DE102015218598A1

DE102015218598A1 - Method for applying a cylinder surface coating

Info

Publication number: DE102015218598A1
Application number: DE102015218598.2A
Authority: DE
Inventors: Marco Riva; Wolfram Wagener; Patrick Woisetschläger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Zylinderlaufflächenbeschichtung für eine Hubkolbenmaschine (2) mit den Schritten Bereitstellen von Expansionsmaterial auf einer zu beschichtenden Oberfläche und Durchführen eines Beschichtungsvorgangs zum Aufbringen einer Beschichtung (20) auf der zu beschichtenden Oberfläche, bei dem eine Mindesttemperatur auf der zu beschichtenden Oberfläche erreicht wird, die oberhalb einer Phasenübergangstemperatur des Expansionsmaterials liegt.The present invention relates to a method for applying a cylinder liner coating for a reciprocating engine (2) comprising the steps of providing expansion material on a surface to be coated and performing a coating process for applying a coating (20) on the surface to be coated, wherein a minimum temperature on the is reached to be coated surface, which is above a phase transition temperature of the expansion material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Zylinderlaufflächenbeschichtung. The invention relates to a method for applying a cylinder surface coating.

Eine Hubkolbenmaschine ist eine Fluidenergiemaschine, bei der sich ein Kolben in einem Zylinder periodisch hin- und herbewegt (Translationsbewegung), wobei die Bewegung des Kolbens über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen wird. A reciprocating engine is a fluid energy machine in which a piston reciprocates periodically in a cylinder (translational movement), the movement of the piston being transmitted to a crankshaft via a connecting rod.

Die Hubkolbenmaschine kann als Arbeitsmaschine ausgebildet sein, die Energie in Form von mechanischer Arbeit aufnimmt, oder die Hubkolbenmaschine kann als Kraftmaschine ausgebildet sein, die eine Energieform wie thermische oder elektrische Energie in mechanische Energie bzw. Arbeit umwandelt. The reciprocating engine may be formed as a work machine that receives energy in the form of mechanical work, or the reciprocating engine may be configured as an engine that converts an energy form such as thermal or electrical energy into mechanical energy or work.

Ein Hubkolbenmotor ist eine Brennkraftmaschine, die die Volumenänderung eines Gases über einen sich linear bewegenden Kolben, eine Pleuelstange und eine Kurbel in eine Drehbewegung umsetzt. Sie zählt zu den Kolbenmaschinen. A reciprocating engine is an internal combustion engine that converts the volume change of a gas into a rotary motion via a linearly moving piston, a connecting rod and a crank. It is one of the piston engines.

Die Ausdehnung des Gases in dem Zylinder verrichtet Arbeit an einem Kolben, die durch die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird. So wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umgesetzt. Hubkolbenmotoren funktionieren in der Regel nach dem Zweitakt- bzw. Viertaktverfahren. The expansion of the gas in the cylinder performs work on a piston, which is transmitted through the connecting rod to the crankshaft. Thus, the oscillating movement of the piston is converted into a rotational movement. Reciprocating engines usually work after the two-stroke or four-stroke process.

Die Zylinderlaufflächen der Hubkolbenmaschine können aus Grauguss oder einer Aluminimumlegierung gefertigt sein. Zunehmend werden die Zylinderlaufflächen auch mit einer Beschichtung aus einer Metalllegierung versehen. Die Beschichtung sorgt dafür, dass die Kolben mit möglichst wenigen Reibungsverlusten über die Zylinderlauffläche gleiten. Ein geringerer Reibungswiderstand bedeutet weniger Kraftstoffverbrauch und weniger Abgasemissionen. Ferner kann aufgrund der Beschichtung die Vorspannung von Kolbenringen zurückgenommen werden, was auch der inneren Motorreibung schon während der Einlaufphase zugute kommt. The cylinder surfaces of the reciprocating engine can be made of gray cast iron or an aluminum alloy. Increasingly, the cylinder surfaces are also provided with a coating of a metal alloy. The coating ensures that the pistons slide over the cylinder surface with as few friction losses as possible. A lower frictional resistance means less fuel consumption and less exhaust emissions. Furthermore, due to the coating, the bias of piston rings can be withdrawn, which also benefits the internal engine friction already during the break-in phase.

Um die Haftung der Beschichtung auf den Zylinderlaufflächen zu erhöhen ist es bekannt, diese zu rillieren, um einen Mikroschwalbenschwanz zu erzeugen, in dem sich die Beschichtung verklammert. Vor dem anschließenden Beschichten werden Rückstände, wie z.B. Späne, Ölreste oder Trennmittel von der zu beschichtenden Oberfläche entfernt. Dies ist jedoch sehr aufwendig. Ferner wird so eine besonders glatte Zylinderlauffläche bereitgestellt, die mangels Poren keine besonders guten Ölspeichereigenschaften aufweist. In order to increase the adhesion of the coating to the cylinder treads, it is known to grooving them to create a micro-dovetail in which the coating is clamped. Before the subsequent coating, residues such as e.g. Remove chips, oil residues or release agents from the surface to be coated. However, this is very expensive. Furthermore, a particularly smooth cylinder surface is thus provided, which, due to the lack of pores, does not have particularly good oil storage properties.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer Zylinderlaufflächenbeschichtung bereitzustellen, mit dem die tribologischen Eigenschaften der Zylinderlauffläche bei verringertem Fertigungsaufwand verbessert werden können. On this basis, the present invention has the object to provide a method for applying a cylinder surface coating, with which the tribological properties of the cylinder surface can be improved with reduced manufacturing costs.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen einer Zylinderlaufflächenbeschichtung für eine Hubkolbenmaschine umfasst die Schritte Bereitstellen von Expansionsmaterial auf einer zu beschichtenden Oberfläche und Durchführen eines Beschichtungsvorgangs zum Aufbringen einer Beschichtung auf der zu beschichtenden Oberfläche, bei dem eine Mindesttemperatur auf der zu beschichtenden Oberfläche erreicht wird, die oberhalb einer Phasenübergangstemperatur des Expansionsmaterials liegt. Unter einem Phasenübergang bzw. eine Phasenumwandlung oder Phasentransformation wird eine Umwandlung einer oder mehrerer Phasen eines Stoffes bzw. des Expansionsmaterial in eine andere Phase verstanden. The inventive method for applying a cylinder liner coating for a reciprocating engine comprises the steps of providing expansion material on a surface to be coated and performing a coating process for applying a coating on the surface to be coated, in which a minimum temperature is reached on the surface to be coated, above a Phase transition temperature of the expansion material is. A phase transition or a phase transformation or phase transformation is understood as meaning a conversion of one or more phases of a substance or of the expansion material into another phase.

Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass es nicht zwingend vorteilhaft ist, vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang die zu beschichtende Oberfläche des Motorblocks vollständig zu reinigen, sondern durch ein nicht vollständiges Reinigen der zu beschichtenden Oberfläche Expansionsmaterial, z.B. in Form von zurückbleibenden Öl- oder Trennmittelreste, auf der zu beschichtenden Zylinderlauffläche bereitzustellen. So kann zum einen auf die aufwändige Reinigung der zu beschichtenden Oberfläche vor der Beschichtung selbst verzichtet werden oder der Aufwand hier reduziert werden, und zum anderen wird durch die Expansion des Expansionsmaterial während des Beschichtungsvorgangs ölspeichernde Hohlräume und/oder eine thermische Leitfähigkeit beeinflussende Spalten bzw. Risse gebildet. The invention is based on the finding that it is not absolutely advantageous to completely clean the surface of the engine block to be coated before the actual coating operation, but rather by not completely cleaning the surface to be coated of expansion material, e.g. in the form of remaining residual oil or release agent, to provide on the cylinder surface to be coated. Thus, on the one hand can be dispensed with the laborious cleaning of the surface to be coated before the coating itself or the cost here, and on the other hand by the expansion of the expansion material during the coating process oil-storing cavities and / or a thermal conductivity affecting columns or cracks educated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Beschichtungsvorgang ein thermisches Spritzen. Das thermische Spritzen ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren, bei dem Zusatzwerkstoffe, so genannte Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert werden (siehe DIN EN 657 ). Die zu beschichtende Oberfläche wird dabei (im Gegensatz zum Auftragschweißen) nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Mit dem thermischen Spritzen können metallische und nichtmetallischer Werkstoffe mit metallischen Legierungen, Metallen, oxidkeramischen Werkstoffen und carbidischen Werkstoffen (bzw. allgemein Verbundwerkstoffen) zum Zwecke der Veränderung und gezielten Anpassung von Oberflächeneigenschaften beschichtet werden. Als Energieträger für die An- oder Aufschmelzung des Spritzzusatzwerkstoffes dienen elektrischer Lichtbogen (Lichtbogenspritzen), Plasmastrahl (Plasmaspritzen), Brennstoff-Sauerstoff-Flamme bzw. Brennstoff-Sauerstoff-Hochgeschwindigkeitsflamme (konventionelles und Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen), und schnelle, vorgewärmte Gase (Kaltgasspritzen). In a preferred embodiment of the invention, the coating process is a thermal spray. Thermal spraying is a surface coating process in which filler materials, so-called spray additives, inside or outside a spray torch off, on or melted, accelerated in a gas stream in the form of spray particles and spun onto the surface of the component to be coated (see DIN EN 657 ). The surface to be coated is not melted (in contrast to build-up welding) and is only subjected to thermal stress to a limited extent. With thermal spraying, metallic and non-metallic materials with metallic alloys, metals, oxide-ceramic materials and carbidic materials (or in general composite materials) are coated for the purpose of altering and specifically adapting surface properties. As an energy source for the on or melting of the spray additive used electric arc (arc spraying), plasma jet (plasma spraying), fuel-oxygen flame or fuel-oxygen high-speed flame (conventional and high-speed flame spraying), and fast, preheated gases (cold gas spraying) ,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Beschichtungsvorgang ein Lichtbogendrahtspritzvorgang. Das Lichtbogenspritzen (auch PTWA-Verfahren für Plasma Transferred Wire Arc) ist ein leistungsstarkes Drahtspritzverfahren zur Herstellung von Beschichtungen, bei dem elektrisch leitende Werkstoffe verspritzt werden. Dabei wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art ein Lichtbogen gezündet. Die Drahtspitzen werden bei einer Temperatur von rund 4000 °C abgeschmolzen und mittels Zerstäubergas auf die zu beschichtenden Oberfläche geblasen. Das Lichtbogendrahtspritzen erlaubt eine hohe Auftragsrate bei niedrigem Energieverbrauch. In a preferred embodiment of the invention, the coating process is an arc wire spraying operation. Arc spraying (also known as the PTWA process for Plasma Transferred Wire Arc) is a high-performance wire-spraying process for the production of coatings, in which electrically conductive materials are sprayed. In this case, an arc is ignited between two wire-shaped spray materials of the same or different type. The wire tips are melted at a temperature of about 4000 ° C and blown by means of atomizing gas on the surface to be coated. Arc wire spraying allows a high application rate with low energy consumption.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Phasenübergang ein Verdampfen. Unter Verdampfen wird der Phasenübergang einer Flüssigkeit oder eines Flüssigkeitsgemisches in den gasförmigen Aggregatzustand verstanden. Somit liegt das Expansionsmaterial auf der zu beschichtenden Oberfläche in flüssiger Form vor. So kann das Expansionsmaterial auch in flüssiger Form aufgebracht werden, was die Fertigung nochmals vereinfacht. In a further preferred embodiment of the invention, the phase transition is evaporation. Vaporization is understood to mean the phase transition of a liquid or a liquid mixture into the gaseous state of matter. Thus, the expansion material is in liquid form on the surface to be coated. Thus, the expansion material can also be applied in liquid form, which further simplifies the production.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Expansionsmaterial ein Öl verwendet. Unter einem Öl wird dabei eine Flüssigkeit verstanden, die sich nicht mit Wasser mischen lässt, wobei das Öl eine höhere Viskosität als Wasser aufweist. Das Öl kann ein Kohlenstoffverbindungen enthaltendes Mineralöl oder ein Silikonöl, basierend auf Polymeren und Copolymeren aus Silizium-Sauerstoff-Einheiten und organischen Seitenketten sein. Silikonöl kann auch in Form eines Silikonsprays verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann z.B. ein Wachs oder Fett enthaltendes Trennmittel verwendet, werden. Derartige Trennmittel sind hydrophob. In a further preferred embodiment of the invention, an oil is used as the expansion material. By an oil is meant a liquid which can not be mixed with water, the oil having a higher viscosity than water. The oil may be a carbon compound-containing mineral oil or a silicone oil based on polymers and copolymers of silicon-oxygen units and organic side chains. Silicone oil can also be used in the form of a silicone spray. Alternatively or additionally, e.g. a wax or grease containing release agent is used. Such release agents are hydrophobic.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Expansionsmaterial flächig auf der zu beschichtenden Oberfläche bereitgestellt. Es wird also das Expansionsmaterial entweder durch großflächiges Nichtreinigen bereitgestellt, oder es wird das Expansionsmaterial unterbrechungsfrei in Form einer zusammenhängenden Fläche aufgebracht. In a further preferred embodiment of the invention, the expansion material is provided flat on the surface to be coated. Thus, the expansion material is either provided by extensive non-cleaning, or the expansion material is applied without interruption in the form of a contiguous surface.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Expansionsmaterial punktuell auf der zu beschichtenden Oberfläche bereitgestellt. Es wird also das Expansionsmaterial entweder durch kleinflächiges Nichtreinigen, z.B. im Bereich von Kreisflächen, bereitgestellt, oder es wird das Expansionsmaterial in Form von ,z.B. Kreisflächen aufgebracht, die jedoch keine Verbindung aufweisen. In a further preferred embodiment of the invention, the expansion material is provided at points on the surface to be coated. Thus, the expansion material is either removed by small area non-cleaning, e.g. in the area of circular areas, provided, or it is the expansion material in the form of, for. Circular surfaces applied, however, have no connection.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mit dem Beschichtungsvorgang Hohlräume in einer Beschichtung auf der Zylinderlauffläche gebildet, deren Durchmesser im Bereich von 5 µm bis 50 µm liegt. Somit werden Poren mit einem Ölspeichervolumen gebildet, in denen eine die Reibung herabsetzende Ölmenge gespeichert werden kann. In a further, preferred embodiment of the invention, cavities are formed in a coating on the cylinder surface, the diameter of which is in the range of 5 μm to 50 μm, with the coating process. Thus, pores are formed with an oil storage volume in which a friction reducing oil amount can be stored.

Bei einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Beschichtung aus einer metallischen Legierung als Beschichtung auf eine Aluminium enthaltende Legierung aufgebracht. Die metallische Legierung kann z.B. Titan, Eisen, Nickel, Kupfer oder Kombinationen hiervon enthalten. So kann die Reibung eines weichen Aluminiumwerkstoffs verringert werden. In a further preferred embodiment of the invention, a coating of a metallic alloy is applied as a coating to an aluminum-containing alloy. The metallic alloy may e.g. Titanium, iron, nickel, copper or combinations thereof. Thus, the friction of a soft aluminum material can be reduced.

Ferner gehören zur Erfindung ein Motorblock, auch Kurbelgehäuse genannt, für eine derartige Hubkolbenmaschine, eine Hubkolbenmaschine mit einem derartigen Motorblock und ein Kraftfahrzeug, wie z.B. ein PKW oder ein Motorrad, mit einer derartigen Hubkolbenmaschine. Further, the invention includes an engine block, also called a crankcase, for such a reciprocating engine, a reciprocating engine with such an engine block, and a motor vehicle, such as a motor vehicle. a car or a motorcycle, with such a reciprocating engine.

In der nun folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Darin zeigt: In the following description, the invention will be described with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine in einer schematischen Schnittdarstellung. 1 An embodiment of a reciprocating piston engine according to the invention in a schematic sectional view.

1 zeigt eine Hubkolbenmaschine 2, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Hubkolbenmotor, d.h. als Kraftmaschine bzw. Motor, ausgebildet ist und ein Kraftfahrzeug, z.B. einen PKW, antreibt. Alternativ kann die Hubkolbenmaschine 2 auch als Arbeitsmaschine, z.B. Pumpe oder Verdichter, ausgebildet sein. 1 shows a reciprocating engine 2 , which is designed in the present embodiment as a reciprocating engine, ie as an engine or engine, and a motor vehicle, such as a car, drives. Alternatively, the reciprocating engine 2 also be designed as a working machine, eg pump or compressor.

Die Hubkolbenmaschine 2 ist eine Brennkraftmaschine, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach dem Viertaktprinzip arbeitet. Alternativ kann die Hubkolbenmaschine 2 auch nach dem Zweitaktprinzip arbeiten. The reciprocating engine 2 is an internal combustion engine which operates in the present embodiment according to the four-stroke principle. Alternatively, the reciprocating engine 2 also work on the two-stroke principle.

Übliche Komponenten der Hubkolbenmaschine 2, wie z.B. Einlass- und Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen oder Ventilsteuerungen, sind aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt. Die Hubkolbenmaschine 2 weist einen Motorblock 14 (auch Kurbelgehäuse genannt) mit einem Zylinder 4 mit einer Zylinderlänge L0 auf, in dem ein Kolben 6 an einer Pleuelstange 16 zwischen einem oberen Totpunkt OT und einem unteren Totpunkt UT mit einem Hub der Länge L1 verlagerbar ist. Die Pleuelstange 16 ist mit einer Kurbelwelle 18 der Hubkolbenmaschine 2 kräfteübertragend verbunden, so dass eine Auf- und Abbewegung des Kolbens 6 auf die Kurbelwelle 18 übertragen werden kann. Abweichend von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Hubkolbenmaschine 2 eine Mehrzahl von Zylinder-/Kolbenpaaren aufweisen. Usual components of the reciprocating engine 2 , such as intake and exhaust valves, fuel injectors or valve controls, are not shown for the sake of simplicity. The reciprocating engine 2 has an engine block 14 (also called crankcase) with a cylinder 4 with a cylinder length L0 in which a piston 6 on a connecting rod 16 between a top dead center OT and a bottom dead center UT with a stroke of length L1 can be displaced. The connecting rod 16 is with a crankshaft 18 the reciprocating engine 2 connected force-transmitting, so that an up and down movement of the piston 6 on the crankshaft 18 can be transferred. Notwithstanding the present embodiment, the reciprocating engine 2 have a plurality of cylinder / piston pairs.

Der Motorblock 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann aus Grauguss oder einer Aluminiumlegierung, wie z.B. einer Aluminium/Silizium-Legierung, gefertigt sein. The engine block 14 In the present embodiment can be made of gray cast iron or an aluminum alloy, such as an aluminum / silicon alloy.

Der Zylinder 4 weist eine Mantelinnenfläche auf, die eine Zylinderlauffläche 8 bildet, mit der der Kolben 6 in Kontakt steht. In Erstreckungsrichtung des Zylinders 4, d.h. in Richtung der Auf- und Abbewegung des Zylinders 4, weist die Zylinderlauffläche 8 einen oberen Abschnitt 10 mit einer Länge L2 und einen unteren Abschnitt 12 mit einer Länge L3 auf. Im vorliegenden Ausführungsbespiel sind die Längen L2 und L3 im Wesentlichen gleich groß, so dass sie sich jeweils über die Hälfte der Zylinderlänge L0 erstrecken. Dabei wird unter im Wesentlichen innerhalb von üblichen Fertigungstoleranzen verstanden. Jedoch können die Längen L2 und L3 abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel auch ein anderes Verhältnis zueinander aufweisen. The cylinder 4 has a shell inner surface, which has a cylinder surface 8th forms, with which the piston 6 in contact. In extension direction of the cylinder 4 , ie in the direction of the up and down movement of the cylinder 4 , indicates the cylinder surface 8th an upper section 10 with a length L2 and a lower section 12 with a length L3. In the present exemplary embodiment, the lengths L2 and L3 are substantially the same size, so that they each extend over half the cylinder length L0. This is understood to mean essentially within customary manufacturing tolerances. However, unlike the present embodiment, the lengths L2 and L3 may also have a different relationship to each other.

Die Zylinderlauffläche 8 weist eine Beschichtung 20 auf, die im oberen Abschnitt 10 eine erste Porosität P1 und im unteren Abschnitt 12 eine zweite Porosität P2 aufweist. Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Porosität P1 größer als die zweite Porosität P2. Somit wird im oberen Abschnitt 10 besonders viel Schmierstoff zur Reduzierung der Reibung zwischen der Zylinderlauffläche 8 und dem Kolben 6 bereitgestellt. The cylinder surface 8th has a coating 20 on that in the upper section 10 a first porosity P1 and in the lower section 12 has a second porosity P2. In the present exemplary embodiment, the first porosity P1 is greater than the second porosity P2. Thus, in the upper section 10 extra lubricant to reduce friction between the cylinder surface 8th and the piston 6 provided.

Dabei wird unter Porosität die Anzahl und/oder die Größe von Hohlräumen pro Flächeneinheit, z.B. cm², verstanden, die beispielsweise durch einen Flächenporenanteil gegeben ist. Mit anderen Worten, die Porosität stellt ein Maß für ein Öl- bzw. Schmierstoffückhaltevolumen dar, in dem Schmierstoff zwischengespeichert werden kann. Die Hohlräume können dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Durchmesser aufweisen, der im Bereich von 5 µm bis 50 µm liegt. Here, porosity means the number and / or the size of cavities per unit area, eg cm ² , which is given for example by an area pore fraction. In other words, the porosity provides a measure of an oil or lubricant holding volume in which lubricant can be temporarily stored. The cavities can in the present embodiment have a diameter which is in the range of 5 microns to 50 microns.

Ferner weisen im vorliegenden Fall die Beschichtung 20 im ersten Abschnitt 10 eine erste thermische Leitfähigkeit T1 und im zweiten Abschnitt 12 eine zweite thermische Leitfähigkeit T2 auf. Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste thermische Leitfähigkeit T1 größer als die zweite thermische Leitfähigkeit T2. Dabei wird unter thermischer Leitfähigkeit die Fähigkeit verstanden, Wärme zu leiten. Mit anderen Worten weist eine hohe thermische Leitfähigkeit ein guter thermischer Leiter auf, während eine niedrige thermische Leitfähigkeit ein guter thermischer Isolator aufweist. Furthermore, in the present case, the coating 20 in the first part 10 a first thermal conductivity T1 and in the second section 12 a second thermal conductivity T2. In the present exemplary embodiment, the first thermal conductivity T1 is greater than the second thermal conductivity T2. Under thermal conductivity is understood the ability to conduct heat. In other words, high thermal conductivity has a good thermal conductor while low thermal conductivity has a good thermal insulator.

Somit erwärmt sich die Zylinderlauffläche 8 im unteren Abschnitt 12 stärker als im oberen Abschnitt 10. Hierdurch erwärmt sich der Schmierstoff stärker und kann besser abfließen. Thus, the cylinder surface heats up 8th in the lower section 12 stronger than in the upper section 10 , As a result, the lubricant heats up more and can drain better.

Im Folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Aufbringen der Beschichtung 20 erläutert. An embodiment of a method for applying the coating will now be described below 20 explained.

Vorab wird der Zylinder 4 im Bereich der späteren Zylinderlauffläche 8 aufgeraut, im vorliegenden Ausführungsbespiel durch Rillieren. Mit dem Rillieren werden Mikroschwalbenschwänze gebildet, in die in sich das später aufgebrachte Beschichtungsmaterial der Beschichtung 20 verkrallen kann, um so die Haftung der Beschichtung 20 zu verbessern. In advance, the cylinder 4 in the area of the later cylinder surface 8th roughened, in the present exemplary embodiment by creasing. With the grooving micro dovetails are formed, in which the later applied coating material of the coating 20 can claw, so as to increase the adhesion of the coating 20 to improve.

Bei dem Rillieren handelt es sich um ein spanabhebendes Verfahren, bei dem ein Öl, wie z.B. ein Schneidöl, verwendet wird. Nachfolgend werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel eventuelle Späne aus dem Zylinder 4 entfernt. Rilling is a machining process that uses an oil, such as a cutting oil. Subsequently, in the present embodiment, any chips from the cylinder 4 away.

Jedoch wird das Öl im oberen Bereich 10 nicht oder nicht vollständig entfernt, sondern bildet ein Expansionsmaterial auf der Zylinderlauffläche 8. However, the oil is in the upper range 10 not or not completely removed, but forms an expansion material on the cylinder surface 8th ,

Ferner wird im unteren Bereich 12 zusätzlich Öl aufgebracht, das als zusätzliches Expansionsmaterial dient. Bei dem zusätzlichen Öl kann es sich ebenfalls um Schneidöl, ein Mineralöl oder ein Silikonöl handeln. Alternativ kann auch ein Trennmittel aufgebracht werden. Das Expansionsmaterial bzw. Öl im oberen Bereich 10 und/oder das zusätzliche Expansionsmaterial bzw. Öl im unteren Bereich 12 kann flächig oder punktuell aufgebracht werden. Further, in the lower area 12 additionally applied oil, which serves as an additional expansion material. The additional oil may also be cutting oil, mineral oil or silicone oil. Alternatively, a release agent can be applied. The expansion material or oil in the upper area 10 and / or the additional expansion material or oil in the lower area 12 can be applied flat or in spots.

In einem weiteren Schritt wird nun die Beschichtung 20 aufgebracht. Die Beschichtung 20 ist eine metallische Legierung, die z.B. Titan, Eisen, Nickel, Kupfer oder Kombinationen hiervon enthalten kann. Mit der Beschichtung 20 wird die Reibung mit weichen Aluminiumwerkstoffen verringert. In a further step, the coating is now 20 applied. The coating 20 is a metallic alloy, which may contain, for example, titanium, iron, nickel, copper or combinations thereof. With the coating 20 the friction is reduced with soft aluminum materials.

Die Beschichtung 20 wird dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Lichtbogendrahtspritzen thermisch aufgespritzt. Hierzu wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art ein Lichtbogen gezündet, die Drahtspitzen bei einer Temperatur von rund 4000 °C abgeschmolzen und Partikel mittels Zerstäubergas auf die zu beschichtenden Oberfläche geblasen. So wird auf der zu beschichtenden Oberfläche eine Temperatur erreicht, die oberhalb einer Phasenübergangstemperatur des Expansionsmaterials liegt. Somit verdampft das Expansionsmaterial und dehnt sich damit aus. Die Spritzpartikel lagern sich auf das Expansionsmaterial an und es bilden sich so im oberen Bereich 10 Hohlräume mit einem Durchmesser im Bereich von 5 µm bis 50 µm. Diese Hohlräume bilden ein Schmierstoffückhaltevolumen zur Versorgung mit Schmierstoff. The coating 20 In this case, it is thermally sprayed by means of arc wire spraying in the present embodiment. This is between two wire-shaped spray materials of the same or different kind ignited an arc, the wire tips melted at a temperature of about 4000 ° C and blown particles by means of atomizing gas on the surface to be coated. Thus, a temperature is reached on the surface to be coated, which is above a phase transition temperature of the expansion material. Thus, the expansion material evaporates and expands with it. The spray particles are deposited on the expansion material and thus form in the upper area 10 Cavities with a diameter in the range of 5 microns to 50 microns. These cavities form a lubricant holding volume for supplying lubricant.

Im unteren Abschnitt 12 verdampft ebenfalls das Expansionsmaterial bzw. Öl sowie das zusätzliche Expansionsmaterial bzw. Öl und es bilden sich hier aufgrund der größeren Menge an Expansionsmaterial pro Flächeneinheit im Vergleich zum ersten Abschnitt 10 Spalten bzw. Risse zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Beschichtung 20 selber, allerdings weniger Hohlräume als im ersten Abschnitt 10. In the lower section 12 Also evaporates the expansion material or oil and the additional expansion material or oil and form here due to the larger amount of expansion material per unit area compared to the first section 10 Cracks between the surface to be coated and the coating 20 itself, but less cavities than in the first section 10 ,

So wird im ersten Abschnitt 10 eine erste Porosität P1 bereitgestellt, die aufgrund der größeren Anzahl von Hohlräumen größer als die zweiten Porosität P2 im zweiten Abschnitt 12 ist, und zugleich wird aufgrund der kleineren Anzahl von Spalten bzw. Rissen im ersten Abschnitt 10 eine thermische Leitfähigkeit T1 bereitgestellt, die größer ist als eine zweite thermische Leitfähigkeit T2 im unteren Abschnitt 12 ist. So in the first section 10 a first porosity P1 is provided, which due to the larger number of cavities larger than the second porosity P2 in the second section 12 is, and at the same time, due to the smaller number of columns or cracks in the first section 10 Provided a thermal conductivity T1, which is greater than a second thermal conductivity T2 in the lower portion 12 is.

So kann unter Abkehr vom bisher bekannten Stand der Technik mit einfachen Mitteln die Schmierung eines Kolbens 6 verbessert werden. Thus, in departure from the previously known state of the art with simple means the lubrication of a piston 6 be improved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2: Hubkolbenmaschine reciprocating engine
4 4: Zylinder cylinder
6 6: Kolben piston
8 8th: Zylinderlauffläche Cylinder surface
10 10: oberer Abschnitt upper section
12 12: unterer Abschnitt lower section
14 14: Motorblock block
16 16: Pleuelstange connecting rod
18 18: Kurbelwelle crankshaft
20 20: Beschichtung coating
LO LO: Zylinderlänge cylinder length
L1 L1: Kolbenhub stroke
L2 L2: Länge length
L3 L3: Länge length
P1 P1: erste Porosität first porosity
P2 P2: zweite Porosität second porosity
T1 T1: erste thermische Leitfähigkeit first thermal conductivity
T2 T2: zweite thermische Leitfähigkeit second thermal conductivity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN EN 657 [0012]

Claims

Method for applying a cylinder surface coating for a reciprocating engine ( 2 ), comprising the steps of: - providing expansion material on a surface to be coated, and - performing a coating process for applying a coating ( 20 ) on the surface to be coated, at which a minimum temperature is reached on the surface to be coated, which is above a phase transition temperature of the expansion material.

A method according to claim 1, characterized in that the coating process is a thermal spraying.

A method according to claim 2, characterized in that the thermal spraying is an arc wire spraying.

A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the phase transition is an evaporation.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an oil is used as expansion material.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the expansion material is provided flat on the surface to be coated.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the expansion material is provided at points on the surface to be coated.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that with the coating process cavities in the coating ( 20 ) are formed, whose diameter is in the range of 5 microns to 50 microns.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a metallic alloy as coating ( 20 ) is applied to an aluminum-containing alloy.

Engine block ( 14 ) for a reciprocating engine ( 2 ), produced by a method according to any one of the preceding claims.

Reciprocating engine ( 2 ) with an engine block ( 14 ) according to claim 10.

Motor vehicle with a reciprocating engine ( 2 ) according to claim 11.