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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungen eines Motorblocks.
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Die
DE 10 2012 109 203 B3 offenbart eine Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungen eines Motorblocks. Dabei ist auf einem Drehteller eine Halterung zur Aufnahme eines Motorblocks vorgesehen. Der Drehteller ist um eine stationäre Drehachse drehbar. Die Haltevorrichtung kann auf dem Drehteller so verschoben werden, dass jeweils eine der Zylinderbohrungen des Motorblocks in Ausrichtung der Drehachse ist. Ferner ist ein Beschichtungswerkzeug vorgesehen, welches eine rechtwinklig oder schräg zu einer feststehenden Werkzeugachse orientierte Spritzöffnung aufweist. Die Werkzeugachse ist in Ausrichtung mit der Drehachse. Das Beschichtungswerkzeug kann mit einem linearen Antrieb parallel zur Werkzeugachse in eine zu beschichtende Zylinderbohrung abgesenkt und nachfolgend wieder herausgefahren werden.
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Bei der bekannten Vorrichtung wird je nach Position des Motorblocks auf dem Drehteller eine mehr oder weniger starke Unwucht erzeugt. Zum Ausgleich der Unwucht ist auf dem Drehteller eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen, mit der die Unwucht reduziert oder kompensiert wird. Das Vorsehen einer solchen Ausgleichseinrichtung ist aufwändig. Der Drehteller muss relativ groß ausgestaltet werden, um zur Aufnahme der Ausgleichseinrichtung geeignet zu sein. Abgesehen davon sind gesonderte Antriebe zum Verstellen eines Auswuchtgewichts der Ausgleichseinrichtung erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine möglichst kompakt aufgebaute Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungen eines Motorblocks angegeben werden. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Vorrichtung mechanisch einfach ausgestaltet sein.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 13.
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Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beschichtung von Zylinderbohrungen eines Motorblocks vorgeschlagen, umfassend:
Ein Beschichtungswerkzeug mit einer rechtwinklig oder schräg zu einer feststehenden Werkzeugachse orientierten Spritzöffnung,
einen Kreuzschlitten mit einem in eine x-Richtung hin- und herbewegbaren Unterschlitten und einem darauf aufgenommenen, in einer y-Richtung hin- und herbewegbaren Oberschlitten,
zumindest einen auf dem Oberschlitten aufgenommenen Drehteller, welcher um eine bezüglich des Drehtellers zentrische Rotationsachse rotierbar ist,
eine erste Antriebseinrichtung zum Rotieren des Drehtellers um die Rotationsachse, und
eine zweite Antriebseinrichtung zum Bewegen des Unter- und Oberschlittens derart, dass bei einer Rotation des Drehtellers ein außerhalb der Rotationsachse befindlicher vorgegebener Punkt auf dem Drehteller in Ausrichtung mit der Werkzeugachse bleibt.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung ist mechanisch relativ einfach aufgebaut. Sie umfasst als wesentliche Komponenten ein Beschichtungswerkzeug mit einer feststehenden Werkzeugachse sowie einen Kreuzschlitten, auf dessen Oberschlitten ein Drehteller aufgenommen ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung ist kompakt ausgestaltet. Zur weiteren Verminderung der Baugröße der Vorrichtung ist es möglich, auf dem Oberschlitten auch mehrere Drehteller nebeneinander aufzunehmen. In diesem Fall ist jedem der Drehteller jeweils ein Beschichtungswerkzeug zugeordnet. Das ermöglicht die gleichzeitige Beschichtung von Zylinderbohrungen mehrerer Motorblöcke.
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Das Vorsehen einer Ausgleichseinrichtung zum Kompensieren einer Unwucht ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung nicht erforderlich. Die vorgeschlagene Vorrichtung lässt sich relativ einfach und kostengünstig herstellen.
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Unter dem Begriff "Beschichtungswerkzeug" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Werkzeug verstanden, mit dem eine Beschichtung durch thermisches Spritzen auf die Bohrungswand der Zylinderbohrung aufgebracht werden kann. Zur Herstellung der Beschichtung wird aus dem Beschichtungswerkzeug aufgeschmolzenes, metallisches Material in Partikelform aus einer Spritzöffnung des Beschichtungswerkzeugs ausgestoßen. Dabei wird der Motorblock relativ zum Beschichtungswerkzeug gedreht. Ferner kann das Beschichtungswerkzeug beim Beschichten in vertikaler Richtung bewegt werden.
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Der Kreuzschlitten spannt eine horizontale Ebene in x- und y-Richtung auf. Der Oberschlitten des Kreuzschlittens ist in x- und y-Richtung beliebig bewegbar. Insbesondere können mit dem Oberschlitten Kreisbewegungen ausgeführt werden. Die Rotationsachse des Drehtellers steht relativ zum Oberschlitten fest. Bei einer Bewegung des Oberschlittens wird die Rotationsachse entsprechend der Bewegung des Oberschlittens bewegt. Die Rotationsachse sowie die Werkzeugachse verlaufen parallel zu einer z-Richtung, welche senkrecht auf der x- sowie der y-Richtung steht. Die z-Richtung wird auch als "vertikale Richtung" bezeichnet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine dritte Antriebseinrichtung zum Hin- und Herbewegen des Beschichtungswerkzeugs in einer parallel zur Werkzeugachse verlaufenden Richtung vorgesehen. Es kann sich dabei um einen Linearantrieb handeln, mit dem das Beschichtungswerkzeug in vertikaler Richtung abgesenkt und angehoben werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Antriebseinrichtung auf dem Oberschlitten des Kreuzschlittens aufgenommen. Das vereinfacht weiter den Aufbau der Vorrichtung.
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Vorteilhafterweise umfasst die zweite Antriebseinrichtung einen ersten Motor zum Hin- und Herbewegen des Unterschlittens in der x-Richtung, einen zweiten Motor zum Hin- und Herbewegen des Oberschlittens in der y-Richtung und eine Steuerung zum Steuern des ersten und zweiten Motors. Die zweite Antriebseinrichtung wird mit der Steuerung zweckmäßigerweise so gesteuert, dass sich der Drehteller um den vorgegebenen Punkt mit einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit dreht. Zu diesem Zweck kann der Drehteller mittels der ersten Antriebseinrichtung mit einer konstanten weiteren Rotationsgeschwindigkeit rotiert werden. Zum Erreichen der vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit ist es in diesem Fall ausreichend, den Unter- und Oberschlitten in einer geeigneten Weise hin- und herzubewegen, so dass der Drehteller um den vorgegebenen Punkt rotiert wird.
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Die zweite Antriebseinrichtung kann mit der Steuerung ferner so gesteuert werden, dass die Rotationsachse des Drehtellers auf einer Kreisbahn um den vorgegebenen Punkt rotiert wird. Zweckmäßigerweise hat die Kreisbahn einen Radius, welcher dem Abstand zwischen der Rotationsachse und dem vorgegebenen Punkt auf dem Drehteller entspricht.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die zweite Antriebseinrichtung mit der Steuerung so gesteuert, dass der Drehteller und der Oberschlitten rotierende Bewegungen im selben Drehsinn ausführen. Der Oberschlitten wird dabei nicht um eine Achse gedreht. Er wird vielmehr in x- und y-Richtung so hin- und herbewegt, dass jeder Punkt auf dem Oberschlitten auf einer Kreisbahn mit demselben Radius bewegt wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Drehteller eine Halteeinrichtung zum Halten des Motorblocks auf. Zweckmäßigerweise ist die Halteeinrichtung so ausgestaltet, dass der Motorblock auf die Halteeinrichtung aufgesetzt und abschnittsweise formschlüssig in die Halteeinrichtung eingreift. Zusätzlich kann eine Spanneinrichtung zum Fixieren des Motorblocks auf dem Drehteller vorgesehen sein. Bei einer geeigneten Ausgestaltung der Halteeinrichtung kann auf die Spanneinrichtung aber auch verzichtet werden.
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Im Drehteller sind zweckmäßigerweise Durchbrüche zum Abführen von bei der Beschichtung sich bildenden Schlackepartikeln vorgesehen. Die Durchbrüche korrespondieren in ihrem Durchmesser und ihrer Anordnung zu den zu beschichtenden Zylinderbohrungen des jeweiligen Motorblocks.
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Ein Zentrum zumindest eines der Durchbrüche kann den vorgegebenen Punkt auf dem Drehteller bilden. Vorteilhafterweise bildet das Zentrum jedes der Durchbrüche einen vorgegebenen Punkt. Die Vorrichtung kann mit der Steuerung so eingestellt werden, dass aufeinanderfolgend jedes Zentrum der Durchbrüche trotz der Rotation des Drehtellers wegen der kompensierenden Bewegungen des Kreuzschlittens in Ausrichtung mit der Werkzeugachse verbleibt. Es können damit nacheinander mehrere Zylinderbohrungen eines Motorblocks beschichtet werden. Zu diesem Zweck wird mit der Steuerung der vorgegebene Punkt lediglich von einem Zentrum eines Durchbruchs in das nächste Zentrum des nächsten Durchbruchs verschoben. Das kann durch eine entsprechende Ausgestaltung einer die Steuerung steuernden Software geschehen. – Die vorgeschlagene Vorrichtung hat also insbesondere den Vorteil, dass sie steuerungstechnisch relativ einfach an Motorblöcke mit unterschiedlich ausgestalteten Zylinderbohrungen angepasst werden kann.
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Die Halteeinrichtung weist zweckmäßigerweise sich von einer Oberseite des Drehtellers erstreckende Rohrstutzen auf, welche mit den Durchbrüchen fluchten. Auf die Rohrstutzen kann der Motorblock mit den Zylinderbohrungen derart aufgesetzt werden, dass die Rohrstutzen abschnittsweise in die Zylinderbohrungen eingreifen. Der Eingriff erfolgt dabei in einem Abschnitt der Zylinderbohrungen, welcher sich am kurbelwellenseitigen Ende befindet und nicht beschichtet werden muss. Die Rohrstutzen sind an die Ausgestaltung des Motorblocks bzw. der darin vorgesehenen Zylinderbohrungen angepasst. Es ist möglich, Drehteller mit unterschiedlich ausgestalteten Rohrstutzen vorzuhalten, so dass darauf unterschiedlich ausgestaltete Motorblöcke aufgenommen werden können. Es kann auch sein, dass der Drehteller mehrteilig aufgebaut ist. Der Drehteller kann beispielsweise einen scheibenförmigen Einsatz aufweisen, welcher mit den Durchbrüchen und den Rohrstutzen versehen ist. In diesem Fall kann der Drehteller durch einen einfachen Austausch des Einsatzes an den jeweiligen Motorblock angepasst werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich von einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des Drehtellers weitere mit den Durchbrüchen fluchtende Rohrstutzen. Ferner kann gegenüberliegend der Unterseite des Drehtellers in Ausrichtung mit der Werkzeugachse ein Absaugstutzen vorgesehen sein. Der Absaugstutzen ist zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass er mit dem jeweils gegenüberliegenden weiteren Rohrstutzen fluchtet. Infolgedessen können aus dem weiteren Rohrstutzen austretende Schlackepartikel schnell und effektiv mit dem Absaugstutzen abgesaugt und aus der Vorrichtung abgeführt werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung,
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2 eine perspektivische Ansicht des Kreuzschlittens,
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3 eine weitere perspektivische Ansicht des Kreuzschlittens,
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4 eine perspektivische Schnittansicht durch den Kreuzschlitten,
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5 eine Draufsicht auf den Kreuzschlitten, wobei die Rotationsachse auf 0° steht,
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6 eine Draufsicht gemäß 5, wobei die Rotationsachse auf 45° steht, und
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7 eine Draufsicht gemäß 5, wobei die Rotationsachse auf 90° steht.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche zur simultanen Beschichtung von Zylinderbohrungen zweier Motorblöcke geeignet ist. In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Motorblock bezeichnet, welcher mehrere Zylinderbohrungen 2 aufweist. Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein Beschichtungswerkzeug bezeichnet, welches mittels eines Linearantriebs 4 entlang einer Werkzeugachse W des Beschichtungswerkzeugs 3 hin- und herbewegbar ist.
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Mit dem Bezugszeichen 5 ist allgemein ein Kreuzschlitten bezeichnet, der einen in eine x-Richtung hin- und herbewegbaren Unterschlitten 6 mit einem darauf aufgenommenen, in einer y-Richtung hin- und herbewegbaren Oberschlitten 7 umfasst. Auf dem Oberschlitten 7 sind jeweils rotierbar um eine Rotationsachse R Drehteller 8 aufgenommen. Die Rotationsachse R verläuft zentrisch durch die Drehteller 8 in einer zur x- und y-Richtung senkrechten z-Richtung. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine erste Antriebseinrichtung, mit der die Drehteller 8 in einer vorgegebenen Rotationsrichtung um die Rotationsachse R rotiert werden können.
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Eine zweite Antriebseinrichtung umfasst einen ersten Motor 10 zum Hin- und Herbewegen des Unterschlittens 6 sowie einen zweiten Motor 11 zum Hin- und Herbewegen des Oberschlittens 7.
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Von einer dem Beschichtungswerkzeug 3 zugewandten Oberseite des Drehtellers 8 erstrecken sich Rohrstutzen 12. Die Anordnung der Rohrstutzen 12 sowie deren Ausgestaltung korrespondiert zur Anordnung und Ausgestaltung der im Motorblock 1 vorgesehenen Zylinderbohrungen 2, und zwar derart, dass der Motorblock 1 auf die Rohrstutzen 12 aufsetzbar ist (siehe 4).
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Wie weiter aus 4 ersichtlich ist, weist der Drehteller 8 Durchbrüche 13 auf, welche mit den Rohrstutzen 12 fluchten. Von einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Drehteller 8 erstrecken sich weitere Rohrstutzen 14, welche wiederum mit den Durchbrüchen 13 fluchten. Gegenüberliegend den weiteren Rohrstutzen 14 ist relativ feststehend zum Kreuzschlitten 5 ein Absaugstutzen 15 einer (hier nicht näher gezeigten) Absaugeinrichtung angeordnet. Der Ansaugstutzen 15 ist auf die Werkzeugachse W ausgerichtet (hier nicht gezeigt).
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Jeder der Durchbrüche 13 weist ein Zentrum Z (siehe 5 bis 7) auf, welches durch eine geeignete Bewegung des Kreuzschlittens 5 in Ausrichtung mit der feststehenden Werkzeugachse W gebracht und bei einer Rotation des Drehtellers 8 in dieser Ausrichtung gehalten werden kann. Das Zentrum Z ist in den 2 und 3 schematisch durch Kegel dargestellt, welche eine senkrecht durch das Zentrum Z verlaufende Achse andeuten. Ein Zentrum Z kann einen vorgegebenen Punkt bilden, welcher sich außerhalb der Rotationsachse R im Drehteller 8 befindet. Es ist möglich, dass eines der Zentren Z der Durchbrüche 13 mit der Rotationsachse R zusammenfällt. In diesem Fall bildet das Zentrum Z allerdings definitionsgemäß keinen "vorgegebenen Punkt".
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Die Funktion der Vorrichtung wird nunmehr insbesondere in Zusammensicht mit den 5 bis 7 näher erläutert.
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Zunächst wird ein Motorblock 1 auf die Rohrstutzen 12 gesetzt, so dass die Rohrstutzen in die zu beschichteten Zylinderbohrungen 2 eingreifen (siehe 4). Sodann wird ein Durchbruch 13 des Drehtellers 8 in Ausrichtung mit der Werkzeugachse W durch entsprechende Bewegung des Kreuzschlittens 5 gebracht. In diesem Fall befindet sich der weitere Rohrstutzen 14 gegenüberliegend dem Absaugstutzen 15.
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Es wird nun der Drehteller 8 um seine bezüglich des Oberschlittens 7 feststehende Rotationsachse R entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Die 5 bis 7 zeigen eine Rotation des Drehtellers 8 um einen Winkel 90° entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Gleichzeitig mit der Rotation des Drehtellers 8 wird die Rotationsachse R auf einer Kreisbahn K um das Zentrum Z ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Die Bewegung entlang der Kreisbahn K erfolgt durch ein geeignetes Hin- und Herbewegen des Oberschlittens 7 sowie des Unterschlittens 6. Wegen der Bewegung der Rotationsachse R auf der Kreisbahn K bleibt das Zentrum Z in Ausrichtung mit der Werkzeugachse W. D. h. die Bewegung des Kreuzschlittens 5 ist relativ zur Rotation des Drehtellers 8 so ausgestaltet, dass der vorgegebene Punkt auf dem Drehteller 8 bzw. das Zentrum Z stets in Ausrichtung mit der Werkzeugachse W bleibt.
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Die Bewegungen des Oberschlittens 7 sowie des Unterschlittens 6 erfolgen zweckmäßigerweise computergesteuert mittels der zweiten Antriebseinrichtung 10, 11. Mittels der Steuerung kann auch die erste Antriebseinrichtung 9 gesteuert und/oder geregelt werden, derart, dass die Drehbewegungen des Drehtellers 8 sowie des Oberschlittens 7 stets so miteinander korreliert sind, dass das Zentrum Z in Ausrichtung auf die Werkzeugachse W bleibt.
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Wie aus den 5 bis 7 weiter ersichtlich ist, wird durch die Rotation des Drehtellers 8 der den vorgegebenen Punkt enthaltende Durchbruch 13 bzw. der sich davon erstreckende Rohrstutzen 12 um das Zentrum Z rotiert. Das Beschichtungswerkzeug 3 wird sodann in die sich vom Rohrstutzen 12 erstreckende Zylinderbohrung 2 vertikal eingefahren. Anschließend erfolgt eine Beschichtung der Zylinderbohrung 2 mittels thermischen Spritzens. Dabei sich bildende Schlackepartikel werden durch den jeweiligen gegenüberliegenden weiteren Rohrstutzen 14 sowie den Absaugstutzen 15 abgesaugt.
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Der vorgegebene Punkt bzw. das Zentrum Z kann nach der Beschichtung einer ersten Zylinderbohrungen 2 steuerungstechnisch zum benachbarten Durchbruch 13' (siehe 5 bis 7) verschoben werden. Damit ist es auf einfache Weise möglich, die nächste Zylinderbohrung 2 zu beschichten. Die Bewegungen des Oberschlittens 7 können computergesteuert entsprechend angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorblock
- 2
- Zylinderbohrung
- 3
- Beschichtungswerkzeug
- 4
- Linearantrieb
- 5
- Kreuzschlitten
- 6
- Unterschlitten
- 7
- Oberschlitten
- 8
- Drehteller
- 9
- erste Antriebseinrichtung
- 10
- erster Motor
- 11
- zweiter Motor
- 12
- Rohrstutzen
- 13, 13'
- Durchbruch
- 14
- weiterer Rohrstutzen
- 15
- Absaugstutzen
- K
- Kreisbahn
- R
- Rotationsachse
- W
- Werkzeugachse
- Z
- Zentrum
