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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Beschichtungsgleichmäßigkeit einer beschichteten Oberfläche.
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Oberflächenbeschichtungen werden häufig auf Artikel wie etwa Kraftmaschinenzylinderbohrungen für eine Brennkraftmaschine angewendet. In einer Anwendung bewegt sich eine Pistole für das thermische Spritzen, um eine feststehende Oberfläche zu beschichten, gelegentlich mit mehreren Durchläufen, um eine erwünschte Dicke der Beschichtung aufzubauen. Allerdings hat das thermische Spritzbeschichtungsverfahren, teilweise wegen Schwankungen oder fehlender Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdecke, beschränkte Verwendung gefunden. Im Ergebnis können zusätzliche Durchläufe der Pistole für thermisches Spritzen notwendig sein, um die Dickenschwankung zu verringern, was eine Überladung des Schichtmaterials veranlassen kann. Ein Nachteil im Zusammenhang mit der Überladung des Schichtmaterials ist der verhältnismäßig hohe Verbrauch des Schichtmaterials, der die Produktionskosten erhöhen kann.
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Ein Verfahren zum Auftragen einer Beschichtung enthält: das Erhalten eines relevanten zylindrischen Teils, das eine relevante beschichtete Innenoberfläche enthält, die unter Verwendung einer Spritzvorrichtung bei einer ersten Betriebsbedingung aufgetragen wird, wobei die relevante beschichtete Innenoberfläche eine Längsachse und einen Querschnitt enthält, wobei der Querschnitt die Längsachse in einem Mittelpunkt schneidet und Endpunkte enthält, die sich an einem Außenumfang befinden; das Messen der relevanten beschichteten Innenoberfläche, um relevante Beschichtungsdaten einschließlich Entfernungswerten, die jeweils eine Entfernung zwischen dem Mittelpunkt und einem der Endpunkte sind, zu erhalten; das Vergleichen der relevanten Beschichtungsdaten mit Standardbeschichtungsdaten, um Vergleichsdaten zu erhalten; und das Einstellen der Spritzvorrichtung auf der Grundlage der Vergleichsdaten, um eine zweite Betriebsbedingung zu haben, die von der ersten Betriebsbedingung verschieden ist.
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Ferner kann das Verfahren das Empfangen der Standardbeschichtungsdaten von einer beschichteten Standardinnenoberfläche enthalten.
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Ferner kann das Verfahren das Verringern der Spitzenhöhe einer oder mehrerer Beschichtungsspitzen auf der relevanten beschichteten Oberfläche enthalten. Der Schritt des Verringerns kann durch Herstellen eines Kontakts der einen oder mehreren Beschichtungsspitzen der relevanten beschichteten Oberfläche mit einem Schleifmittel ausgeführt werden. Der Schritt des Verringerns kann durch Herstellen eines Kontakts der einen oder mehreren Beschichtungsspitzen der ersten Beschichtung mit Siliciumcarbid ausgeführt werden.
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Die Entfernungswerte können durch Messen der Werte der Koordinate x, der Koordinate y und der Koordinate z jedes der Endpunkte des Querschnitts erhalten werden.
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1 zeigt veranschaulichend einen Prozessablauf für ein Verfahren zum Steuern der Beschichtungsgleichmäßigkeit in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen;
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2 zeigt veranschaulichend eine Drahtgitterdarstellung relevanter Beschichtungsdaten unter Verwendung des Verfahrens aus 1;
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3 zeigt veranschaulichend einen Vergleich zwischen relevanten Beschichtungsdaten unter Verwendung des Verfahrens aus 1 und Kontrollbeschichtungsdaten unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens;
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4A zeigt veranschaulichend eine perspektivische Ansicht eines Kraftmaschinenblocks, der Zylinderbohrungen mit einer Beschichtungsdicke, die unter Verwendung des Verfahrens aus 1 steuerbar ist, aufweist;
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4B zeigt veranschaulichend eine Querschnittsansicht einer Spritzpistole in Betriebsbeziehung mit einer Zylinderbohrung in 4A; 5 zeigt veranschaulichend eine Querschnittsansicht einer Honvorrichtung in Betriebsbeziehung mit einer Zylinderbohrung mit Bezug auf 4A;
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6A zeigt veranschaulichend eine perspektivische Ansicht eines Beschichtungsprofils unter Verwendung eines Steuerverfahrens;
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6B zeigt veranschaulichend eine perspektivische Ansicht eines Beschichtungsprofils unter Verwendung eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen; und
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7 zeigt veranschaulichend Dickenabweichungsdarstellungen, die den Beschichtungsprofilen mit Bezug auf 6A und 6B entsprechen.
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Es wird nun ausführlich Bezug genommen auf den Erfindern bekannte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung. Allerdings sind die offenbarten Ausführungsformen selbstverständlich lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Somit sollen hier offenbarte spezifische Einzelheiten nicht beschränkend, sondern lediglich als repräsentative Grundlagen, um den Fachmann auf dem Gebiet zu lehren, wie die vorliegende Erfindung verschiedenartig zu nutzen ist, interpretiert werden.
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Sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist, sind alle Zahlengrößen in dieser Beschreibung, die Mengen von Material oder Reaktions- und/oder Verwendungsbedingungen angeben, so zu verstehen, dass sie bei der Beschreibung des weitesten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung durch das Wort "etwa" modifiziert sind.
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Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen gegebenen Zweck geeignet bedeutet in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, dass Mischungen zweier oder mehrerer beliebiger Elemente der Gruppe oder Klasse geeignet sind. Die Beschreibung von Bestandteilen in chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zur Zeit der Zugabe zu irgendeiner in der Beschreibung spezifizierten Kombination und schließt chemische Wechselwirkungen zwischen Bestandteilen des Gemischs, wenn sie gemischt worden sind, nicht notwendig aus. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung betrifft alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung hierin und betrifft entsprechend normale grammatikalische Varianten der anfangs definierten Abkürzung. Sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik, wie zuvor oder später darauf für dieselbe Eigenschaft Bezug genommen wird, bestimmt.
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Üblicherweise, und wie in 4A und 4B gezeigt ist, weist ein Kraftmaschinenblock 402 einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) eine oder mehrere Zylinderbohrungen 404 auf. Die Zylinderbohrungen 404 können aus einer Wand aus Metallmaterial wie etwa Stahl, Eisen und Aluminium gebildet und durch sie definiert sein. In diesem Zusammenhang können Kraftmaschinenblöcke 402, die aus verhältnismäßig leichten Materialien wie etwa Aluminium gebildet sind, gegenüber ihren Stahl- oder Eisengegenstücken bevorzugt sein, um das Gewicht zu verringern und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
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Wenn Aluminium verwendet wird, sind bestimmte Schritte angebracht, um die erforderliche Festigkeit und Verschleißbeständigkeit sicherzustellen. Ein Verfahren besteht darin, innerhalb der und in der Nähe der Zylinderbohrungen Zylinderlaufbuchsen zu nutzen. Ein alternatives Verfahren ist das Auftragen von Metallbeschichtungen, die im Wesentlichen als eine Zylinderlaufbuchse wirken können, auf eine Innenoberfläche der Aluminiumzylinderbohrungen wie etwa auf die Zylinderbohrung 404.
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Thermisches Spritzen kann verwendet werden, um auf eine Innenoberfläche 406 der Zylinderbohrung 404 unter Verwendung einer Pistole 422 für thermisches Spritzen, die zum Spritzen von geschmolzenem Metallmaterial konfiguriert ist, eine Beschichtung aufzutragen. Im Allgemeinen wird die Beschichtung durch Bewegen der Pistole 422 für thermisches Spritzen in einer Längsrichtung A-A' innerhalb der Zylinderbohrung 404, optional mit Drehen der Pistole 422 für thermisches Spritzen, abgelagert.
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Das thermische Spritzen kann auf irgendeine geeignete Art und Weise ausgeführt werden. Das
US-Patent Nr. 5.622.753 offenbart ein repräsentatives Verfahren des thermischen Spritzens. Wie veranschaulichend in
4B dargestellt ist, werden zwei Drähte
410 und
412 entlang einer drehbaren und hin- und hergehenden Welle
408 zugeführt und in der Weise geleitet, dass ihre Spitzen
420 eng beabstandet sind, um die Erzeugung eines Lichtbogens zu ermöglichen, durch den ein Gas geht. Durch die Drähte
410 und
412 kann elektrischer Strom geleitet werden, um den Lichtbogen über die Spitzen
420 zu erzeugen, während zwischen die Spitzen
420 Druckgas geleitet werden kann, um von dem Schichtmaterialeinlass
414 geschmolzene Tröpfchen zu spritzen. Die allgemein bei
422 gezeigte Pistole für thermisches Spritzen enthält einen Pistolenkopf
424, der einen Sprühnebel
416 geschmolzener Metalltröpfchen erzeugt. Durch den Lichtbogen wird ein Plasmaerzeugungsgas (wie etwa Luft, Stickstoff oder Argon), möglicherweise gemischt mit etwas Wasserstoff, geleitet, um auf eine Temperatur erwärmt zu werden, die einen Strom von heißem ionisiertem elektrisch leitendem Gas erzeugt. Die geschmolzenen Tröpfchen werden als ein Sprühnebel
416 auf die Oberfläche
406 der Zylinderbohrung
404 aufgesprüht.
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Während sich die Pistole 422 für thermisches Spritzen entlang der Längsachse A-A' der Zylinderbohrung 404 bewegt, können sich Schwankungen der Beschichtungsdicke entwickeln, die sich mit einer Zunahme der Beschichtungszeit und mit der Ausrüstungsermüdung verschlechtern können. Schwankungen der Beschichtungsdicke, insbesondere Beschichtungswölbungen, können nachteilig sein, da sie (i) bei dieser Wölbung mehr Wärme zu der Beschichtung einleiten, was zu möglichen "heißen Flecken" oder thermischer Restspannung führt, und da (ii) die Wölbung im Ergebnis einer übermäßigen Schrumpfungsrate in der Beschichtung, wenn sich die Pistole für thermisches Spritzen wegbewegt, möglicherweise zur Auflösung führen kann. Falls die Beschichtungsdicke nicht ausreichend gleichmäßig ist, kann es notwendig sein, eine dickere durchschnittliche Beschichtung aufzutragen, um sicherzustellen, dass eine minimale Dicke in allen Punkten erfüllt ist, was den Materialverbrauch, die Beschichtungszykluszeit und/oder die Zeit der maschinellen Bearbeitung (des Honens) erhöht.
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Die Beschichtungsschwankung kann aus einer Anzahl von Gründen auftreten. Ohne dass dies auf irgendeine bestimmte Theorie beschränkt sein soll, wird davon ausgegangen, dass Änderungen der Luftströmung entlang der Längsachse A-A' der Zylinderbohrung 404 wahrscheinlich der Beschichtungsunregelmäßigkeit oder -ungleichmäßigkeit zuzuschreiben sind. In diesem Zusammenhang ändert sich die Luftströmung mit der Position der Welle 408 relativ zu der Zylinderbohrung 404. Mit einer verhältnismäßig höheren Luftströmung geht verhältnismäßig mehr Abspringen oder Verlust von Schichtmaterial einher. In bestimmten besonderen Fällen kann in Bezug auf einen unteren Abschnitt 404b der Zylinderbohrung 404 ein oberer Abschnitt 404a der Zylinderbohrung 404 eine höhere Luftströmung und somit eine dünnere Beschichtungsschicht erfahren, sofern alle anderen Bedingungen gleich sind.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Bestimmen der Beschichtungsgleichmäßigkeit einer relevanten beschichteten Oberfläche, die über eine Spritzvorrichtung beschichtet wird, geschaffen, wobei die relevante beschichtete Oberfläche eine Längsachse und geschlossene kreisförmige Querschnitte, die in der Längsachse verlaufen, enthält, wobei die beschichtete Oberfläche einen oder mehrere erste Dickenwerte in einem ersten geschlossenen Querschnitt und einen oder mehrere zweite Dickenwerte in einem zweiten geschlossenen kreisförmigen Querschnitt enthält, wobei der erste und der zweite Querschnitt in der Längsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei das Verfahren Folgendes enthält: Messen mit der relevanten beschichteten Oberfläche, um relevante Beschichtungsdaten zu erhalten, wobei die relevanten Beschichtungsdaten den einen oder die mehreren ersten Dickenwerte und den einen oder die mehreren zweiten Dickenwerte enthalten; Vergleichen der relevanten Beschichtungsdaten und von Standardbeschichtungsdaten, um Vergleichsdaten zu erhalten; und Bestimmen der Beschichtungsgleichmäßigkeit der relevanten beschichteten Oberfläche unter Verwendung der Vergleichsdaten.
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1 zeigt ein allgemein bei 100 gezeigtes Verfahren in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In Schritt 102 wird ein Zylinderblock wie etwa der Block 402 in einen Behälter in Betriebseingriff mit einer Pistole für thermisches Spritzen geladen. Der Zylinderblock 402 und insbesondere die Kraftmaschinenbohrung 404 des Zylinderblocks wird mit der Pistole für thermisches Spritzen beschichtet. Im Betrieb kann der gesamte Kraftmaschinenblock 402 durch die Spritzplattform aufgenommen und an ihr positioniert werden, wobei die Spritzbeschichtung, wie in Schritt 104 angegeben ist, immer nur an einer Bohrung erfolgt. Wenn alle Bohrungen 404 für einen gegebenen Kraftmaschinenblock 402 beschichtet worden sind, kann der Kraftmaschinenblock 402 von der Beschichtungskabine gelöst werden und kann der Beschichtungsprozess für den nächsten Block erneut beginnen. Während des Messzeitintervalls kann mehr als eine Zylinderbohrung beschichtet werden und somit von der Beschichtungsfertigungsstraße freigegeben werden. Wenn das Messzeitintervall eintrifft, kann diese bestimmte Zylinderbohrung in Übereinstimmung mit der hier an anderer Stelle ausführlich beschriebenen Messung auf Beschichtungsdickenverteilung und -gleichmäßigkeit gemessen werden. Daraufhin können die Beschichtungsprofilverteilungsinformationen und -gleichmäßigkeitsinformationen in Schritt 112 verarbeitet werden. Die Ausgangsinformationen von Schritt 112 können eine oder mehrere Formen, u. a. einschließlich eines Befehls oder Signals zum Erhöhen oder Verringern der Spritzgeschwindigkeit, annehmen. In Schritt 114 wird der Befehl oder das Signal, der bzw. das in Schritt 112 erzeugt worden ist, verwirklicht oder in Betrieb genommen. Daraufhin wird eine herankommende Zylinderbohrung mit den aktualisierten Betriebsparametern beschichtet.
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Dieses Verfahren zum Steuern der Beschichtungsgleichmäßigkeit kann beim Beginn und/oder periodisch während einer Beschichtungsproduktion implementiert werden. Die Zeitintervalle, zu denen die relevanten Beschichtungsdaten erhalten werden und der Vergleich zwischen den relevanten Beschichtungsdaten und Standardbeschichtungsdaten durchgeführt wird, können irgendeinen geeigneten zeitlichen Wert aufweisen. Gleichfalls kann das Zeitintervall aufgrund dessen eingestellt werden, wie viel Schwankung in Übereinstimmung mit den Vergleichsdaten offenbart wird. Nicht einschränkende Beispiele der Zeitintervalle sind 2 Stunden, 4 Stunden, 6 Stunden, 8 Stunden, 10 Stunden, 12 Stunden und 24 Stunden.
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Wegen der zugeordneten Kosten kann ein Nutzer nur eine Spritzpistole verwenden und einen Inline-Prozess anwenden, bei dem jeder der zu beschichtenden Artikel einzeln innerhalb eines Beschichtungsbehälters aufgenommen wird, um durch die Spritzpistole beschichtet zu werden. Um die relevanten Beschichtungsdaten zu erhalten, können einer oder mehrere der beschichteten Artikel, die zu einem ersten Zeitpunkt beschichtet worden sind, verwendet werden, um die relevanten Beschichtungsdaten zu erhalten; und können die resultierenden Vergleichsdaten verwendet werden, um die Betriebsparameter der Spritzpistole in der Weise einzustellen, dass Einstellungen zum Beschichten eines oder mehrerer zu beschichtender Artikel zu einem zweiten Zeitpunkt vorgenommen werden.
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Wieder anhand von 1 kann das Verfahren zur Steuerung der Gleichmäßigkeit der Beschichtung in einem Chargenprozess implementiert werden, falls die Qualitätskontrollschleife, die einen oder mehrere Schritte aus 106, 108, 110, 112 und 114 enthält, schnell genug ausgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang beginnt ein Verfahren zur Steuerung der Gleichmäßigkeit der Beschichtung in Schritt 104 mit einem relevanten Artikel, wobei die Beschichtung vorübergehend unterbrochen werden kann, während Betriebsparameter der Spritzpistole auf der Grundlage der vorhandenen Beschichtungsinformationen von dem relevanten Artikel eingestellt werden können. Kurz danach kann das Spritzen an demselben relevanten Artikel mit derselben Spritzvorrichtung, bei der nun einer oder mehrere ihrer Betriebsparameter aktualisiert worden sind, fortgesetzt werden.
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Die relevanten Beschichtungsdaten werden über die Verwendung einer Koordinatenmessmaschine gemessen, um Daten über die Koordinate x, über die Koordinate y und über die Koordinate z zu enthalten. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die relevanten Beschichtungsdaten über die Verwendung einer Koordinatenmessmaschine (CMM) erhalten werden. CMMs können kommerziell verfügbar sein und sind z. B. von Zeiss, Brown und Sharp verfügbar. Die CMM-Ausrüstung enthält einen oder mehrere bewegliche Arme, die jeweils mit einer oder mit mehreren Positionssonden ausgestattet sind. Während der Messung detektieren die Positionssonden die Position jedes der Zielflecken auf der gespritzten Beschichtung, wobei ein Datensatz in Form von Positionswerten auf der x-, y- und z-Achse jedes Zielflecks erhoben, gespeichert und nachfolgend für den Vergleich verarbeitet wird. In diesem Zusammenhang können viele Zielflecken pro Querschnittsring der gespritzten Beschichtung für den Positionswert gemessen werden und bilden die Positionsdaten für alle diese Zielflecken pro Querschnittsring eine dreidimensionale Kontur des Querschnittsrings. Entlang der Längsachse der Zylinderbohrung 404 kann für die Querschnittsringe in irgendeiner geeigneten Anzahl eine ähnliche Auswahl eines Querschnittsrings und einer entsprechenden Konturbildung erzeugt werden.
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Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Messgeräten, Strommessgeräten oder magnetischen Messgeräten und Ultraschallsondenmessgeräten können CMM für das Sofortverfahren besser geeignet sein, da die CMM verhältnismäßig schneller und kostengünstig ist.
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Die relevanten Beschichtungsdaten können mit optischen Profilometrietechniken erhalten werden, wobei die Messungen durch eine Vielzahl von Techniken wie etwa optische Triangulierung, Interferenztechniken oder andere ausgeführt werden können. Diese Techniken können es ermöglichen, das Oberflächenprofil der Teile kontaktlos zu bestimmen. Die optische Profilometrie kann verwendet werden, um die CMM-Techniken, insbesondere in Gebieten, in die die CMM-Sonden nicht leicht reichen können, zu ergänzen. Diese Gebiete können in einer gegebenen Spritzbeschichtung scharfe Wendungen und verborgene Ecken enthalten.
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2 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel des Beschichtungsprofils in allgemeiner Spiralform längs der Längsachse A-A' der Zylinderbohrung 404. Alternativ wird das Beschichtungsprofil die Drahtgitterdarstellung genannt, wobei es eine dreidimensionale Außenkontur der Spritzbeschichtung repräsentiert. Wie in 2 veranschaulichend gezeigt ist, werden für die CMM-Messung eine Anzahl geschlossener Querschnittsringe 232a bis 232j der Spritzbeschichtung 230 ausgewählt. Obgleich für 2 nur 10 Ringe ausgewählt sind, kann in Abhängigkeit von den besonderen Notwendigkeiten eines Projekts irgendeine geeignete Anzahl von Ringen gewählt werden. Um die CMM-Messungen in Bezug auf jeden der Ringe 232a bis 232j zu erzeugen, können Messungen bei einer Anzahl von Orten 240 an diesem Ring genommen werden. Die Anzahl der Messungen 240 kann irgendeine geeignete Anzahl, z. B. von mehreren einhundert bis zu mehreren eintausend, sein. Natürlich wird das Ringprofil enger zu der tatsächlichen Beschichtungskontur passen, wenn mehr Messungen genommen werden. Allerdings kann es sein, dass sich die Genauigkeit mit der Zeitdauer und mit den Kosten, die für ein gegebenes Projekt zulässig sind, die Waage halten muss.
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Ferner kann das Verfahren zum Steuern der Beschichtungsgleichmäßigkeit das Verringern der Spitzenhöhe einer oder mehrerer Beschichtungsspitzen der relevanten beschichteten Oberfläche enthalten. Häufig sind die Beschichtungsspitzen unvermeidlich und unvorhersagbar, wobei die Spitzenhöhe entlang der Bewegungsrichtung der Spritzpistole variiert. Die Beschichtungsspitzen sind Ausdehnungen über der und über die Hauptbeschichtungsmasse hinaus; somit kann ihre Anwesenheit ein unnötig hohes Hintergrundrauschen in eine nachgeschaltete Beschichtungsmessung einführen. Dieser Verringerungsschritt kann dadurch ausgeführt werden, dass die eine oder die mehreren Beschichtungsspitzen der relevanten beschichteten Oberfläche mit einem Schleifmittel in Kontakt gebracht werden. Dieser Verringerungsschritt kann ebenfalls dadurch ausgeführt werden, dass die eine oder die mehreren Beschichtungsspitzen der ersten Beschichtung mit Siliciumcarbid in Kontakt gebracht werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Anwesenheit der Beschichtungsspitzen unter Verwendung eines Bürstenhonkopfs verringert werden. Der Bürstenhonkopf kann an einer Bohrmaschine angebracht werden und mehrmals auf- und abwärts laufen, um die Spitzen zu reinigen. Zur Verringerung der Beschichtungsspitzen enthält der Bürstenhonkopf ein Schleifmittel. Das Schleifmittel kann irgendwelche geeigneten Materialien enthalten. Nicht einschränkende Beispiele des Schleifmittels enthalten Siliciumcarbid und Aluminiumoxid.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ferner vor dem Schritt des Messens das Empfangen der Standardbeschichtungsdaten von einer beschichteten Standardoberfläche enthalten. Die relevanten Beschichtungsdaten können in Form von Beschichtungsdickenwerten entlang eines spiralförmigen Wegs in der Längsachse der relevanten beschichteten Oberfläche erhalten werden.
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Der Schritt des Vergleichens der relevanten Beschichtungsdaten mit den Standardbeschichtungsdaten und/oder der Schritt des Vornehmens von Einstellungen an der Spritzpistole angesichts des Vergleichs können manuell erfolgen, falls ein Nutzer ein handhabbares Volumen behandelt, und können mit Computerunterstützung erfolgen. Obgleich es nicht notwendig ist, diesen Vergleich auszuführen, ist eine computergestützte Automatisierung in Fällen, in denen das Beschichtungsvolumen hoch genug ist, sodass eine manuelle Untersuchung nicht angemessen sein kann, nützlich.
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Einer oder mehrere Beschichtungsablagerungsparameter der Spritzvorrichtung können in Übereinstimmung mit den Vergleichsdaten eingestellt werden. Der Schritt des Einstellens kann das Einstellen einer Quergeschwindigkeit der Spritzvorrichtung enthalten. Nicht einschränkende Beispiele der Beschichtungsablagerungsparameter enthalten die axiale Geschwindigkeit oder die Hubgeschwindigkeit, die Drahtvorschubrate, den Gasdruck, den Luftdruck, die Gasströmung, die Luftströmung, die Stromstärke, die oberen Sollwerte des Brenners, die unteren Sollwerte des Brenners, die Drehzahl und die Form der Abgasfahne des Brenners. Insbesondere ist die axiale Geschwindigkeit oder die Hubgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der sich der Brenner in der Zylinderbohrung auf- und abbewegt.
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Die Ausgabe ist die Erhöhung der axialen Rate der Spritzvorrichtung, falls die relevante durchschnittliche Dicke höher als die durchschnittliche Standarddicke ist.
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Der Schritt des Einstellens kann durch Eingeben der relevanten Beschichtungsdaten in eine Rückkopplungsregelungseinheit mit einem Ausgang zum Einstellen des einen oder der mehreren Beschichtungsablagerungsparameter ausgeführt werden. In diesem Zusammenhang kann die Rückkopplungsregelungseinheit an der Spritzvorrichtung bereitgestellt sein.
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Die Rückkopplungsregelungseinheit kann einen relevanten durchschnittlichen Parameter der relevanten Beschichtungsdaten berechnen und vergleicht den relevanten durchschnittlichen Durchmesser mit einem durchschnittlichen Standardparameter.
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Wieder anhand von 4B kann auf der Innenoberfläche 406 der Zylinderbohrung 404 eine thermisch gespritzte Beschichtung 430 gebildet werden. Die Welle 408 der Pistole 422 für thermisches Spritzen stützt und bewegt den Pistolenkopf 424 zur Beschichtung der Innenoberflächen 406 der Zylinderbohrung 404. Die Welle 408 stützt den Pistolenkopf 424 an einem Ende und enthält an dem anderen Ende Kanäle (nicht gezeigt), um dem Pistolenkopf 424 Drähte und Gase zuzuführen. Die Welle 408 kann durch einen Drehantrieb gestützt sein, sodass sich die Welle 408 um ihre Achse oder um eine Achse parallel dazu dreht. Der Drehantrieb kann wiederum an einem linearen Quermechanismus oder an einem Schlitten gestützt sein, der den Drehantrieb auf- und abbewegt. Somit bewegt sich der Pistolenkopf 424 auf und ab, während er innerhalb der Zylinderbohrung 404 drehbar ist. Die Pistole 422 für thermisches Spritzen kann sich, gelegentlich mit mehreren Durchgängen, um eine gewünschte Dicke der Schicht aufzubauen, mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegen, um die Innenoberfläche 406 zu beschichten.
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Ein nicht einschränkendes Beispiel der Spritzpistole ist ein rotierender und axial hin- und hergehender Brenner wie etwa die vorliegende Spritzpistole 422 mit Bezug auf 4B. In diesem Zusammenhang geht der Brenner in der Längsachse A-A' der Zylinderbohrung 404 hin und her oder bewegt er sich darin auf und ab.
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Vor der Spritzbeschichtung kann ein mechanisches Aufrauen für die Oberflächenvorbereitung genutzt werden. Obgleich das vorliegende Verfahren die Verwendung einer Grundierung nicht notwendig ausschließt, benötigt es keine Grundierung, um die Haftung des Schichtmaterials an der Bohrung zu verbessern. Da eine Grundierung häufig die Verwendung teurer Metallmaterialien umfasst, schafft die Flexibilität, dass keine Grundierung verwendet werden muss, zusätzliche Kostenvorteile. Wenn und nachdem die Innenoberfläche 406 z. B. durch maschinelles Aufrauen vorbereitet wird, kann eine Beschichtung in mehreren Durchgängen des Pistolenkopfs 424 der thermischen Spritzpistole 422 innerhalb der Zylinderbohrung 404 aufgetragen werden. Es kann irgendein geeignetes Schichtmaterial verwendet werden. Ein nicht einschränkendes Beispiel des Schichtmaterials ist ein Kohlenstoffstahlmaterial.
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Nachdem die thermisch gespritzte Beschichtung
430 gebildet worden ist, wird sie unter Verwendung eines Endbearbeitungsverfahrens wie etwa eines Honens endbearbeitet. Das Honen kann auf irgendeine geeignete Art und Weise ausgeführt werden. Das
US-Patent Nr. 5.622.753 offenbart ein nicht einschränkendes Beispiel eines Honverfahrens. Im Allgemeinen und wie in
5A und
5B veranschaulichend dargestellt ist, kann ein Honwerkzeug
512 einen radial ausfahrbaren Halter
520 enthalten, der mehrere Honleisten
514 trägt, der die Leisten
514 leicht gegen die Innenoberfläche
406 der Zylinderbohrung
404 bringt, während sich das Honwerkzeug
512 dreht und in den Richtungen
516 bzw.
518 hin- und hergeht. In diesem Zusammenhang weisen die Honleisten
514 jeweils eine Außenoberfläche mit einem Radius auf, der komplementär zu dem Innenradius der Innenoberfläche
406 ist. Die Honleisten
514 können aus einem Schleifmaterial, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Bornitrid und Diamant, gebildet sein. Vor der thermischen Spritzbeschichtung kann die Innenoberfläche
406 vorbehandelt werden, um Oxide von der Innenoberfläche
406 abzustreifen, um die mechanische Verbindung zu fördern. Darüber hinaus kann die Innenoberfläche
406 vor, während und/oder nach dem Honen mit einer Lösung, die während des Honschritts als ein Kühlmittel verwendet werden kann oder die als eine unabhängige Spritzspülflüssigkeit verwendet werden kann, nachdem das Honen abgeschlossen ist, gespült werden. Das Spritzspülen kann verwendet werden, da es beträchtlich weniger Lösung oder Wasser als andere Verfahren verwendet.
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Die zu beschichtenden Artikel können irgendwelche Objekte, die dafür geeignet sind, mit einer Spritzpistole beschichtet zu werden, z. B. Zylinderkraftmaschinenbohrungen, sein. Die Artikel können Kraftfahrzeug-komponenten oder Nicht-Kraftfahrzeug-Komponenten enthalten. Nicht einschränkende Beispiele der Artikel enthalten Präzisionsbohrungen in Kraftmaschinen, Pumpen und Kompressoren. In bestimmten besonderen Fällen enthalten die Artikel Kraftfahrzeug-Kraftmaschinenbohrungen.
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Nachdem mehrere Ausführungsformen dieser Erfindung allgemein beschrieben worden sind, kann ein weiteres Verständnis durch Bezugnahme auf bestimmte spezifische Beispiele erhalten werden, die hier nur zur Veranschaulichung gegeben werden und die, sofern nichts anderes angegeben ist, nicht einschränkend sein sollen.
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BEISPIEL
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Beispiel 1
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3 zeigt Bohrungsdurchmesserwerte, die von den Querschnittsringen 232a bis 232j mit Bezug auf 2 genommen wurden, als Funktion der Entfernung vom oberen Ende der Bohrung. Die graphische Darstellung 3B zeichnet Bohrungsdurchmesserwerte auf, wobei sich die Spritzpistole in einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, und die graphische Darstellung 3A zeichnet Bohrungsdurchmesserwerte auf, wobei sich die Spritzpistole in einer Geschwindigkeitseinstellung bewegt, die die in der graphischen Darstellung 3B berichteten Beschichtungsungleichmäßigkeiten berücksichtigt hat. Das Berücksichtigen enthält das Managen der Spritzpistole 422 in der Weise, dass sie sich dort, wo die Bohrungsdurchmesserwerte wie in der graphischen Darstellung 3B gezeigt verhältnismäßig kleiner sind, verhältnismäßig schneller bewegt. Die graphische Darstellung 3A zeigt, dass der Bohrungsdurchmesser vom Mittelpunkt der Bohrung 404 und nach unten in Richtung von A-A' erheblich zunimmt. Es ist nicht klar, welche genauen Ursachen der beobachten Erscheinung zugrunde liegen. Allerdings, und wie hier an anderer Stelle vorgeschlagen ist, können Schwankungen des Umgebungsluftstroms möglicherweise im Ergebnis der Bewegung des Spritzkopfs 424 entlang der Längsrichtung A-A' der Bohrung 404 sehr wohl zu den beobachteten Beschichtungsungleichmäßigkeiten beitragen.
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Beispiel 2
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Beschichtungsprofile werden über die Verwendung einer CMM erhalten. 6A und 6B zeigen Beschichtungsprofile einer ersten Prüfbohrungsbeschichtung, die mit Spritzen mit konstanter Geschwindigkeit beschichtet wurde, und einer zweiten Prüfbohrungsbeschichtung, die mit variabler Geschwindigkeit beschichtet wurde, auf der Grundlage von Vergleichsdaten. Wie am besten aus 6A zu sehen ist, wird die Beschichtung ohne Einstellung der Spritzvorrichtung auf der Grundlage der Vergleichsdaten abgelagert, wobei das Beschichtungsprofil von oben nach unten eine Aufweitung und eine große Durchmesserschwankung zeigt. Es wird berichtet, dass eine Durchmesserschwankung für die erste Prüfbohrungsbeschichtung 285 µm beträgt. Wie am besten aus 6B zu sehen ist, verringert sich die Bohrungsdurchmesserschwankung bei einer Einstellung des Spritzvorrichtungsbetriebs auf der Grundlage der Vergleichsdaten sichtlich. Eine Durchmesserschwankung für die zweite Prüfbohrungsbeschichtung ist auf etwa 51 µm verringert. 7 zeigt eine Abweichung von dem Ablagerungsdickenziel von 30 µm für die erste und für die zweite Prüfbohrung mit Bezug auf 6A und 6B.
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Obgleich die beste Ausführungsart der Erfindung ausführlich beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die wie durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindung zu verwirklichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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