for the suction tube and must be removed after coating the cylinder surface. Because the jetty At least partially coated with coating material, removal of the web by machining would be associated with extremely high tool wear and correspondingly high tooling costs.

Aus diesem Grund wird, wie oben bereits erwähnt, der zweite Teilbereich und gegebenenfalls auch der Steg durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl von der Beschichtung befreit. Anders ausgedrückt, wird die Beschichtung im Bereich des zweiten Teilbereichs und gegebenenfalls des Stegs durch Besprühen mit dem Hochdruckfluidstrahl vollständig oder nahezu vollständig abgetragen. Anschließend kann der Steg mit geringem Werkzeugverschleiß durch spanende Bearbeitung entfernt werden.For this reason, as already mentioned above, the second subarea and possibly also the web are freed of the coating by spraying with a high pressure fluid jet. In other words, the coating in the region of the second portion and optionally of the web is completely or almost completely removed by spraying with the high-pressure fluid jet. Subsequently, the web can be removed with little tool wear by machining.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der zweite Teilbereich spanend nachbearbeitet, wobei in Bezug auf die Radialrichtung des Zylinders ein Materialabtrag stattfindet. Mit der Nachbearbeitung wird ein sogenannter Honfreigang, d. h. eine ringartige Aussparung, erzeugt. Nach Erzeugen des Honfreigangs kann die auf den ersten Teilbereich aufgebrachte Beschichtung gehont werden. Der Honfreigang wird benötigt, so dass das Honwerkzeug sauber „auslaufen” kann.According to a development of the invention, the second portion is machined by machining, wherein with respect to the radial direction of the cylinder material removal takes place. With the post-processing, a so-called Honfreigang, d. H. an annular recess created. After generating the honing clearance, the coating applied to the first portion may be honed. The Honfreigang is needed so that the honing tool can "leak" clean.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in connection with the drawing. Show it:

1 Einen Querschnitt eines Zylinders eines nachzubearbeitenden Kurbelgehäuses für einen Verbrennungsmotor; 1 A cross section of a cylinder of a reworked crankcase for an internal combustion engine;

2 den Zylinder der 1 nach vollendeter Nachbearbeitung. 2 the cylinder of the 1 after completion of post-processing.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Zylinder 1 eines Kurbelgehäuses 2 für einen Verbrennungsmotor. Der Zylinder 1 weist eine Zylinderwandung 3 auf. Auf eine Oberseite 4 des Kurbelgehäuses 2 wird später ein Zylinderkopf (nicht dargestellt) aufgeschraubt. 1 shows a cross section through a cylinder 1 a crankcase 2 for an internal combustion engine. The cylinder 1 has a cylinder wall 3 on. On a top 4 of the crankcase 2 later, a cylinder head (not shown) is screwed.

Der Zylinder 1 weist eine Mittellängsachse 5 auf. In Richtung seiner Mittellängsachse 5 betrachtet kann er in einen ersten bzw. oberen Teilbereich 6 und einen zweiten, sich daran anschließenden unteren oder zweiten Teilbereich 7 unterteilt werden. Der obere Teilbereich 6 ist der Oberseite 4 des Kurbelgehäuses 2, d. h. dem dort später zu montierenden Zylinderkopf zugewandt. Der untere Teilbereich 7 ist einem unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 zugewandt, in dem später eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) eingebaut wird.The cylinder 1 has a central longitudinal axis 5 on. In the direction of its central longitudinal axis 5 considered he can in a first or upper part 6 and a second, subsequent lower or second subarea 7 be divided. The upper part 6 is the top 4 of the crankcase 2 , ie facing the cylinder head to be mounted there later. The lower part 7 is a lower area 8th of the crankcase 2 facing, in which later a crankshaft (not shown) is installed.

Zwischen dem unteren Teilbereich 7 und dem unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 ist ein radial nach innen zur Mittellängsachse 5 hin abstehender Steg 9 vorgesehen. Der Steg 9 wird beim Gießen des Kurbelgehäuses 2 hergestellt.Between the lower part 7 and the lower area 8th of the crankcase 2 is a radially inward to the central longitudinal axis 5 protruding bridge 9 intended. The jetty 9 when casting the crankcase 2 produced.

Nach dem Gießen des Kurbelgehäuses 2 wird eine Innenseite 10 des Zylinders aufgeraut. Das Aufrauen kann beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Hochdruckfluidstrahl oder mittels eines Profilierungswerkzeugs erfolgen.After casting the crankcase 2 becomes an inside 10 roughened of the cylinder. The roughening can take place, for example, by irradiation with a high-pressure fluid jet or by means of a profiling tool.

Nach dem Aufrauen der Innenfläche 10 wird auf diese mittels eines thermischen Spritzverfahrens (z. B. Lichtbogendrahtspritzen) eine Beschichtung aufgebracht. Die Beschichtung wird aus Qualitätssicherungsgründen auf der gesamten Länge des Zylinders 1, d. h. auf den Teilbereichen 6 und 7 aufgebracht. Dabei wird zumindest auch ein Teil des Stegs 9 mit Beschichtungsmaterial überzogen.After roughening the inner surface 10 For this purpose, a coating is applied to the latter by means of a thermal spraying method (eg electric arc wire spraying). For quality assurance purposes, the coating is applied to the entire length of the cylinder 1 , ie on the subareas 6 and 7 applied. This is at least a part of the bridge 9 coated with coating material.

Um zu verhindern, dass überschüssiges Beschichtungsmaterial in den unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 gelangt und sich dort auf der Innenwandung des Kurbelgehäuses 2 niederschlägt, wird während des Beschichtungsvorgangs ein Absaugrohr 11 von unten her an den Steg angesetzt. Über das Absaugrohr 11 wird überschüssiges Beschichtungsmaterial abgesaugt.To prevent excess coating material in the lower area 8th of the crankcase 2 passes and there on the inner wall of the crankcase 2 precipitates, becomes a suction tube during the coating process 11 attached to the bridge from below. About the suction tube 11 Excess coating material is sucked off.

Nach dem Beschichten der Innenfläche 10 des Zylinders 1 muss der Steg 9 entfernt und in dem unteren Bereich 7 ein Honfreigang für eine spätere Honbearbeitung des ersten Bereichs 6 erzeugt werden.After coating the inner surface 10 of the cylinder 1 must the bridge 9 away and in the lower area 7 a Honfreigang for a later honing of the first area 6 be generated.

Hierzu wird zunächst der untere Bereich 7 durch Bestrahlen mit einem Hochdruckfluidstrahl bearbeitet. „Bearbeiten” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die in dem Bereich 7 aufgebrachte Beschichtung vollständig oder nahezu vollständig abgetragen wird, so dass das darunter liegende Substrat, d. h. die Zylinderwand 3, wieder freigelegt wird. Dieser durch Hochdruckfluidstrahlen zu bearbeitende Bereich ist in 2 durch eine Schraffur 12 gekennzeichnet. Der Bereich 12 umfasst auch den Steg 9.For this purpose, first the lower area 7 processed by irradiation with a high pressure fluid jet. "Edit" in this context means that in the field 7 applied coating is completely or almost completely removed, so that the underlying substrate, ie the cylinder wall 3 , is exposed again. This area to be processed by high pressure fluid jets is in 2 by hatching 12 characterized. The area 12 also includes the jetty 9 ,

Nachdem die Beschichtung in dem Bereich 7 und im Bereich des Stegs 9 entfernt wurde, kann der Steg 9 durch spanende Bearbeitung entfernt werden. Dies kann in einem Bearbeitungszentrum erfolgen. Im selben Bearbeitungszentrum oder mittels eines anderen Werkzeugs kann im Bereich 7 in radialer Richtung Material abgetragen werden, wodurch ein Honfreigang bzw. eine Aussparung 13 erzeugt wird. Anschließend kann die Innenfläche 10 im Bereich 6 mittels eines Honwerkzeugs gehont werden.After the coating in the area 7 and in the area of the footbridge 9 was removed, the bridge can 9 be removed by machining. This can be done in a machining center. In the same machining center or by means of another tool can in the area 7 Material are removed in the radial direction, whereby a Honfreigang or a recess 13 is produced. Subsequently, the inner surface 10 in the area 6 To be honed by means of a honing tool.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009051262 A1 [0002] DE 102009051262 A1 [0002]

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats (3), mit folgenden Schritten: – Aufbringen der Beschichtung auf einen ersten und einen zweiten Teilbereich (6, 7) des Substrats (3) in einem thermischen Spritzverfahren, – Bearbeiten der Beschichtung in dem zweiten Teilbereich (7) durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl, wobei die Beschichtung durch das Besprühen abgetragen und das Substrat (3) in dem zweiten Teilbereich (7) wieder freigelegt wird.Method for producing a substrate provided with a coating ( 3 ), comprising the following steps: applying the coating to a first and a second subregion ( 6 . 7 ) of the substrate ( 3 ) in a thermal spraying process, - processing of the coating in the second subregion ( 7 by spraying with a high-pressure fluid jet, the coating being removed by the spraying and the substrate ( 3 ) in the second subarea ( 7 ) is uncovered again. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat (3) um eine Zylinderwand eines Zylinders (1) eines nachzubearbeitenden Kurbelgehäuses (2) für einen Verbrennungsmotor handelt.Method according to Claim 1, characterized in that the substrate ( 3 ) around a cylinder wall of a cylinder ( 1 ) of a reworked crankcase ( 2 ) for an internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (7) ein kurbelwellenseitiger Endabschnitt des Zylinders (1) ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the second subregion ( 7 ) a crankshaft side end portion of the cylinder ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Teilbereich (7) und einem Bereich (8) des Kurbelgehäuses (2), in dem später eine Kurbelwelle eingebaut wird, ein in Bezug auf eine Längsachse (5) des Zylinders (1) radial nach innen ragender Steg (9) vorgesehen ist, wobei während des thermischen Spritzens an den Steg (9) ein Absaugrohr (11) angesetzt wird, über das überschüssiges Beschichtungsmaterial aus dem Zylinder (1) abgesaugt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the second portion ( 7 ) and an area ( 8th ) of the crankcase ( 2 ), in which a crankshaft is later installed, a with respect to a longitudinal axis ( 5 ) of the cylinder ( 1 ) radially inwardly projecting web ( 9 ) is provided, wherein during the thermal spraying to the web ( 9 ) a suction tube ( 11 ) is applied, via the excess coating material from the cylinder ( 1 ) is sucked off. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (9) nach dem Abtragen der auf dem zweiten Teilbereich (7) befindlichen Beschichtung durch eine spanende Bearbeitung entfernt wird.Method according to claim 4, characterized in that the web ( 9 ) after ablation on the second subregion ( 7 ) is removed by machining. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (7) nach dem Entfernen des Stegs (9) spanend bearbeitet wird, wobei ein Hohnfreigang (13) erzeugt wird.Method according to claim 5, characterized in that the second subregion ( 7 ) after removing the web ( 9 ) is machined, whereby a mocking release ( 13 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen des Honfreigangs (13) die auf den ersten Teilbereich (6) aufgebrachte Beschichtung gehont wird.Method according to claim 6, characterized in that after the generation of the honing clearance ( 13 ) to the first subarea ( 6 ) applied coating is honed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gegossen worden ist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the substrate has been cast from aluminum or an aluminum alloy.
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