DE102013015965A1

DE102013015965A1 - Testing apparatus for testing adhesion of coating on cylinder liner of cylinder bore, has activatable, controllable force and radially expandable expander arranged in test ring that is operatively coupled with force introduction device

Info

Publication number: DE102013015965A1
Application number: DE201310015965
Authority: DE
Inventors: Andre Küfner; Stefan Schweickert; Joachim Vogt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-03-20

Abstract

The apparatus (1) has a test ring (14) coaxially arranged in a cylinder bore (21) and on a lateral surface of a test surface (141'). A test load introduction device (11) is non-conductively coupled to the test ring that is radially expandable. An activatable, controllable force and radially expandable expander is arranged in the test ring that is operatively coupled with an expansion force introduction device. The test load introduction device comprises a shaft, and a test circuit is arranged coaxial at a shaft end (11') over the shaft. An independent claim is also included for a method for testing adhesion of a coating on a cylinder liner of a cylinder bore.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um zu prüfen, wie eine Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn haftet.The invention relates to an apparatus and a method for checking how a coating adheres to a cylinder liner.

Die Haftung der Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn, die zur Verbesserung der Haftung der Beschichtung beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahl oder mechanisch aufgeraut ist, ist ein elementares Funktionsmerkmal des entsprechenden Bauteils. Diese Haftung soll geeigneter Weise sowohl in der Prozessentwicklung als auch in der Serienprüfung überprüft werden.The adhesion of the coating on a cylinder liner, which is roughened to improve the adhesion of the coating, for example by means of high-pressure water jet or mechanically, is an elementary feature of the corresponding component. This adhesion should be checked suitably both in the process development as well as in the series test.

Es gibt bereits unterschiedliche Verfahren, um die Zugfestigkeit von Beschichtungen zu prüfen. Im sogenannten „Tubular-Coating-Tensile-Test” wird die Zugfestigkeit innerhalb der Beschichtungsebene also normal zur Flächennormalen auf die beschichtete Oberfläche geprüft. Dabei werden zwei zylindrische Prüfkörper so angeordnet, dass ihre jeweiligen Basisflächen in Kontakt stehen. Die Prüfkörper werden in dieser Position fixiert und zumindest im Stoßbereich auf ihrer äußeren Mantelfläche mit einer Beschichtung versehen. Danach wird die Fixierung gelöst, so dass die Prüfkörper ausschließlich durch die Beschichtung zusammengehalten werden, und eine Zugkraft wird entlang der Rotationssymmetrieachse der zylindrischen Prüfkörper ausgeübt. Die Zugkraft wird so lange erhöht, bis die Beschichtung im Stoßbereich versagt. Hierdurch erhält man ein Maß für die Zugfestigkeit der Beschichtung selbst, das nicht von den Eigenschaften des Substrates beeinflusst wird.There are already different methods to test the tensile strength of coatings. In the so-called "Tubular Coating Tensile Test", the tensile strength within the coating plane is therefore tested normal to the surface normal to the coated surface. In this case, two cylindrical test specimens are arranged so that their respective base surfaces are in contact. The test specimens are fixed in this position and provided with a coating at least in the joint area on their outer lateral surface. Thereafter, the fixation is released so that the specimens are held together solely by the coating, and a tensile force is exerted along the rotational symmetry axis of the cylindrical specimens. The tensile force is increased until the coating fails in the joint area. This gives a measure of the tensile strength of the coating itself, which is not affected by the properties of the substrate.

Im so genannten Haftzugversuch wird ein Prüfkörper auf die zu überprüfende Beschichtung eines Bauteils geklebt und anschließend eine Zugkraft in Richtung einer Flächennormalen der beschichteten Fläche ausgeübt, bis der Zusammenhalt von Beschichtung und Substrat zusammenbricht. Die DE 10 2011 120 559 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens an einer beschichteten Zylinderlauffläche. Allerdings wird hier die Beschichtung auf Zug beansprucht. Diese Beanspruchung entspricht jedoch nicht den im Betrieb tatsächlich auftretenden Belastungen, bei denen die Beschichtung auf Scherung belastet wird.In the so-called adhesive tensile test, a test specimen is glued to the coating of a component to be tested and then a tensile force is exerted in the direction of a surface normal of the coated surface until the cohesion of coating and substrate collapses. The DE 10 2011 120 559 A1 describes an apparatus for carrying out such a method on a coated cylinder surface. However, here the coating is claimed to train. However, this stress does not correspond to the stresses actually occurring during operation, in which the coating is subjected to shear stress.

Ferner sind auch Vorrichtungen bekannt, mit denen die Beschichtung unter Scherung geprüft werden kann. Dabei wird ein Prüfring koaxial in eine beschichtete Zylinderbohrung eingeführt und mit dieser verklebt. Anschließend wird eine Prüfkraft auf den Prüfring ausgeübt und schrittweise erhöht bis die Beschichtung versagt und abschert; die gemessene Prüfendkraft ist ein Maß für die Schichthaftung. Stark haftende Schichten können jedoch mit einer solchen Vorrichtung nicht geprüft werden, da die Klebeverbindung häufig vor der Beschichtung versagen wird.Furthermore, devices are known with which the coating can be tested under shear. In this case, a test ring is coaxially introduced into a coated cylinder bore and glued to it. Subsequently, a test force is applied to the test ring and gradually increased until the coating fails and shears; The measured endurance is a measure of the layer adhesion. However, highly adhesive layers can not be tested with such a device because the adhesive bond will often fail before coating.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen der Haftung („Haftungsprüfung”) der Beschichtung einer Zylinderlaufbahn zu schaffen, die es ermöglichen, auch stark haftende Beschichtungen zu prüfen, wobei die Prüfung schneller und komfortabler als unter Verwendung bekannter Vorrichtungen und Verfahren durchgeführt werden kann.Starting from this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved device and a method for checking the adhesion ("adhesion test") of the coating of a cylinder liner, which make it possible to test even highly adhesive coatings, the test faster and more conveniently than can be performed using known devices and methods.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Haftungsprüfung der Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einem Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.This object is achieved by a device for adhesion testing of the coating on a cylinder liner with the features of independent claim 1 and with a test method having the features of claim 6.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Prüfen der Haftungsbeschichtung auf einer Zylinderlaufbahn einer Zylinderbohrung weist in einer ersten Ausführungsform einen Prüfring auf, der koaxial in der Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei der Prüfring an seiner Mantelfläche eine Prüfoberfläche hat. Der Prüfring ist mit einer Prüfkrafteinleitungsvorrichtung kraftleitend gekoppelt, die ihrerseits operativ mit einer Prüfkraftmessvorrichtung gekoppelt ist. Der Prüfring ist ferner radial aufweitbar und im Prüfring, respektive in seiner Drehachse, ist eine aktivierbare, kraftsteuerbare und radial ausdehnbare Aufweitvorrichtung angeordnet. Die Aktivierung der Aufweitvorrichtung wird durch ihre operative Kopplung an eine Vorrichtung, die eine entsprechende Kraft einleitet, ermöglicht („Ausdehnungskrafteinleitungsvorrichtung”.The inventive device for testing the adhesion coating on a cylinder bore of a cylinder bore has, in a first embodiment, a test ring, which is arranged coaxially in the cylinder bore, wherein the test ring on its lateral surface has a test surface. The test ring is force-conductively coupled to a Prüfkrafteinleitungsvorrichtung, which in turn is operatively coupled to a Prüfkraftmessvorrichtung. The test ring is further radially expandable and in the test ring, respectively in its axis of rotation, an activatable, force-controllable and radially expandable expansion device is arranged. The activation of the expansion device is made possible by its operative coupling to a device which introduces a corresponding force ("expansion force introduction device".

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung können auch hochhaftende Beschichtungen auf Zylinderlaufbahnen geprüft werden, da die Prüfkrafteinleitung vom Prüfring der Prüfvorrichtung in die Beschichtung nicht wie bei bekannten Prüfvorrichtungen über Klebe- oder Lötverbindungen realisiert ist, sondern kraftschlüssig. Die Vorspannkraft kann je nach zu prüfender Beschichtung und/oder den mechanischen Eigenschaften des Gehäusewerkstoffs angepasst werden, wobei eine Kraftmessung unter Verwendung bekannter Mittel wie Kraftmessdosen oder eigens gebauter Biegebalken mit Dehnungsmessung erfolgen kann. Die Prüfung der Schichtenhaftung unter Scherung kann dadurch schneller und weniger fehleranfällig als bisher durchgeführt werden, da nicht zuerst umständlich der Prüfring mit der Beschichtung verbunden werden muss. Der Prüfring wird als Teil der Prüfvorrichtung in den Zylinder eingeführt, woraufhin er radial aufgeweitet wird, bis er in Kontakt mit der Zylinderlaufbahn steht und durch weitere Ausübung einer Aufweitkraft eine Vorspannkraft in Normalenrichtung der Mantelfläche der Zylinderlaufbahn erzeugt wird. Diese Vorspannkraft ist direkt proportional zu der übertragbaren Scherkraft zur Prüfung der Beschichtung. Die Scherkraft wird über die Prüfkrafteinleitungsvorrichtung auf den Prüfring aufgebracht, wobei es sich bei der Scherkraft um eine Kraft, die parallel zu der Längsachse des Zylinders einwirkt oder um ein Prüfmoment um die Längsachse handeln kann, über das eine Prüfkraft in Umfangsrichtung des Prüfrings erzeugt wird.Using the test apparatus according to the invention, it is also possible to test high-adhesion coatings on cylinder liners, since the test force introduction from the test ring of the test apparatus into the coating is not realized via adhesive or solder joints as in the case of known test apparatuses, but is non-positive. The biasing force can be adjusted depending on the coating to be tested and / or the mechanical properties of the housing material, wherein a force measurement can be carried out using known means such as load cells or specially constructed bending beam with strain measurement. The test of the layer adhesion under shear can thereby be carried out faster and less error-prone than before, since the test ring does not have to be connected to the coating firstly cumbersome. The test ring is inserted as part of the testing device in the cylinder, whereupon it is radially expanded until it is in contact with the cylinder bore and by further exerting a Aufweitkraft a biasing force in the normal direction of the lateral surface of the cylinder bore is generated. This biasing force is directly proportional to the transmittable shear force for testing the coating. The shear force is applied to the test ring via the Prüfkrafteinleitungsvorrichtung, wherein it in the shear force by a force acting parallel to the longitudinal axis of the cylinder or may act to a test torque about the longitudinal axis over which a test force is generated in the circumferential direction of the test ring.

In einer Ausführungsform kann die Aufweitvorrichtung ein Hydrodehnfutter oder eine Konusaufweitungsvorrichtung umfassen.In one embodiment, the expansion device may comprise a hydro stretch chuck or a cone expansion device.

Der Prüfring kann zur geeigneten Aufweitung aus mehreren Ringsegmenten gebildet werden.The test ring can be formed for suitable expansion of several ring segments.

Hydrodehnfutter und Konusaufweitungsvorrichtung sind bekannte Spannelemente aus dem Werkzeugmaschinenbau, durch die sehr große Spannkräfte erzeugt werden können. Die erreichbare Leistungsdichte, sowohl bei der hydraulischen Kraftübertragung als auch der Krafterzeugung durch den Keileffekt, ist vergleichsweise hoch, wodurch auch Beschichtungen, die in Reibpaarung mit dem Prüfring einen kleinen Haftreibungskoeffizienten haben, mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung geprüft werden können. Die Konusaufweitungsvorrichtung kann beispielsweise einen konischen Stempel aufweisen, der zur Erzeugung der Aufweitkraft gegenüber umfänglich angeordneten Spannbackenelementen verschiebbar ist.Hydraulic chuck and cone widening device are known clamping elements from the machine tool industry, can be generated by the very large clamping forces. The achievable power density, both in the hydraulic power transmission and the force generation by the wedge effect, is relatively high, which also coatings that have a small coefficient of static friction in friction pairing with the test ring can be tested with the test device according to the invention. The cone widening device may, for example, have a conical punch, which is displaceable in order to generate the widening force in relation to circumferentially arranged clamping jaw elements.

In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Prüfkrafteinleitungsvorrichtung eine Welle aufweisen, wobei der Prüfring koaxial über der Welle angeordnet ist, bevorzugt an einem Wellenende. Bei der Welle kann es sich beispielsweise um einen kurzen Wellenstumpf handeln, der zur Einleitung einer Prüfkraft oder eines Prüfmoments beispielsweise in eine Zweisäulenprüfmaschine, wie sie aus der Werkstoffprüfung bekannt ist, eingespannt werden kann. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann vorteilhaft unter Verwendung einer Universalprüfmaschine, die in vielen Fällen bereits vorhanden sein wird, betrieben werden, was die effektiven Kosten des Prüfsystems reduziert.In yet another embodiment, the Prüfkrafteinleitungsvorrichtung may comprise a shaft, wherein the test ring is arranged coaxially over the shaft, preferably at a shaft end. The shaft may be, for example, a short stub shaft, which can be clamped to initiate a test force or a test torque, for example in a Zweisäulenprüfmaschine as it is known from the materials testing. The test device according to the invention can advantageously be operated using a universal testing machine, which in many cases will already be present, which reduces the effective cost of the test system.

Ferner kann die Prüfoberfläche des Prüfrings eine Hartstoffbeschichtung und/oder einen Hartstoffbesatz aufweisen. Der Hartstoffbesatz kann insbesondere in einem vorbestimmten Muster angeordnet sein; es kann sich dabei etwa um einen Diamantbesatz handeln. Der Hartstoffbesatz kann aus einzelnen Hartstoffkörpern bestehen, die in einem regelmäßigen oder stochastischen Muster angeordnet sind. Durch Einsatz eines Hartstoffbesatzes kann einerseits die kraftschlüssig übertragbare Prüfkraft erhöht werden und andererseits wird hierdurch eine zerstörungsfreie Prüfmöglichkeit geschaffen, mittels der auch höchsthaftende und schwer abscherbare Beschichtungen geprüft werden können. In einem solchen Fall werden die Hartstoffkörper bei einsetzender Relativbewegung des Prüfrings Kratzspuren in der Beschichtung hinterlassen, wobei die Kratzspuren nach Abschluss der Prüfung optisch ausgewertet werden und unter Kenntnis der der Vorspannkraft zugeordneten Prüfendkraft ein Maß für die Schichthaftung sind. Die Auswertung der Kratzspuren kann ähnlich wie beim „Scratchtest” gemäß der ASTM C1624 erfolgen, bei der ein Prüfkörper unter ansteigender Anpresskraft über die Prüfoberfläche gezogen wird. Als Maß für die Schichthaftung wird hierbei die Anpresskraft herangezogen, bei der erste Abplatzungen der Beschichtung beobachtet werden. Die Prüfvorrichtung kann hierzu eine Messsensorik und Messwerterfassung haben, mittels der zu jeder Prüfringposition eine zugeordnete Anpresskraft ermittelt und abgespeichert werden kann. Hilfsweise können auch akustische Ereignisse parallel dazu aufgezeichnet werden, da sich ein Versagen der Schicht eventuell zeitlich vor dem sichtbaren Abplatzen bereits durch Schallemissionen ankündigt.Furthermore, the test surface of the test ring may have a hard material coating and / or a hard material stocking. The hard material stocking may in particular be arranged in a predetermined pattern; it can be about a diamond trim. The hard material can consist of individual hard bodies, which are arranged in a regular or stochastic pattern. By using a hard material trim, on the one hand, the non-positively transferable test load can be increased and, on the other hand, a non-destructive testing facility is created by means of which even highly adhesive and hard-to-peel coatings can be tested. In such a case, when the relative movement of the test ring begins, the hard material bodies will leave scratches in the coating, the scratch marks being optically evaluated after completion of the test and being a measure of the layer adhesion with knowledge of the test end force assigned to the pretensioning force. The evaluation of the scratch marks can be similar to the "Scratch test" according to the ASTM C1624 take place, in which a test specimen is pulled over the test surface under increasing contact pressure. As a measure of the layer adhesion in this case the contact pressure is used, are observed in the first flaking of the coating. For this purpose, the testing device can have a measuring sensor system and measured value recording, by means of which an associated contact pressure force can be determined and stored for each test-ring position. In the alternative, acoustic events can also be recorded in parallel, since a failure of the layer may already be announced by sound emissions before the visible spalling.

Darüber hinaus kann der Prüfring einen Innenring und einen Außenring aufweisen, wobei an dem Außenring die Prüfoberfläche vorliegt. Der Außenring kann auswechselbar mit dem Innenring verbunden sein, was vorteilhaft ist, da hauptsächlich der Außenring dem Verschleiß unterliegt, da lediglich er in Kontakt mit der Beschichtung der Zylinderbohrung kommt. Durch diese Maßnahme können Betriebskosten der Prüfvorrichtung reduziert werden, da der Außenring alleine viel kostengünstiger bereitgestellt werden kann als der ganze Prüfring. Der Außenring kann mit dem Innenring beispielsweise verschrumpft sein oder durch formschlüssige Haltemittel gehalten werden.In addition, the test ring may have an inner ring and an outer ring, wherein the test surface is present on the outer ring. The outer ring can be exchangeably connected to the inner ring, which is advantageous because mainly the outer ring is subject to wear, since only it comes in contact with the coating of the cylinder bore. By this measure operating costs of the test apparatus can be reduced, since the outer ring alone can be provided much cheaper than the entire test ring. The outer ring may for example be shrunk with the inner ring or be held by positive retaining means.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung auf einer Zylinderlaufbahn einer Zylinderbohrung wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ausgeführt. Bei der Prüfung ist der Prüfring in der Zylinderbohrung in einer vorbestimmten Prüftiefe positioniert. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Aktivieren der Aufweitvorrichtung, dadurch radial Aufweiten des Prüfrings und in Kontakt Bringen der Prüfoberfläche des Prüfrings mit der Beschichtung,
b) unter Verwendung der Aufweitvorrichtung kraftgesteuert weiter Aufweiten des Prüfrings und Einstellen einer vorbestimmten Vorspannkraft der Prüfoberfläche auf die Beschichtung,
c) Aufbringen einer Prüfkraft auf den Prüfring mittels der Prüfkrafteinleitungsvorrichtung,
d) in vorbestimmten Schritten Steigern der Prüfkraft bis der Prüfring unter Einwirkung der Prüfkraft und unter Abscherung der Beschichtung eine Relativbewegung gegenüber der Zylinderbohrung ausführt,
e) Messen der Prüfkraft aus Schritt d) mittels der Prüfkraftmessvorrichtung als Prüfendkraft.

The inventive method for checking the adhesion of a coating on a cylinder bore of a cylinder bore is carried out using the test device according to the invention. During the test, the test ring is positioned in the cylinder bore at a predetermined test depth. The method comprises the following steps:

a) activating the expander, thereby radially expanding the test ring and bringing the test surface of the test ring into contact with the coating,
b) force-controlled further expansion of the test ring using the expansion device and setting a predetermined biasing force of the test surface on the coating,
c) applying a test force to the test ring by means of the test force introduction device,
d) increasing the test force in predetermined steps until the test ring performs a relative movement with respect to the cylinder bore under the influence of the test force and under shearing of the coating,
e) measuring the test force from step d) by means of the Prüfkraftmessvorrichtung as Prüfendkraft.

Über eine an die zu prüfende Beschichtung, insbesondere deren Reibwert in Reibpaarung mit der Prüfoberfläche, angepasste Vorspannkraft kann eine große Bandbreite unterschiedlich stark haftender Beschichtungen geprüft werden. Im Gegensatz zu bekannten Prüfvorrichtungen und -verfahren wird die maximal zu prüfende Haftung nicht durch die Festigkeit einer Klebe- oder Lötverbindung des Prüfrings mit der Zylinderlaufbahn begrenzt. Ferner kann die Beschichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens sehr realitätsnah geprüft werden, indem bei der Prüfung eine Prüfkraft in Längsrichtung der Zylinderbohrung und ein Prüfmoment um die Längsachse überlagert werden. Zur fortlaufenden Messung der Prüfkraft, Vorspannkraft und der Position des Prüfrings kann ein Datenlogger oder A/D-Wandler mit hoher Samplingrate zum Anschluss an einen Messrechner verwendet werden. By means of a pretensioning force adapted to the coating to be tested, in particular its coefficient of friction in friction pairing with the test surface, it is possible to test a wide range of coatings adhering to different degrees. In contrast to known test devices and methods, the maximum adhesion to be tested is not limited by the strength of an adhesive or solder joint of the test ring with the cylinder bore. Furthermore, the coating can be tested very realistically using the test method according to the invention by superimposing a test force in the longitudinal direction of the cylinder bore and a test moment about the longitudinal axis during the test. For continuous measurement of the test force, preload force and position of the test ring, a data logger or A / D converter with a high sampling rate can be used for connection to a measuring computer.

Die Beschichtung kann in einem unbearbeiteten Zustand, einem schruppgehonten oder schruppgedrehten Zustand oder einem fertigbearbeiteten Zustand geprüft werden. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher auch die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Behandlung der Zylinderbohrung vor dem Beschichten überprüft werden, wobei insbesondere Hochdruckwasserstrahlen und/oder mechanisches Aufrauen in Frage kommt. Die Bandbreite prüfbarer Beschichtungen umfasst unter anderem thermische Spritzschichten, bevorzugt durch Lichtbogendrahtspritzen oder PTWA erzeugte Spritzschichten.The coating can be tested in an unprocessed state, a roughed or roughed state, or a finished state. Using the method according to the invention, therefore, the effectiveness of measures for the treatment of the cylinder bore can be checked before coating, in particular high-pressure water jets and / or mechanical roughening comes into question. The range of testable coatings includes, among other things, thermal spray coatings, preferably spray-wire spraying or PTWA spray coatings.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt a) radial Aufweiten des Hydrodehnfutters oder der Konusdehnvorrichtung, dadurch Erreichen der Aufweitung des Prüfrings, ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Prüfkraft eine Kraftrichtung parallel zu der Längsachse oder in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung haben. Mit Prüfkraft ist hier die Kraft, die bei Flächenkontakt der Prüfoberfläche des Prüfrings und der Zylinderlaufbahn einwirkt, gemeint. Eine Prüfkraft in Umfangsrichtung kann durch Aufbringen eines Prüfmoments auf die Krafteinleitungsvorrichtung erreicht werden. Durch aufeinanderfolgende Prüfungen in unterschiedlichen Kraftrichtungen kann auch festgestellt werden, ob der Abscher-Widerstand der Beschichtung von der Belastungsrichtung abhängt, oder die Schicht isotrope Eigenschaften hat.In a further embodiment of the method, radially expanding the hydraulic expansion chuck or the cone stretching device, thereby achieving the widening of the test ring, can be carried out in step a). Alternatively or additionally, the test force may have a force direction parallel to the longitudinal axis or in the circumferential direction of the cylinder bore. By test force is meant here the force acting on surface contact of the test surface of the test ring and the cylinder bore. A test force in the circumferential direction can be achieved by applying a test torque to the force introduction device. By successive tests in different directions of force can also be determined whether the shear resistance of the coating depends on the loading direction, or the layer has isotropic properties.

Darüber hinaus kann das Verfahren den folgenden Schritt aufweisen: Erzeugen zumindest eines umlaufenden Freischnitts in der Zylinderbohrung, wobei der Freischnitt bevorzugt eine Tiefe hat, die größer als eine Beschichtungsdicke ist.In addition, the method may include the step of producing at least one circumferential clearance in the cylinder bore, the clearance preferably having a depth greater than a coating thickness.

Vorteilhaft können auch zwei Freischnitte erzeugt werden, ein oberer Freischnitt und ein unterer Freischnitt, wobei ein zu prüfender Beschichtungsabschnitt in der Prüftiefe dazwischen liegt. Die beiden Freischnitte begrenzen den zu prüfenden Beschichtungsabschnitt beidseitig, wodurch die Größe der Oberfläche des zu prüfenden Beschichtungsabschnitts genau bestimmt werden kann, insbesondere kann dadurch auch ein Beschichtungsabschnitt geprüft werden, der niedriger als der Prüfring ist. Ferner kann durch Festlegung der Höhe des zu prüfenden Beschichtungsabschnitts die durch den Prüfring aufzubringende Flächenpressung effektiv eingestellt werden. Dies ist insbesondere zur Prüfung von höchsthaftenden Beschichtungen vorteilhaft, da bei gegebener Maximalvorspannkraft des Prüfrings durch eine Verkleinerung der Kontaktfläche durch eng zusammen liegende Freischnitte eine erhöhte Flächenpressung erreicht werden kann.Advantageously, two free cuts can be produced, an upper free cut and a lower cut free, with a test to be examined coating section in the test depth between them. The two cut-outs limit the coating section to be tested on both sides, as a result of which the size of the surface of the coating section to be tested can be determined precisely; in particular, a coating section which is lower than the test ring can also be tested. Further, by fixing the height of the coating portion to be inspected, the surface pressure to be applied by the test ring can be effectively adjusted. This is advantageous, in particular, for testing highly adhesive coatings since, given a maximum prestressing force of the test ring, an increased surface pressure can be achieved by reducing the contact area by means of tightly arranged free cuts.

Schließlich kann im Schritt d) Zerkratzen der Beschichtung durch den Hartstoffbesatz, aufgeführt werden. Zusätzlich können dann die Schritte

f) Lösen der Vorspannkraft und der Aufweiung des Prüfrings, Entnehmen des Prüfrings aus der Zylinderbohrung,
g) Vermessen einer Kratzertiefe und/oder Kratzerlänge der Beschichtung bevorzugt mit optischen Messmethoden, durchgeführt werden.

Finally, in step d), scratching of the coating by the addition of hard material can be listed. In addition, then the steps

f) releasing the preload force and the Aufweiung of the test ring, removing the test ring from the cylinder bore,
g) measuring a scratch depth and / or scratch length of the coating preferably with optical measurement methods, be performed.

Die Auswertung der Kratzspuren kann, wie oben beschrieben, ähnlich der ASTM C1624 erfolgen. Dabei wird auf Messdaten der Bewegung des Prüfrings und der Vorspannkraft zurückgegriffen. Neben der Beurteilung der Kratzspuren selbst, kann es aufschlussreich sein, das Umfeld des Kratzers (Risse, Abplatzungen...) zu untersuchen. Eine Vermessung der Kratzer bzw. des Kratzerumfelds kann etwa unter Verwendung eines Mikroskops geschehen.The evaluation of the scratch marks, as described above, similar to ASTM C1624 respectively. In this case, measurement data of the movement of the test ring and the preload force are used. In addition to the assessment of the scratch marks themselves, it can be instructive to examine the environment of the scratch (cracks, spalling ...). A measurement of the scratches or the scratch environment can be done using a microscope.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, sie zeigt einen Längsschnitt einer Zylinderbohrung mit eingeführter erfindungsgemäßer Prüfvorrichtung.These and other advantages will be set forth by the following description with reference to the accompanying figure. The reference to the figure in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figure is merely a schematic representation of an embodiment of the invention, it shows a longitudinal section of a cylinder bore with inserted inventive test device.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Prüfen der Haftung einer Beschichtung 22 auf einer Zylinderlaufbahn 21' ist in der einzigen Figur im Längsschnitt dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 in eine Zylinderbohrung 21 eingeführt ist, die in einem Gehäuse 2 einer Kolbenmaschine, etwa einem Verbrennungsmotor oder Kompressor, vorliegt. Die Prüfvorrichtung 1 hat eine Welle 11, mit deren freien Ende 11' der Prüfring 14 verbunden ist, der in radialer Richtung aufweitbar ist, was durch die Pfeile angedeutet wird. Der Prüfring 14 selbst besteht aus einem mit der Welle 11 verbundenen Innenring 143 und dem mit dem Innenring 143 verbundenen Außenring 141, an dessen Mantelfläche die Prüfoberfläche 141' vorliegt. Bei Verschleiß der Prüfoberfläche 141' genügt es daher, lediglich den Außenring 141 auszutauschen während der Innenring 143 weiter verwendet werden kann.The device according to the invention 1 for checking the adhesion of a coating 22 on a cylinder liner 21 ' is shown in the single figure in longitudinal section, wherein the device 1 in a cylinder bore 21 is introduced in a housing 2 a piston engine, such as an internal combustion engine or compressor, is present. The tester 1 has a wave 11 , with their free end 11 ' the test ring 14 is connected, which is expandable in the radial direction, which is indicated by the arrows. The test ring 14 itself consists of one with the shaft 11 connected inner ring 143 and with the inner ring 143 connected outer ring 141 , on the lateral surface of the test surface 141 ' is present. With wear of the test surface 141 ' Therefore, it is sufficient only the outer ring 141 exchange while the inner ring 143 can be used further.

Durch das Aufweiten des Prüfrings 14 wird dieser in Kontakt mit der Beschichtung 22 gebracht, wobei bei weiterer Kraftausübung eine Vorspannkraft zwischen dem Prüfring 14 und der Beschichtung 22 der Zylinderlaufbahn 21' erzeugt wird, die die Bewegung des Prüfrings 14 sperrt. Über die Welle 11 kann eine Prüfkraft F_Prüf, ein Prüfmoment M_Prüf oder eine Kombination daraus auf den Prüfring 14 aufgebracht werden, wobei die Beschichtung 22 auf Scherung beansprucht wird; im Fall einer reinen Axial-Prüfkraft F_Prüf in einer Richtung parallel zur Längsachse der Zylinderbohrung 21 und im Falle eines reinen Prüfmoments M_Prüf in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung 21. Die Vorspannkraft kann in Abhängigkeit der zu erwartenden Haftungswerte der zu prüfenden Beschichtung 22 und/oder den mechanischen Eigenschaften des Gehäusewerkstoffs angepasst werden.By expanding the test ring 14 this will be in contact with the coating 22 brought, with further exertion of force a biasing force between the test ring 14 and the coating 22 the cylinder liner 21 ' is generated, which determines the movement of the test ring 14 locks. About the wave 11 may be a test load F _test , a test torque M _test or a combination thereof on the test ring 14 be applied, the coating 22 is claimed on shear; in the case of a pure axial test force F _test in a direction parallel to the longitudinal axis of the cylinder bore 21 and in the case of a pure test torque M _test in the circumferential direction of the cylinder bore 21 , The preload force can be dependent on the expected adhesion values of the coating to be tested 22 and / or the mechanical properties of the housing material.

Nach dem in Kontakt Bringen des Prüfrings 14 mit der Beschichtung 22 wird die Prüfkraft in vorbestimmten Schritten erhöht bis der Prüfring 14 anfängt, sich relativ zur Zylinderbohrung 21 zu bewegen. Die Prüfkraft, bei der die Bewegung begonnen hat wird mit der Prüfkraftmessvorrichtung gemessen und als Prüfendkraft aufgezeichnet und ist ein Maß für die Haftung der Beschichtung 22 auf der Mantelfläche 21' der Zylinderlaufbahn 21'.After contacting the test ring 14 with the coating 22 the test load is increased in predetermined steps until the test ring 14 begins, relative to the cylinder bore 21 to move. The test force at which the movement has begun is measured with the test force measuring device and recorded as a test end force and is a measure of the adhesion of the coating 22 on the lateral surface 21 ' the cylinder liner 21 ' ,

Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens ist eine Prüfung der Schichteigenschaften unter realitätsnaheren Bedingungen als bisher möglich, wodurch eine genauere, weil an den individuellen Lastfall besser angepasste Dimensionierung solcher Beschichtungen 22 ermöglicht wird. In der Realität wird die Bewegung eines Kolbens in der Zylinderbohrung 21 nie genau parallel zur Längsachse der Zylinderbohrung 21 verlaufen, sondern aufgrund von Toleranzen und Spiel stets eine Kombination aus einer Hubbewegung und einer Drehbewegung sein; die Prüfung kann daher auch unter Einwirkung einer aus Prüfmoment und axialer Prüfkraft zusammengesetzten Belastung erfolgen. Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung 1 und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich auch für stark haftende und dadurch nur schwer „abscherbare” Beschichtungen, da kein ähnlich limitierender Faktor wie die Verklebung des Prüfrings bei bekannten Prüfvorrichtungen existiert.Using the testing device according to the invention 1 For carrying out the test method according to the invention, it is possible to test the layer properties under conditions which are closer to reality than before, resulting in a more accurate dimensioning of such coatings, which is better adapted to the individual load case 22 is possible. In reality, the movement of a piston in the cylinder bore 21 never exactly parallel to the longitudinal axis of the cylinder bore 21 but always be due to tolerances and play a combination of a lifting movement and a rotary motion; The test can therefore also be carried out under the action of a load composed of Prüfmoment and axial load. The tester according to the invention 1 and the method of the invention are also suitable for strongly adhering and therefore difficult to "shear" coatings, since no similar limiting factor as the bonding of the test ring exists in known test devices.

Neben der Auswertung der Prüfkraft (oder alternativ dazu) können bei der Untersuchung einer nur schwer abscherbaren Beschichtung Kratzer, die vom Hartstoffbesatz 142 in der Beschichtung 22 durch die Relativbewegung des Prüfrings 14 hinterlassen werden, ausgewertet werden, etwa deren Länge und/oder Tiefe, wobei optische Messmethoden zum Einsatz kommen können. Wenn es sich bei der Prüfkraft F_prüf um eine reine Zug/Druckkraft handeln soll, kann zwischen der Welle 11 und dem Prüfring 14 ferner eine reibungsarme Gleitscheibe oder „Gleitkalotte” angebracht werden, die verhindern soll, dass von der Welle 11 Kräfte exzentrisch auf den Prüfring 14 übertragen werden.In addition to the evaluation of the test load (or alternatively) can be in the investigation of a difficult to shear off coating scratches, the hard material stocking 142 in the coating 22 by the relative movement of the test ring 14 be left behind, be evaluated, such as their length and / or depth, with optical measurement methods can be used. If the test force F _{test is} to be a pure tensile / compressive force, it can be between the shaft 11 and the test ring 14 Furthermore, a low-friction sliding washer or "Gleitkalotte" are attached, which should prevent from the shaft 11 Forces eccentric on the test ring 14 be transmitted.

Um eine optische Auswertung des zu prüfenden Abschnitts der Beschichtung 22 zu erleichtern, insbesondere um die von dem Hartstoffbesatz 142 hinterlassenen Kratzer von anderen Kratzern abgrenzen zu können, sind oberhalb und unterhalb der Prüftiefe T_prüf umlaufende Freischnitte 23, 24 in der Wandung der Zylinderlaufbahn 21' vorgesehen, die tiefer als die Dicke der Beschichtung 22 sind. Da der Längsachsenabstand zwischen den beiden Freischnitten 23, 24 die Größe der zu prüfenden Oberfläche bestimmt, kann durch die Positionierung der Freischnitte 23, 24 bei gegebener Vorspannkraft indirekt die Flächenpressung auf die Prüfoberfläche eingestellt werden bzw. mit einem Prüfring 14 mit festgelegter Höhe auch niedrigere Prüfoberflächen geprüft werden.For an optical evaluation of the portion of the coating to be tested 22 to facilitate, in particular those of the hard material stocking 142 To be able to distinguish scratching from other scratches, there are circumferential free _cuts above and below the test depth T test 23 . 24 in the wall of the cylinder liner 21 ' provided that is deeper than the thickness of the coating 22 are. Because the longitudinal axis distance between the two free cuts 23 . 24 The size of the surface to be tested can be determined by the positioning of the free cuts 23 . 24 For a given preload force, the surface pressure is indirectly set on the test surface or with a test ring 14 with fixed height also lower test surfaces can be tested.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011120559 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ASTM C1624 [0014]
ASTM C1624 [0023]

Claims

Contraption ( 1 ) for the adhesion test of a coating ( 22 ) on a cylinder liner ( 21 ' ) a cylinder bore ( 21 ), the device ( 1 ) - a test ring ( 14 ) coaxial in the cylinder bore ( 21 ) is arranged and on the lateral surface of a test surface ( 141 ' ), and - a test force introduction device ( 11 ), the force-conducting with the test ring ( 14 ), and a test load measuring device operatively connected to the test force introduction device ( 11 ), characterized in that the test ring ( 14 ) is radially expandable, wherein in the test ring ( 14 ) an activatable, force controllable and radially expandable expander is arranged, which is operatively coupled to an expansion force introduction device.

Tester ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the expansion device comprises a hydraulic expansion chuck or a cone widening device and / or - the test ring ( 14 ) is formed of a plurality of ring segments.

Tester ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the Prüfkrafteinleitungsvorrichtung a shaft ( 11 ), wherein the test ring ( 14 ) coaxially over the shaft ( 11 ), preferably at a shaft end ( 11 ' ).

Tester ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the test surface ( 141 ' ) a hard material coating and / or a hard material stocking ( 142 ), preferably a diamond stock ( 142 ), wherein the hard material ( 142 ) is preferably arranged in a predetermined pattern.

Tester ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the test ring ( 14 ) preferably an inner ring ( 143 ) and an outer ring ( 141 ), on which the test surface ( 141 ' ), wherein the outer ring ( 141 ) preferably interchangeable with the inner ring ( 143 ) connected is.

Method for checking the adhesion of a coating ( 22 ) on a cylinder liner ( 21 ' ) a cylinder bore ( 21 ) using a device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, wherein the test ring ( 14 ) in the cylinder bore ( 21 ) is positioned at a predetermined test depth (T _test ), comprising the steps of: a) activating the expansion device and radially expanding the test ring ( 14 ) and bringing into contact the test surface ( 141 ' ) of the test ring ( 14 ) with the coating ( 22 ), b) using the expander force-controlled further widening of the test ring ( 14 ) and setting a predetermined biasing force of the test surface ( 141 ' ) on the coating ( 22 ), c) applying a test force (F _test ) to the test ring ( 14 ) by means of the test force introduction device, d) in predetermined steps increasing the test force (F _test ) to the test ring ( 14 ) under the influence of the test force (F _test ) and under shearing of the coating ( 22 ) a relative movement relative to the cylinder bore ( 21 e) measuring the test force (F _test ) from step d) by means of the test force measuring device as Prüfendkraft.

A method according to claim 6, wherein the test force (F _test ) a force direction parallel to the longitudinal axis or in the circumferential direction of the cylinder bore ( 21 ) Has.

Method according to claim 6 or 7, comprising the step of: - generating at least one circumferential clearance ( 23 . 24 ) in the cylinder bore ( 21 ), whereby the free cut ( 23 . 24 ) preferably has a depth which is greater than a coating thickness.

Method according to claim 8, wherein two free cuts ( 23 . 24 ), an upper cutout ( 23 ) and a lower free cut ( 24 ), with a coating section to be tested in the test depth (T _test ) in between.

Method according to at least one of claims 6 to 9, comprising the steps: in step d) scratching of the coating ( 22 ) by the hard material stocking ( 142 ), and f) releasing the preload force and the expansion of the test ring ( 14 ), Removing the test ring ( 14 ) from the cylinder bore ( 21 g) measuring the depth and / or length of scratches of the coating ( 22 ), which were generated at d), preferably with optical measuring methods.