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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Beschichtung eines Bauteils mit einer Durchgangsöffnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Allgemein sind Spritzverfahren zur Aufbringung von schützenden Schichten auf Bauteilen bekannt. Diese Schutzschichten werden auf Bauteile aufgebracht, deren Material- bzw. Oberflächeneigenschaften die an sie gestellten Anforderungen nicht ohne zusätzliche Weiterbehandlung genügen würden. Zur Verbesserung solcher Bauteile mit nicht gewünschten Materialeigenschaften werden auf deren Oberfläche Zusatzstoffe insbesondere zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften aufgebracht. Beispielsweise können ein Drahtflammspritzen ein Pulverflammspritzen und/oder ein Lichtbogendrahtspritzen als Beschichtungsverfahren für eine derartige Oberflächenbeschichtung verwendet werden.
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Die
DE 10 2004 038 182 A1 beschreibt ein Verfahren zum spanabhebenden Bearbeiten von thermisch gespritzten Zylinderlaufbahnen eines Zylinderkurbelwellengehäuses, wobei ein Zylinderkurbelwellengehäuse gegossen wird, die thermisch zu beschichtenden Oberflächen der späteren Zylinderlaufbahnen aufgeraut werden, die Zylinderlaufbahnen durch ein thermisches Spritzenverfahren beschichtet werden und die Zylinderlaufbahnen auf Endmaß nachbearbeitet werden. Dabei wird die Bearbeitung einer Einführfase und/oder einer Endfase und/oder der Zylinderkopfdichtfläche und/oder des Kurbelwellenraums und/oder einer Zylinderbohrung spanabhebend vorgenommen, wobei das jeweilige spanabhebende Werkzeug derart geführt wird, dass die jeweiligen Schneiden von außen ins abzutragende Material eindringen.
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Die
DE 10 2010 007 224 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abtragen von Overspray thermischer Spritzschichten mittels eines Flüssigkeitsstrahles. Dieses Verfahren soll insbesondere ein prozessicheres Abtragen von Overspray auf benachbarten Flächen von Zylinderbohrungen erlauben.
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Die
DE 10 2008 058 583 A1 beschreibt ein Verfahren zum spanabhebenden Einbringen einer Öffnung in eine Gehäusewandung eines Kurbelgehäuses, bei dem zunächst ein vertiefter Bereich in die Gehäusewandung eingebracht wird, anschließend eine Beschichtung aufgebracht wird und abschließend der vertiefte Bereich zwecks Einbringen der Öffnung weiter spanabhebend bearbeitet wird. Dabei kann das nachträgliche spanabhebende Einbringen der Öffnung zum Abplatzen der zuvor aufgebrachten Beschichtung und/oder zu Rissen in dieser führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, insbesondere effizienteres Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Durchgangsöffnung und mit beschichteter Oberfläche anzugeben, wobei die Durchgangsöffnung die beschichtete Oberfläche durchdringt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Bauteils anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Beim Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Durchgangsöffnung und mit beschichteter Oberfläche, wobei die Durchgangsöffnung die beschichtete Oberfläche durchdringt, wird erfindungsgemäß zunächst eine durchgehende Durchgangsöffnung in das unbeschichtete Bauteil eingebracht, anschließend wird die Oberfläche eines Bauteils beschichtet und abschließend wird das im Bereich der Durchgangsöffnung infolge des Beschichtens ungewollt angelagerte Beschichtungsmaterial entfernt.
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Durch das Beschichten einer Oberfläche nach einem Einbringen einer Öffnung oder einer Aussparung wird eine Gefahr einer Rissbildung in der Oberflächenbeschichtung oder eines Abplatzens von Teilen der Oberflächenbeschichtung signifikant verringert. Dadurch werden die Prozesssicherheit und die Bauteilqualität verbessert, woraus eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens resultiert.
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Die Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit einer Durchgangsöffnung und mit beschichteter Oberfläche, wobei die Durchgangsöffnung die beschichtete Oberfläche durchdringt, zeichnet sich dadurch aus, das sie sowohl eine Vorrichtung zum Einbringen der Durchgangsöffnung in das unbeschichtete Bauteil und eine Vorrichtung zum Aufbringen der Oberflächenbeschichtung umfasst als auch eine Vorrichtung zum Entfernen von infolge des Beschichtungsvorganges ungewollt angelagertem Beschichtungsmaterial innerhalb der Durchgangsöffnung umfasst. Eine solche Ausgestaltung vermeidet einerseits die aus dem Stand der Technik bekannte Schädigung der aufgebrachten Beschichtung infolge einer nachträglichen spanenden Bearbeitung der die Beschichtung tragenden Bauteilwandung und ermöglicht andererseits die Entfernung von ungewollt angelagertem Beschichtungsmaterial innerhalb der bereits vorgefertigten Durchgangsöffnung.
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Dabei erfolgt eine Entfernung ungewollt angelagerten Beschichtungsmaterials in einer Durchgangsöffnung zumindest mittels eines spanabhebenden Werkzeugs, einer Düse oder eines Bürstenwerkzeugs. Somit ist das auf einer Oberfläche der Durchgangsöffnung ungewollt angelagerte Beschichtungsmaterial auf einfache und kosteneffiziente Art und Weise entfernbar.
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Das erfindungsgemäße Bauteil mit einer Durchgangsöffnung und mit einer thermischen Oberflächenbeschichtung, wobei die Durchgangsöffnung die Oberflächenbeschichtung durchdringt, zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberflächenbeschichtung im Eingangsbereich der Durchgangsöffnung ohne Risse oder Abplatzungen an der Oberfläche des Bauteils anhaftet.
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In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich um einen Zylinderblock und/oder ein Kurbelgehäuse mit zumindest zwei benachbarten, durch jeweils einen Zylindersteg getrennten Zylinderbohrungen, wobei die Durchgangsöffnung als eine Ventilations- oder Druckausgleichsöffnung durch den jeweiligen Zylindersteg ausgestaltet ist, wobei die Innenseiten der jeweiligen Zylinderbohrungen zur Herstellung einer Zylinderlauffläche thermisch beschichtet sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch das Auftragen einer Oberflächenbeschichtung mittels eines Brenners im Bereich einer Durchgangsöffnung in einem Bauteil,
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2 schematisch eine spanabhebende Bearbeitung einer Durchgangsöffnung in einem Bauteil mit einer Oberflächenbeschichtung,
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3 schematisch eine Bearbeitung einer Durchgangsöffnung in einem Bauteil mit einer Oberflächenbeschichtung mittels eines unter Hochdruck stehenden Mediums,
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4 schematisch eine Bearbeitung einer Durchgangsöffnung in einem Bauteil mit einer Oberflächenbeschichtung mittels eines Bürstenwerkzeugs und
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5 schematisch ein Bauteil nach einer Bearbeitung einer Durchgangsöffnung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch das Auftragen einer Oberflächenbeschichtung 1 mittels eines Brenners 2 im Bereich einer Durchgangsöffnung 3 in einem Bauteil 4 dargestellt.
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Die Oberflächenbeschichtung 1 wird mittels eines herkömmlichen thermischen Beschichtungsverfahrens, beispielweise eines Drahtflammspritzens, eines Plasmaspritzens, eines Pulverflammspritzens, eines Kaltgasspritzens und/oder eines Lichtbogendrahtspritzens, auf zumindest eine Oberfläche 5 des Bauteils 4 aufgebracht. Dabei wird das Material, aus welchem die Oberflächenbeschichtung 1 gebildet ist, mittels des Brenners 2 derart erwärmt, dass sein Aggregatzustand von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand wechselt und im nächsten Schritt wird das flüssige Material mittels eines gasförmigen Mediums mit Überdruck auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils 4 aufgebracht.
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Das Bauteil 4 ist vorzugweise als ein Zylinderblock und/oder Kurbelgehäuse eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors ausgebildet, wobei die Durchgangsöffnung 3 eine erste Zylinderbohrung 6 mit einer zweiten, benachbart im Zylinderblock angeordneten Zylinderbohrung 7 verbindet. Dabei durchdringt die Durchgangsöffnung 3 als Ventilations- oder Druckausgleichöffnung den zwischen den benachbart angeordneten Zylinderbohrungen 6 und 7 ausgebildeten Zylindersteg 8. Die Durchgangsöffnung 3 wird vor dem Beschichtungsvorgang in das Bauteil 4 eingebracht.
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Beim herkömmlichem Auftragen der Oberflächenbeschichtung 1 mittels des Brenners 2 wird im Bereich der Durchgangsöffnung 3, insbesondere an deren Oberfläche, Beschichtungsmaterial 9 an- oder abgelagert. Diese An- oder Ablagerung im Bereich der Durchgangsöffnung 3 erfolgt undefiniert und somit bestimmungswidrig. Bedingt durch den undefinierten Auftrag des Beschichtungsmaterials 9 im Bereich der Durchgangsöffnung 3 sind dort die Adhäsionskräfte, welche die Oberflächenbeschichtung 1 herkömmlicherweise an der Oberfläche 5 des Bauteils 4 halten, verringert, so dass das Beschichtungsmaterial 9 im Bereich der Durchgangsöffnung 3 entfernt werden muss. Anderenfalls könnte sich das Beschichtungsmaterial 9 im Bereich der Durchgangsöffnung 3 im Betrieb des Bauteils 4 lösen und Schäden am Bauteil 4 und/oder benachbarten Bauteilen verursachen. Dabei ist die Menge des angelagerten Beschichtungsmaterials 9 von der Schichtstärke der Oberflächenbeschichtung 1 abhängig. Dieses ungewollt angelagerte Beschichtungsmaterial 9 wird auch als Overspray bezeichnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Durchgangsöffnung 3 während des Beschichtens zumindest teilweise verschlossen. Dadurch wird zumindest eine Verschmutzung des Bauteils auf der der Beschichtung abgewandten Seite vermieden und bei geeigneter Verschlußart auch die Menge des ungewollt angelagertem Beschichtungsmaterials innerhalb der bereits vorgefertigten Durchgangsöffnung 3 minimiert. Das Verschließen der Durchgangsöffnung 3 erfolgt dabei vorteilhafterweise durch eine geeignete Maskierung, die von der der Beschichtung abgewandten Seite vor der Durchgangsöffnung 3 positioniert wird oder welche von dort aus in die Durchgangsöffnung 3 eingeführt wird.
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In 2 ist schematisch eine spanabhebende Bearbeitung der Durchgangsöffnung 3 im Bauteil 4 mit der Oberflächenbeschichtung 1 als eine erste Ausführungsvariante dargestellt. Dabei ist das Auftragen der Oberflächenbeschichtung 1 auf die Oberflächen 5 des Bauteils 4 abgeschlossen und in der Durchgangsöffnung 3 ist Beschichtungsmaterial 9 ungewollt an- oder abgelagert.
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Um das an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 aus der Durchgangsöffnung 3 zu entfernen, wird die Durchgangsöffnung 3 ausgespindelt. Dabei wird mittels eines rotierenden Werkzeugs 10, welches in horizontaler Richtung H und in vertikaler Richtung V in der Durchgangsöffnung 3 bewegbar ist, das in der Durchgangsöffnung 3 an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 spanabhebend entfernt. Dabei wird das rotierende Werkzeug 10 derart geführt, dass Werkzeugschneiden 11 des Werkzeugs 10 immer gegen die Oberflächenbeschichtung 1 gerichtet zerspanend wirken, so dass undefinierte Ausbrüche oder Beschädigungen der Oberflächenbeschichtung 1 sicher vermieden sind. Ein Abtrag von Material der Bauteilwandung kann durch geeignete Positionierung und Einstellung des Werkzeugs 10 vermieden werden.
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In 3 ist schematisch eine Bearbeitung der Durchgangsöffnung 3 im Bauteil 4 mit der Oberflächenbeschichtung 1 mittels eines unter Hochdruck stehenden Mediums als eine zweite Ausführungsvariante dargestellt. Dabei ist das Auftragen der Oberflächenbeschichtung 1 auf die Oberflächen 5 des Bauteils 4 abgeschlossen und in der Durchgangsöffnung 3 ist Beschichtungsmaterial 9 ungewollt an- oder abgelagert.
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Um das an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 aus der Durchgangsöffnung 3 zu entfernen, wird die Durchgangsöffnung 3 mittels eines abrasiven und/oder flüssigen Mediums bearbeitet. Dabei wird das unter Hochdruck stehende, abrasive und/oder flüssige Medium durch zumindest eine Düse eines Strahlwerkzeugs 12 geleitet und in Form eines Sprühstrahls 13 auf das an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 gestrahlt. Das Medium ist beispielweise herkömmliches Wasser und wird mit einem Druck von bis zu 200 bar beaufschlagt, wobei der bevorzugte Arbeitsdruck 150 bar beträgt.
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Das rotierende Strahlwerkzeug 12 wird zentral in die Durchgangsöffnung 3 eingeführt und ist in horizontaler Richtung H in der Durchgangsöffnung 3 bewegbar. Durch den Sprühstrahl 13 von unter Hochdruck stehendem, abrasivem und/oder flüssigem Medium wird das in der Durchgangsöffnung 3 an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 entfernt.
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Am Strahlwerkzeug 12 kann eine einzelne Düse angeordnet sein, wodurch das Strahlwerkzeug 12 einen einzelnen Sprühstrahl 13 abstrahlt. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Düsen am Strahlwerkzeug 12 angeordnet sein, welche mehrere Sprühstrahle 13 abgeben.
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Wird beim Strahlbearbeiten mit einem Wasserstrahl gearbeitet, muss in günstiger Weise bei einem derart gestrahlten Bauteil 4 auf kein aufwendiges Reinigungsverfahren zurückgegriffen werden, um beispielweise Schleifstaub oder -späne eines spanabhebenden Verfahrens vom Bauteil zu entfernen. Damit ist eine vorteilhafterweise Verringerung des Gesamtbearbeitungsaufwandes des Bauteils 4, ein geringerer Platzbedarf für die Bearbeitungsmaschinen und geringerer Investitionsaufwand verbunden.
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In 4 ist schematisch eine Bearbeitung der Durchgangsöffnung 3 im Bauteil 4 mit der Oberflächenbeschichtung 1 mittels eines Bürstenwerkzeugs 14 als eine dritte Ausführungsvariante dargestellt. Dabei ist das Auftragen der Oberflächenbeschichtung 1 auf die Oberflächen 5 des Bauteils 4 abgeschlossen und in der Durchgangsöffnung 3 ist Beschichtungsmaterial 9 ungewollt an- oder abgelagert.
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Ein solches Bürstenwerkzeug 14 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl einzelner, am Außenumfang des Werkszeugs angeordneter Borsten 15. Dabei sind bzw. ist eine Stärke, eine Anzahl, ein Durchmesser und/oder eine Steifheit der Borsten 15 an das zu entfernende Beschichtungsmaterial 9 anpassbar. Um das an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 aus der Durchgangsöffnung 3 zu entfernen, wird die Durchgangsöffnung 3 mittels des rotierenden Bürstenwerkzeugs 14 bearbeitet. Dabei wird das rotierende Bürstenwerkzeug 14 zentral in die Durchgangsöffnung 3 eingeführt und zusätzlich in horizontaler Richtung H in der Durchgangsöffnung 3 bewegt, wodurch das an- oder abgelagerte Beschichtungsmaterial 9 aus der Durchgangsöffnung 3 entfernt wird.
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In 5 ist schematisch das Bauteil 4 nach der Bearbeitung der Durchgangsöffnung 3 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei wurde das ungewollt in der Durchgangsöffnung 3 angelagerte Beschichtungsmaterial 9 vollständig entfernt, so dass die Durchgangsöffnung 3 nach der Bearbeitung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Durchmesser A aufweist, welcher einem ursprünglichen Durchmesser der Durchgangsöffnung 3 entspricht, den die Durchgangsöffnung 3 vor dem Auftragen der Oberflächenbeschichtung 1 und dem daraus resultierenden, ungewollt angelagerten Beschichtungsmaterial 9 aufwies.
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Durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung wird eine besonders effiziente, schnelle und kostengünstige Herstellung einer Durchgangsöffnung 3 in einem mit einer Oberflächenbeschichtung 1 beschichteten Bauteil 4 ermöglicht. Wesentlich dabei ist, dass die Durchgangsöffnung 3 vor dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung 1 in das Baiteil 4 eingebracht wird. Dadurch wird ein Abplatzen der zuvor thermisch aufgebrachten Oberflächenbeschichtung und/oder eine Entstehung von Rissen in der thermisch aufgebrachten Oberflächenbeschichtung bedingt durch das herkömmlicherweise nachträgliche Einbringen der Durchgangsöffnung in das Bauteil sicher vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Oberflächenbeschichtung
- 2
- Brenner
- 3
- Durchgangsöffnung
- 4
- Bauteil
- 5
- Oberfläche
- B
- erste Zylinderbohrung
- 7
- zweite Zylinderbohrung
- 8
- Zylindersteg
- 9
- Beschichtungsmaterial
- 10
- Werkzeug
- 11
- Werkzeugschneide
- 12
- Strahlwerkzeug
- 13
- Sprühstrahl
- 14
- Bürstenwerkzeug
- 15
- Borste
- A
- Durchmesser
- H
- horizontale Richtung
- V
- vertikale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038182 A1 [0003]
- DE 102010007224 A1 [0004]
- DE 102008058583 A1 [0005]
