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Die Erfindung betrifft eine Maske zum Aufsetzen auf einen Motorblock nach der im Oberbegriff von 1 näher definierten Art.
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Masken zum Aufsetzen auf einen Motorblock während eines thermischen Beschichtungsvorgangs einer im Motorblock eingelassenen Zylinderbohrung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Masken können, so führt es der Stand der Technik aus, eine Antihaftbeschichtung auf ihrer Oberfläche aufweisen. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die eigenen Anmeldungen
DE 10 2008 028 965 A1 ,
DE 10 2008 028 963 A1 und die
DE 10 2008 028 962 A1 . Die im dortigen Stand der Technik beschriebenen Masken beschreiben im Wesentlichen die Maskierung der Zylinderbohrung von der sogenannten Zylinderkopfseite aus.
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Auch die Maskierung des Endes der Zylinderbohrung zur Verhinderung von Overspray auf der dem Kurbelgehäuse zugewandten Seite ist bekannt. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die
DE 696 19 769 T2 hingewiesen.
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In der Praxis ist es nun so, dass diese Maskierungen, insbesondere die kurbelwellengehäuseseitigen Maskierungen als Tiefziehteile aus Blech hergestellt werden. Die Oberfläche dieser Teile ist nicht übermäßig glatt, eine Nachbearbeitung wäre im Allgemeinen zu teuer. Auch kostengünstige und einfache Antihaftbeschichtungen haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da sie entweder keine ausreichend thermische Beständigkeit aufweisen oder keine ausreichende Funktionalität. Höherwertige Anithaftbeschichtungen lohnen sich wirtschaftlich nicht. In der Praxis ist es daher so, dass die Maskierungen in den meisten Fällen als Einwegmaskierungen verwendet werden.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dieser Problematik abzuhelfen und eine Maske vorzuschlagen, welche eine kostengünstige und wirtschaftliche Möglichkeit der Mehrfachverwendung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Maske mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Maske ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Maske sieht als Antihaftbeschichtung eine Polymerbeschichtung vor, welche ein acryliertes Urethan, insbesondere mit Zusätzen, aufweist. Ein solches acryliertes Urethan hat sich in Praxisversuchen der Erfinder als außerordentlich effiziente Antihaftbeschichtung herausgestellt. Die bestehende Maske aus Blech kann einfach und kostengünstig mit einer solchen Polymerschicht versehen werden. Wenn diese Polymerschicht gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee in den beschichteten Bereichen gleichmäßig glatt und mit konstanter Schichtstärke aufgetragen wird, lassen sich optimale Ergebnisse erzielen. Masken mit einer solchen Polymerschicht, welche ein acryliertes Urethan aufweist bzw. aus einem solchen sowie geringen Mengen an Zusätzen besteht, ermöglichen eine Antihaftbeschichtung, auf welcher Partikel des thermischen Beschichtungsvorgangs, insbesondere durch Lichtbogendrahtspritzen, aufgebrachte Partikel, praktisch nicht mehr anhaften. Hierdurch ist es möglich, die Maske mehrfach und ohne nennenswerten Reinigungsaufwand zwischen den einzelnen Beschichtungsvorgängen zu verwenden. Hierdurch lässt sich eine sehr effiziente thermische Beschichtung realisieren und die Kosten für das Verschleißmaterial lassen sich minimieren.
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Die erfindungsgemäße Maske kann vorzugsweise weiterhin durch ein Blechbauteil ausgebildet sein, welches beispielsweise durch Tiefziehen in die gewünschte Form gebracht wird. Dieses Blechbauteil ist zumindest an seinen der Zylinderbohrung zugewandten Innenflächen und an seinen der Zylinderbohrung zugewandten Stirnseiten mit der Antihaftbeschichtung versehen. Dieser Auftrag der Antihaftbeschichtung auf der Innenfläche und insbesondere auf den Stirnseiten der Maske ermöglicht eine sehr einfache und effiziente Maskierung. Insbesondere die Stirnseiten sind für die Ausgestaltung der Begrenzung der thermischen Beschichtung von entscheidender Bedeutung. Diese so auszubilden, dass hier kein oder kaum Material der thermischen Beschichtung anhaftet, ist für die Qualität der aufgetragenen Beschichtung von entscheidendem Vorteil.
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Die erfindungsgemäße Maske kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee dabei einen geringeren Außendurchmesser als den Durchmesser der Zylinderbohrung aufweisen. Sie wird also um ein gewisses Wegstück, insbesondere von der Kurbelgehäuseseite aus, in die Zylinderbohrung eingeführt und maskiert so einerseits das dem Kurbelgehäuse zugewandte Ende der Zylinderbohrung und halt andererseits sogenannten Overspray aus dem Bereich des Kurbelgehäuses fern, was den Reinigungsaufwand bei der Weiterverarbeitung des Motorblocks deutlich reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die polymere Antihaftbeschichtung eine Schichthärte von bis zu D50 (Shore-Härte) aufweist. Ihre Dicke kann vorzugsweise in der Größenordnung von 500 bis 800 μm, ihr E-Modul idealerweise unterhalb von 5 MPa liegen. Polymere Antihaftbeschichtungen mit acryliertem Urethan und Eigenschaften in den genannten Bereichen haben sich in den Tests als besonders effizient erwiesen. Sie lassen sich insbesondere durch einen Auftrag mit einer Eingangsviskosität in der Größenordnung von 30.000 bis 45.000 cP und entsprechenden Auftragszeiten von 2 bis 6 Minuten erreichen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Idee ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 einen Einsatz einer Maske gemäß der Erfindung bei der thermischen Beschichtung einer Zylinderbohrung in einem Motorblock; und
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts gemäß 1.
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In der Darstellung der 1 ist ein Ausschnitt aus einem in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Motorblock 1 zu erkennen. In dem Motorblock 1 befindet sich eine Zylinderbohrung 2, welche später zur Aufnahme eines Kolbens ausgebildet ist. Diese Zylinderbohrung 2 wird in der Darstellung der 1 mit einer thermischen Beschichtung versehen, wozu rotierend in der Zylinderbohrung 2 ein thermischer Beschichtungskopf 3 geführt wird. Insbesondere soll es sich bei der thermischen Beschichtung um eine Beschichtung mittels sogenanntem Lichtbogendrahtspritzen oder LDS handeln. Auf eine aufgeraute und aktivierte Oberfläche, beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung der Zylinderbohrung 2, wird dabei eine Schicht aus einer Stahllegierung durch thermisches Spritzen aufgebracht. In der Darstellung der 1 ist außerdem eine Maske 4 zu erkennen. Die Maske 4 deckt den unteren Rand der Zylinderbohrung 2 in der Darstellung der 1 ab. Dies soll beispielsweise der untere Rand der Zylinderbohrung 2 auf ihrer einem Kurbelgehäuse 5 zugewandten Ende des Motorblocks 1 sein. Die Maske 4 selbst besteht im Wesentlichen aus einem tiefgezogenen Blechbauteil 8. Dieses Bleichbauteil 8 weist an seiner der Zylinderbohrung 2 zugewandten Seite eine umlaufende in der Darstellung der Figur mit 6 bezeichnete Kante auf. Diese Kante muss nicht zwingend gleichmäßig ausgebildet sein. So ist beispielsweise auf der rechten Seite in der Darstellung der Figur ein mit 7 bezeichneter Überstand zu erkennen, welcher einen Bereich der Oberfläche der Zylinderbohrung 2 maskieren soll, welcher nicht beschichtet werden muss. Ein solcher Bereich ist beispielsweise das sogenannte Pleuelfenster in der durch die thermische Beschichtung ausgebildeten Laufbahn in der Zylinderbohrung 2.
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Maske 4 besteht nun im Wesentlichen darin, einerseits den unteren Rand der Zylinderbohrung 2 entsprechend zu maskieren, sodass dieser nicht mit den Partikeln der thermischen Beschichtung in Berührung kommt, also keine Beschichtung trägt. Außerdem ist es die Aufgabe der Maske 4, das Kurbelgehäuse 5 von sogenanntem Overspray zu schützen, also dafür zu sorgen, dass kein überschüssiges Material der thermischen Beschichtung in das Kurbelgehäuse 5 gelangt, wo es aufwändig durch einen Reinigungsprozess wieder entfernt werden müsste.
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Typischerweise wird eine thermische Beschichtung aus dem Stahlmaterial durch das Lichtbogendrahtspritzen aufgetragen, welche eine Schichtdicke in der Größenordnung von ca. 0,4 bis 0,5 mm aufweist. Diese Beschichtung gelangt auch in den Bereich der Maske 4, zumindest in den oberen Bereich der Maske 4 in der Darstellung der 1, welcher einen etwas kleineren Durchmesser als die Zylinderbohrung 2 aufweist. Außerdem gelangt ein Teil der Beschichtung auf die der Zylinderbohrung 2 zugewandte Stirnseite der Maske 4, also die mit 6 bezeichnete Kante.
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Eine übermäßige Anhaftung von Material der thermischen Beschichtung in diesem Bereich, also im Inneren der Maske 4 und an der Stirnkante 6 der Maske 4, welche der Zylinderbohrung 2 zugewandt ist, würde bei einer Weiterverwendung der Maske 4 zu unerwünschten Ergebnissen führen. Insbesondere könnte sich die geometrische Ausdehnung des maskierten Bereichs verändern und/oder es könnte zu einer Anhaftung der Maske 4 an der beschichteten Oberfläche kommen, sodass diese beim Entfernen der Maske 4 beschädigt wird. Um dies zu verhindern, ist die Maske 4 nun insbesondere in diesen beschriebenen Bereichen, also dem Bereich des größeren Durchmessers der Maske und dem Bereich der Stirnkanten 6 mit einer Antihaftbeschichtung 9 versehen.
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In der Darstellung der 2 ist ein Ausschnitt aus der Maske 4 nochmals vergrößert dargestellt. Dieser Ausschnitt der Maske 4 zeigt wiederum die Stirnkante 6 und einen Teil des Blechbauteils 8, welches die Maske 4 bildet. Rein beispielhaft ist zur Erläuterung nun ausschließlich in dem Bereich, in dem das Blechbauteil 8 im Schnitt dargestellt ist, die Antihaftbeschichtung 9 gezeigt. Diese Antihaftbeschichtung 9 ist eine polymere Antihaftbeschichtung 9, welche acryliertes Urethan aufweist. Das acrylierte Urethan weist typischerweise noch diverse Zusätze auf, welche von untergeordneter Bedeutung sind, bzw. welche einem Fachmann im Bereich der Verarbeitung von acryliertem Polyurethan ohnehin geläufig sind. Die polymere Antihaftbeschichtung 9 ist, wie es in der vergrößerten Darstellung der 2 zu erkennen ist, in dem oberen Bereich mit konstantem Durchmesser ebenso aufgetragen wie in dem Bereich der Schräge, welcher sich daran anschließt. Im Bereich des geringeren Durchmessers läuft die Beschichtung nach unten langsam aus, sie ist in diesem Bereich nicht mehr zwingend notwendig, da hier keine direkte Kontamination mit den Partikeln der thermischen Beschichtung erfolgt, und da der Overspray in diesem Bereich so wenig ist, dass auf die Antihaftbeschichtung 9 hier verzichtet werden kann. Insbesondere ist die Antihaftbeschichtung 9 auch auf der Stirnkante 6 des Blechbauteils 8 aufgetragen und läuft zumindest minimal um die Kante 6 herum, bevor sie auch hier wieder, wie es durch die Punkte angedeutet ist, endet.
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Die polymere Antihaftbeschichtung 9 mit dem acrylierten Urethan wird gleichmäßig mit glatter Oberfläche und konstanter Schichtdicke in dem durchgezogen dargestellten Bereich der Antihaftbeschichtung 9, dem für die Wirkung der Maske 4 relevanten Bereich, aufgetragen. Das Material kann dabei mit einer Eingangsviskosität von 30.000 bis 45.000 cP über eine Zeit von 2 bis 6 Minuten, insbesondere 4 oder mehr Minuten, aufgetragen werden. Hierdurch ergeben sich beispielsweise bei der Eingangsviskosität von 45.000 cP in einer Aushärtezeit vom beispielsweise 20 Sekunden Schichtdicken in der Größenordnung von 500 bis 750 μm. Die Antihaftbeschichtung 9 ist dabei eher welch ausgebildet und weist beispielsweise eine Härte in der Größenordnung von ca. 40 D (Shore-Härte) auf. Auch geringere Härten beispielsweise in der Größenordnung von 20 bis 30 D führen zu einem ähnlichen Ergebnis. Die maximale Schichthärte der polymeren Antihaftbeschichtung (9) sollte idealerweise eine Härte von 50 D, was in etwa 100 A entspricht, nicht überschreiten, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Das Elastizitätsmodul liegt in der Größenordnung von 4 MPa.
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Solche Beschichtungen haben sich als ideal herausgestellt. Auch nach mehrfacher Anwendung in einem Prozess zur thermischen Beschichtung der Zylinderbohrung 2 ergaben sich kaum anhaftende Partikel der thermischen Beschichtung. Dennoch anhaftende Partikel der thermischen Beschichtung, welche in kleiner Zahl auftraten, lassen sich sehr effizient und wirtschaftlich entfernern, sodass die Maske 4 mehrfach eingesetzt werden kann, bevor sie gereinigt werden muss. Dann kann eine Reinigung einfach und wirtschaftlich erfolgen und die Maske 4 kann erneut mit eingesetzt werden. Der Aufbau ist somit alles in allem außerordentlich einfach, effizient und kann helfen, Material und Kosten bei der thermischen Beschichtung von Zylinderbohrungen 2 in Motorblöcken 3 einzusparen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028965 A1 [0002]
- DE 102008028963 A1 [0002]
- DE 102008028962 A1 [0002]
- DE 69619769 T2 [0003]
