DE102017118138A1

DE102017118138A1 - Verbesserte Haftung des thermischen Spritzens mittels Kompressionstechnik

Info

Publication number: DE102017118138A1
Application number: DE102017118138.5A
Authority: DE
Inventors: Jianghuai Yang; Qigui Wang; Martin S. Kramer; Dale A. Gerard
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: US10526996B2; CN107805773A; CN107805773B; US20180045134A1; DE102017118138B4

Abstract

Eine verbesserte Oberflächenaktivierungstechnik verbessert die Haftung von thermischen Sprühbeschichtungen, welche für Motorzylinderbohrungen ist. Das neue Verfahren beinhaltet das Komprimieren der Zylinderbohrungsoberfläche, um ein Oberflächenprofil auf der Oberfläche zu erzeugen, wie beispielsweise durch Rollen einer Rolle entlang der Oberfläche. Es ist auch ein Motorblock vorgesehen, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen beinhaltet, wobei jede Zylinderbohrung eine Innenfläche aufweist und jede Innenfläche ein Oberflächenprofil aufweist, das eine spiralförmige Nut und andere Oberflächenprofile aufweist, die in der Innenfläche ausgebildet ist. Eine thermische Sprühbeschichtung, die auf der Innenfläche jeder Zylinderbohrung ausgebildet ist, wobei die thermische Sprühbeschichtung am Oberflächenprofil der Innenfläche haftet. Eine Rollenanordnung zum Aktivieren der Oberfläche ist ebenfalls vorgesehen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung der Haftung thermischer Sprühbeschichtungen auf Oberflächen und insbesondere auf eine Oberflächenaktivierung, die eine verbesserte Haftung thermischer Sprühbeschichtungen auf an derartigen Oberflächen bereitstellt.
EINFÜHRUNG
Thermisches Spritzen ist ein Beschichtungsverfahren, welches erhitztes und üblicherweise durch Verbrennung, ein Plasma oder einen Bogen geschmolzenes Material auf ein Substrat aufträgt. Das Verfahren ist in der Lage, eine relativ dicke Beschichtung schnell über eine große Fläche aufzutragen, verglichen mit anderen Beschichtungsverfahren, wie z. B. Galvanisierung, Sputtern und physikalische Gasphasenabscheidung.
Die Robustheit und Beständigkeit der thermischen Spritzschicht könnte nahezu ausschließlich als ein Merkmal des Materials der Beschichtung und in einem geringeren Umfang der Qualität der Anwendung erscheinen. Jedoch wurde bestimmt, dass tatsächlich typischerweise der entscheidende Faktor, der die Robustheit und Beständigkeit einer thermischen Sprühbeschichtung beeinflusst, die Stärke der Bindung zwischen der thermischen Sprühbeschichtung und der Oberfläche ist. Eine schlechte Bindung kann dazu führen, dass die thermische Sprühbeschichtung abstreift, manchmal in relativ großen Teilen, lange bevor das thermisch gespritzte Material tatsächlich abgerieben wurde, während eine starke Bindung dafür sorgt, dass die thermische Sprühbeschichtung eine integrale und untrennbare Komponente der darunter liegenden Oberfläche ist.
Mehrere Ansätze wurden vorgenommen zur Verbesserung der Bindung zwischen der thermischen Sprühbeschichtung und der darunter liegenden Oberfläche. Einige Verfahren beinhalten das Entfernen eines Teils des Oberflächenmaterials, um die Rauigkeit vor dem Aufbringen der thermischen Sprühbeschichtung zu erhöhen. Jedoch können diese Prozesse zeitaufwendig sein (manchmal sind mehrere Schritte erforderlich) und teure Werkzeuge erforderlich machen. Darüber hinaus können bestehende Prozesse die Haftung nicht ausreichend verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine verbesserte Substrat-Oberflächenstruktur bereit, welche die Haftung thermischer Sprühbeschichtungen verbessert. Somit werden ein Verfahren, ein Werkzeug und ein Motorblock offenbart, die für eine verbesserte Haftung einer thermischen Sprühbeschichtung sorgen.
In einer Form, die mit den anderen hierin offenbarten Formen kombiniert oder getrennt werden kann, ist ein Verfahren zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung zum Erreichen einer besseren Haftung zwischen einer nachfolgend aufgebrachten Beschichtung und der Innenfläche vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Komprimieren der Innenfläche zum Erzeugen eines Oberflächenprofils auf der Innenfläche.
In einer anderen Form, die mit den anderen hierin beschriebenen Formen kombiniert oder von diesen getrennt werden kann, ist ein Motorblock vorgesehen, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen beinhaltet. Jede Zylinderbohrung weist eine Innenfläche und jede Innenfläche weist ein Oberflächenprofil auf, das eine in der Innenfläche ausgebildete spiralförmige Nut beinhaltet. Auf der Innenfläche jeder Zylinderbohrung ist eine thermische Sprühbeschichtung ausgebildet. Die thermische Sprühbeschichtung haftet am Oberflächenprofil der Innenfläche.
In noch einer weiteren Form, die mit den anderen hierin beschriebenen Formen kombiniert oder von diesen getrennt werden kann, ist eine Rollenanordnung zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung vorgesehen. Die Rollenanordnung beinhaltet eine Zentralwelle, die eine Mittelachse definiert, und eine Rolle, die so konfiguriert ist, dass sie um die Mittelachse dreht. Die Rolle weist eine Aktivierungskante auf, die konfiguriert ist, um eine Nut in eine Innenfläche einer Motorzylinderbohrung zu komprimieren.
Zusätzliche Eigenschaften können vorgesehen sein, wie beispielsweise: den Schritt des Komprimierens der Innenfläche, umfassend das Rollen einer Rolle entlang der Innenfläche; der Schritt des Komprimierens der Innenfläche, einschließlich des Erzeugens einer Textur auf der Innenfläche; der Schritt des Komprimierens der Innenfläche, ferner umfassend das Rollen einer zweiten Rolle entlang der Innenfläche; der Schritt des Komprimierens der Innenfläche, ferner umfassend das Rollen einer dritten Rolle entlang der Innenfläche; das Rollen er ersten, zweiten und dritten Rollen entlang der Innenfläche, das gleichzeitig durchgeführt wird, um die Bohrungskonzentrizität aufrechtzuerhalten; Abscheiden einer thermischen Sprühbeschichtung auf der Innenfläche; die erste Rolle ist so vorgesehen, dass sie eine erste Rollenmusterkonfiguration aufweist und die zweite Rolle ist so vorgesehen, dass sie eine zweite Rollenmusterkonfiguration aufweist; die erste Rollenmusterkonfiguration, die sich von der zweiten Rollenmusterkonfiguration unterscheidet; der Schritt des Komprimierens der Innenfläche, einschließlich des Erzeugens einer spiralförmigen Nut in der Innenfläche; der Schritt des Komprimierens der Innenfläche, einschließlich des Erzeugens einer Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche; wobei die spiralförmige Nut eine erste spiralförmige Nut ist und eine zweite spiralförmige Nut durch eine erste Flanke der ersten spiralförmigen Nut erzeugt; Erzeugen einer dritten spiralförmigen Nut durch eine zweite Flanke der ersten spiralförmigen Nut; wobei das Oberflächenprofil jeder Innenfläche eine Vielzahl von Vertiefungen beinhaltet, die in der Innenfläche ausgebildet sind; Erzeugen einer Druckeigenspannung in der Zylinderbohrung; wobei die Druckeigenspannung eine Größe von mindestens 250 MPa aufweist; wobei die spiralförmige Nut einen spiralförmigen Winkel von etwa 5 bis etwa 20 Grad aufweist; wobei die Textur eine Vielzahl von rauen Texturen mit jeweiligen Radien größer als 10 μm aufweist; wobei die Texturen ein entwickeltes Grenzflächenbereichsverhältnis (Sdr) von mehr als 100 % aufweisen, um die Beschichtungshaftung zu verbessern; Bereitstellen jeder der spiralförmigen Nuten mit einer Teilung im Bereich von etwa 150 bis etwa 250 μm; Bereitstellen der ersten spiralförmigen Nut mit einer Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 μm; Bereitstellen jeder der Vertiefungen mit einem Durchmesser von etwa 20 bis etwa 30 μm; und wobei die erste und die zweite Flanke einen Winkel von etwa 60 bis etwa 75 Grad dazwischen definieren.
Weitere zusätzliche Eigenschaften beinhalten die Folgenden: jede der Innenflächen der Zylinderbohrungen sind aus Aluminium gebildet; wobei die Rolle eine erste Rolle ist; wobei die Rollenanordnung ferner eine zweite Rolle umfasst, die dafür konfiguriert ist, um die Zentralachse zu drehen und die Innenfläche der Motorzylinderbohrung zu aktivieren; wobei mindestens eine der ersten und zweiten Rollen eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen umfasst, die sich von einer Außenkante erstrecken; wobei die Vielzahl von Mikrovorsprüngen so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche der Motorzylinderbohrung erzeugt; wobei die Rollenanordnung ferner eine dritte Rolle umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie um die zentrale Achse dreht und die Innenfläche der Motorzylinderbohrung zu aktivieren; wobei die ersten, zweiten und dritten Rollen um einen gleichmäßigen Abstand voneinander und von der Mittelachse beabstandet sind; eine erste Achse, die um die erste Rolle drehbar ist; eine zweite Achse, die um die zweite Rolle drehbar ausgebildet ist; eine dritte Achse, die um die dritte Rolle drehbar ist; eine erste Rollenwelle, die mit der ersten Achse gekoppelt ist; die erste Rollenwelle, die sich von der Zentralwelle erstreckt; eine zweite Rollenwelle, die mit der zweiten Achse gekoppelt ist; die zweite Rollenwelle, die sich von der Zentralwelle erstreckt, eine dritte Rollenwelle, die mit der dritten Achse gekoppelt ist; die dritte Rollenwelle, die sich von der zentralen Welle erstreckt; wobei die erste Rollenwelle entlang einer ersten Ebene angeordnet ist; wobei die zweite Rollenwelle entlang einer zweiten Ebene angeordnet ist; wobei die dritte Rollenwelle entlang einer dritten Ebene angeordnet ist; wobei die ersten, zweiten und dritten Ebenen parallel zueinander sind; wobei die erste Ebene etwa 50 bis etwa 80 μm entfernt von der zweiten Ebene angeordnet ist; wobei die erste Ebene etwa 50 bis etwa 80 μm von der dritten Ebene entfernt angeordnet ist; und eine zweite Achse, um welche die zweite und die dritte Rolle konfiguriert sind zu drehen.
Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin vorgestellten Beschreibung offensichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Verbrennungsmotorblocks mit einer vergrößerten Ansicht einer Zylinderbohrungswand gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils der Zylinderbohrungswand einer darauf aufgebrachten thermischen Sprühbeschichtung entlang der Linie 2-2 der 1, die eine schematische Darstellung einer Oberflächenstruktur der Zylinderbohrungswand gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3A ist eine stark vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils eines ersten Beispiels der Zylinderbohrungswand von 2, wobei die thermische Sprühbeschichtung aus Gründen der Klarheit entfernt ist und eine erste Konfiguration der Oberflächenprofilstruktur der Zylinderbohrungswand gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3B ist eine stark vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils eines zweiten Beispiels der Zylinderbohrungswand von 2, wobei die thermische Sprühbeschichtung aus Gründen der Klarheit entfernt ist und eine zweite Konfiguration der Oberflächenprofilstruktur der Zylinderbohrungswand gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3C ist eine stark vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils eines dritten Beispiels der Zylinderbohrungswand von 2, wobei die thermische Sprühbeschichtung aus Gründen der Klarheit entfernt ist und eine dritte Konfiguration der Oberflächenprofilstruktur der Zylinderbohrungswand gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen einer Motorzylinderbohrung, einschließlich einem Verfahren zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung veranschaulicht, um eine bessere Haftung zwischen einer nachfolgend aufgebrachten Beschichtung und der Innenfläche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erreichen;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Rollenanordnung, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Durchgangszylinderbohrung dargestellt ist;
6A zeigt eine schematische Draufsicht eines ersten Rades der Rollenanordnung von 5 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
6B ist eine schematische Querschnittsansicht des in den 5–6A dargestellten ersten Rades gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
6C ist eine schematische Querschnittsansicht des in den 5–6B dargestellten ersten Rades entlang des ausgeschnittenen Kreises 6C von 6B gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
7A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
7B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
7C ist eine schematische perspektivische Ansicht noch eines weiteren Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
7D ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
7E ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
7F ist eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Stoßes oder Vorsprungs, der sich von dem in den 5–6C dargestellten ersten Rad gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung erstreckt;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines Teils eines in 5 dargestellten Rades gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
9 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variation eines Teils der in 5 dargestellten Rollenanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Block eines Verbrennungsmotors dargestellt, welcher im Allgemeinen durch Referenznummer 10 bezeichnet wird. Der Motorblock 10 beinhaltet typischerweise mehrere Zylinder 12 mit Zylinderinnenbohrungen 14, zahlreiche Flansche 16 und Öffnungen 18 für Schraubverbindungen und weitere Funktionen zum Aufnehmen und Befestigen von Komponenten, wie beispielsweise Zylinderköpfen, Wellen, Krümmern und Abdeckungen (alle nicht dargestellt).
Auf der rechten Seite von 1 ist eine vergrößerte Darstellung der Zylinderbohrung 14. Die Zylinderbohrung 14 kann eine Oberfläche eines Substrats sein, beispielsweise ein Aluminium-Motorblock 10 oder eine Oberfläche einer Eisenhülse, die in den Motorblock 10 eingebaut ist. Somit weist die Zylinderbohrung 14 eine Innenflächenwand 19 auf. In beiden Fällen kann die Oberflächenveredelung der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 ein bearbeitetes Profil sein, das mechanisch aufgeraut oder aktiviert ist.
Es ist offensichtlich, dass, obwohl hier in Verbindung mit der Zylinderbohrung 14 eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt, mit dem sie besonders vorteilhaft ist, die vorliegende Offenbarung Vorteile bereitstellt und ebenso problemlos mit anderen zylindrischen Flächen, wie beispielsweise den Wänden von Hydraulikzylindern und ebenen Flächen, wie planaren Lagern, die Gleit- und Reibungskräften ausgesetzt sind, genutzt werden kann.
Unter Bezugnahme nun auf 2 zeigt ein vergrößerter Querschnitt eines Abschnitts der Zylinderbohrung 14 schematisch die Oberflächenstruktur 20 der aktivierten Oberfläche der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14. Die Oberflächenstruktur 20 wird durch Kompression der Innenfläche 19 erzeugt. In einem Beispiel wird die Oberflächenstruktur 20 durch das Rollen einer Rolle gegen die Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 erzeugt, um die Innenfläche 19 zusammenzudrücken und eine Rille in der Innenfläche 19 zu erzeugen, die nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
Eine thermische Sprühbeschichtung 22 wird aufgebracht und am Oberflächenprofil 20 der Innenfläche 19 angeklebt. Nach vorherigem Honen kann die hierin beschriebene thermische Sprühbeschichtung 22 für die Innenfläche 19 typischerweise in der Größenordnung von 150 µm, und typischerweise im Bereich von 130 µm bis 175 µm liegen. Einige Anwendungen können jedoch thermische Sprühbeschichtungen 22 mit größeren und kleineren Dicken erfordern. Die thermische Sprühbeschichtung 22 kann ein Stahl oder eine Stahllegierung sein, ein anderes Metall oder Legierung, eine Keramik oder ein beliebiges anderes thermisches Spritzmaterial, das für die Betriebsbedingungen des Produkts geeignet ist, und kann durch beliebige der zahlreichen thermischen Spritzverfahren, wie beispielsweise Plasma, Detonation, Drahtbogen, Flamme oder HVOF, die für das Substrat und das angewandte Material geeignet sind, aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme nun auf 3A, ist ein Beispiel des Oberflächenprofils 20 der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 veranschaulicht. Die Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 weist ein Oberflächenprofil 20 auf, das an der Innenfläche 19 mindestens eine spiralförmige Nut 24 bildet. So kann beispielsweise eine große Hauptnut 24 durch eine erste Rolle (nachfolgend näher erläutert) in die innere Oberflächenwand 19 gewalzt oder zusammengedrückt werden, was zu einer spiralförmigen Hauptnut 24 mit einer Teilung P im Bereich von etwa 150 bis 250 µm und einer Gewindehöhe H oder Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 µm führt. Die Hauptnut 24 kann eine erste Flanke 26 gegenüber einer zweiten Flanke 28 aufweisen, wobei ein Winkel A von etwa 60 bis etwa 75 Grad zwischen den Wänden der ersten und zweiten Flanken 26, 28 definiert ist. Die spiralförmige Nut 24 kann beispielsweise einen spiralförmigen Winkel im Bereich von etwa 5 bis etwa 20 Grad aufweisen.
Darüber hinaus kann das Oberflächenprofil 20 in der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 Abschnitte beinhalten, die eine Vielzahl von Hohlräumen oder Vertiefungen 30 in der Innenfläche 19 bilden. Die Vielzahl an Vertiefungen 30 kann entlang der ersten und zweiten Flanken 26, 28 (und/oder in der Senke 32 der Nut 24, in einigen Beispielen, nicht dargestellt) innerhalb der Innenfläche 19 ausgebildet sein. Jede Vertiefung 30 kann beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 20 bis etwa 30 μm aufweisen.
Eine sekundäre spiralförmige Nut 34 kann durch die erste Flanke 26 der Hauptnut 24 gebildet sein. So kann beispielsweise die sekundäre Nut 34 durch einen Mittelpunkt M1 der Gewindehöhe H der ersten Flanke 26 gebildet sein. Ähnlich kann, falls gewünscht, eine dritte spiralförmige Nut 36 durch die zweite Flanke 28 der Hauptnut 24 gebildet sein. Die dritte Nut 36 kann durch einen Mittelpunkt M2 der Gewindehöhe H der zweiten Flanke 28 gebildet sein. Die sekundären und dritten Nuten 34, 36 können beispielsweise Breiten W von etwa 50 bis etwa 80 μm und Tiefen E von etwa 50 bis etwa 100 μm aufweisen. Die sekundäre und dritten Nuten 26, 28 können auch ihre eigenen Vertiefungen beinhalten, falls gewünscht (nicht dargestellt).
Nach dem Komprimieren, beispielsweise durch Rollen, um eine oder mehrere der Nuten 24, 34, 36 und/oder Vertiefungen 30 zu erzeugen, umfasst jede Zylinderbohrung 14 eine Druckeigenspannung. Die resultierende Druckeigenspannung kann eine Größenordnung von mindestens 250 MPa aufweisen; mit anderen Worten, kann die Druckeigenspannung kleiner als oder gleich –250 MPa sein.
Jede Senke 32 kann so ausgebildet sein, dass sie einen Wurzelradius R im Bereich von etwa 30 bis etwa 50 μm aufweist. Der Wurzelradius kann durch folgende Gleichung bestimmt werden: R = 2γ / P (1) wobei γ die Oberflächenspannung der Stahl- oder Stahllegierungsbeschichtung 22 und P die Druckbeaufschlagung während der thermischen Sprühbeschichtung auf den flüssigen Stahl oder die Stahllegierung ist. Der Wurzelradius R bestimmt die Tröpfchengröße des zerstäubten flüssigen Stahls.
Die resultierenden groben Texturen 24, 30, 34, 36, die das Oberflächenprofil 20 bilden, können Radien aufweisen, die größer als 10 µm und ein Grenzflächenverhältnis (Sdr) von mehr als 100 % entwickelt haben, um die Beschichtungshaftung zu verbessern. Sdr berechnet sich aus der Standardgleichung: Sdr = Oberflächenbereich der texturierten Oberfläche – Querschnittsfläche / Querschnittsfläche (2)
So hat beispielsweise eine Einheit der Querschnittsfläche, die zwei Flächeneinheiten der texturierten Oberfläche aufweist, einen Sdr-Prozentsatz von 100((2 – 1)/1). Im Allgemeinen gilt, je größer der Sdr ist, desto größer ist die Haftfestigkeit. Experimente und Praxisprobung haben bestimmt, dass die Haftung für Sdrs unterhalb von 100 % im Allgemeinen die Robustheit, Haltbarkeit und damit die Lebensdauer beeinträchtigt. Dementsprechend liegt in zumindest einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der Sdr bei oder über 100 %.
Unter Bezugnahme nun auf 3B, ist ein weiteres Beispiel des Oberflächenprofils der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 veranschaulicht, das im Allgemeinen mit 20’ bezeichnet wird. Es sollte klar sein, dass die Zylinderbohrung 14 mit dem Oberflächenprofil 20' von 3B die gleichen Eigenschaften wie vorstehend beschrieben aufweisen kann, sofern nicht ausdrücklich von dem in 3A dargestellten Oberflächenprofil 20 als abweichend beschrieben. Das Oberflächenprofil 20' bildet mindestens eine spiralförmige Nut 124 an der Innenfläche 19. So kann beispielsweise eine große Hauptnut 124 durch eine erste Rolle (nachfolgend näher erläutert) in die innere Oberflächenwand 19 gewalzt oder zusammengedrückt werden, was zu einer spiralförmigen Hauptnut 124 mit einer Teilung P im Bereich von etwa 150 bis 250 µm und einer Gewindehöhe H oder Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 µm führt. Die Hauptnut 124 kann eine erste Flanke 126 gegenüber einer zweiten Flanke 128 aufweisen, wobei ein Winkel A von etwa 60 bis etwa 75 Grad zwischen den Wänden der ersten und zweiten Flanken 126, 128 definiert ist.
Darüber hinaus kann das Oberflächenprofil 20’, das in der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 aktiviert ist, Abschnitte beinhalten, die eine Vielzahl von Hohlräumen oder Vertiefungen 130 in der Innenfläche 19 bilden. Die Vielzahl an Vertiefungen 130 ist entlang der ersten und zweiten Flanken 126, 128 (und/oder in der Senke 132 der Nut 124, in einigen Beispielen, nicht dargestellt) innerhalb der Innenfläche 19 ausgebildet. Jede Vertiefung 130 kann beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 20 bis etwa 30 μm aufweisen. Dem Oberflächenprofil 20' fehlen die in 3A dargestellten sekundären und dritten Nuten 34, 36.
Die Oberflächenprofil 20' kann die Gesamtheit des in einem bestimmten Motorblock 10 aktivierten Oberflächenprofils sein. So kann beispielsweise das Oberflächenprofil 20' durch ein einzelnes Rollenrad erzeugt werden. Alternativ kann das Oberflächenprofil 20' ein Zwischenoberflächenprofil darstellen, das durch eine erste Rolle (nachfolgend näher beschrieben) vor dem Rollen von zweiten und/oder dritten Rollen gerollt wurde, um die in 3A dargestellten sekundären und dritten Nuten 34, 36 zu erzeugen.
Unter Bezugnahme nun auf 3C ist ein weiteres Beispiel des Oberflächenprofils der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 veranschaulicht, das im Allgemeinen mit 20’’ bezeichnet wird. Es sollte klar sein, dass die Zylinderbohrung 14 mit dem Oberflächenprofil 20’’ von 3C die gleichen Eigenschaften wie vorstehend beschrieben aufweisen kann, sofern nicht ausdrücklich von dem in 3A oder 3B dargestellten Oberflächenprofil 20, 20’ als abweichend beschrieben. Das Oberflächenprofil 20’’ bildet mindestens eine spiralförmige Nut 224 an der Innenfläche 19. So kann beispielsweise eine große Hauptnut 224 durch eine erste Rolle (nachfolgend näher erläutert) in die innere Oberflächenwand 19 gewalzt oder zusammengedrückt werden, was zu einer spiralförmigen Hauptnut 224 mit einer Teilung P im Bereich von etwa 150 bis 250 µm und einer Gewindehöhe H oder Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 µm führt. Die Hauptnut 224 kann eine erste Flanke 226 gegenüber einer zweiten Flanke 228 aufweisen, wobei ein Winkel A von etwa 60 bis etwa 75 Grad zwischen den Wänden der ersten und zweiten Flanken 226, 228 definiert ist.
Dem Oberflächenprofil 20’’ fehlt die in den 3A–3B dargestellten Einsenkungen 30, 130. Ein derartiges Oberflächenprofil 20’’ kann eine ausreichende Oberflächenrauheit für niedrigere Beschichtungsadhäsionskraftanwendungen, wie beispielsweise Motoren mit geringerer Leistungsdichte, bereitstellen. Im dargestellten Beispiel fehlt dem Oberflächenprofil 20’’ auch die in 3A dargestellten sekundären und dritten Nuten 34, 36; jedoch können, falls gewünscht, sekundäre und dritte Nuten (wie beispielsweise die Elemente 34 und 36, die in 3A dargestellt sind) in den Flanken 226, 228 der Hauptnut 224 beinhaltet sein, ähnlich den in 3A dargestellten sekundären und dritten Nuten.
Die Oberflächenprofil 20’’ kann die Gesamtheit des in einem bestimmten Motorblock 10 aktivierten Oberflächenprofils sein. Alternativ kann das Oberflächenprofil 20’’ ein Zwischenoberflächenprofil darstellen, das durch eine erste Rolle (nachfolgend näher beschrieben) vor dem Rollen von zweiten und/oder dritten Rollen gerollt wurde, um die in 3A dargestellten sekundären und dritten Nuten 34, 36 zu erzeugen.
Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein Verfahren 300 zum Aktivieren einer Innenfläche 19 einer Motorzylinderbohrung 14 beschrieben, um eine bessere Haftung zwischen einer nachfolgend aufgebrachten Beschichtung und der Innenfläche 19 zu erreichen. Das Verfahren 300 beinhaltet das Komprimieren der Innenfläche 19 zum Erzeugen eines Oberflächenprofils auf der Innenfläche. Mit anderen Worten, anstelle von (oder zusätzlich zum) Entfernen von Material von der Innenfläche 19 unter Verwendung eines Werkzeugs zum Entfernen von Material oder durch Erosion durch Wasserstrahlen wird beispielsweise das Aluminiummaterial der Zylinderbohrung 14 komprimiert. In einigen Beispielen beinhaltet das Verfahren 300 das Komprimieren der Innenfläche 19 durch Rollen mindestens einer Rolle entlang der Innenfläche.
Das Verfahren 300 kann einen Schritt 302 zum Vorbearbeiten der Zylinderbohrungen innerhalb eines Motorblocks beinhalten. Das Verfahren 300 kann dann einen Schritt 304 beinhalten, der die Innenflächen der Zylinderbohrungen zusammenpresst, um die Oberflächen für eine bessere Haftung einer nachfolgend aufgebrachten thermischen Sprühbeschichtung zu aktivieren. So können beispielsweise eine oder mehrere Mikrorollen zum Erzeugen von Nutzen entlang der Innenfläche gerollt werden, wie beispielsweise eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen spiralförmigen Nuten 24, 34, 36, 124, 224. Das Erzeugen der Nuten führt zu einer Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der Zylinderbohrungen. Der Schritt 304 kann das Rollen einer ersten Rolle, einer zweiten Rolle und/oder einer dritten Rolle entlang der Innenfläche jeder Zylinderbohrung beinhalten, wie beispielsweise eines der vorstehend beschriebenen Oberflächenprofile 20, 20’, 20’’. Jede der Rollen, wenn mehr als eine verwendet wird, kann gleichzeitig entlang der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 gerollt werden, um die Konzentrizität der Zylinderbohrung aufrechtzuerhalten.
Bei Schritt 306 kann das Verfahren 300 wahlweise das Waschen der Zylinderbohrungen 14 beinhalten, beispielsweise nach dem Komprimieren der Innenfläche 19 mit der Rolle oder den Rollen. Das Verfahren 308 beinhaltet dann einen Schritt 308 des Thermischen Spritzens oder Abscheidens einer thermischen Sprühbeschichtung auf der Innenfläche 19. Das Verfahren 300 kann dann mit Schritt 310 fortfahren, die thermisch gespritzten Innenflächen zu untersuchen, falls dies gewünscht wird.
Um das Verfahren 300 durchzuführen, können bestimmte optionale Schritte beinhaltet sein. So kann beispielsweise die erste Rolle als eine erste Rollenmusterkonfiguration vorgesehen sein, und eine zweite Rolle kann als eine zweite Rollenmusterkonfiguration vorgesehen sein, wobei die erste Rollenmusterkonfiguration anders ist als die zweite Rollenmusterkonfiguration. Beide Rollen können entlang der Innenfläche gerollt werden, um unterschiedliche Eigenschaften im Oberflächenprofil zu erzeugen. Alternativ können sowohl die erste als auch die zweite Rolle mit identischen Rollenmusterkonfigurationen vorgesehen sein. In ähnlicher Weise kann eine dritte, vierte oder fünfte (oder zusätzliche) Rolle vorgesehen sein, die dieselben oder unterschiedliche Rollenmusterkonfigurationen aufweist, um eine zusätzliche Oberflächenstruktur zu erzeugen. Jede der Rollen kann entlang der Innenfläche 19 gerollt werden, um Material der Innenfläche 19 entweder gleichzeitig oder nacheinander zu komprimieren.
Der Kompressionsschritt 304 kann auch das Rollen einer spiralförmigen Nut in die Innenfläche 19 beinhalten, wie zum Beispiel in den 3A–3C dargestellt. Wenn mehrere Rollen verwendet werden, kann jede genutzt werden, um ihre eigene spiralförmige Nut zu erzeugen, wie zum Beispiel in 3A dargestellt. Somit kann das Verfahren 300 das Erzeugen erster, zweiter und dritter spiralförmiger Nuten innerhalb der Innenfläche 19 beinhalten. Der Kompressionsschritt 304 kann auch das Erzeugen einer Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche 19 beinhalten, wie zum Beispiel in den 3A–3B dargestellt. Der Kompressionsschritt 304 kann auch das Erzeugen einer Druckeigenspannung in der Zylinderbohrung beinhalten, die eine Größe von mindestens 250 MPa (oder weniger als –250 MPa Druckeigenspannung) aufweist. Der Kompressionsschritt 304 des Verfahrens 300 kann das Erzeugen einer Vielzahl von rauen Strukturen beinhalten, die jeweils Radien größer als 10 µm aufweisen und ein Grenzflächenverhältnis (Sdr) von mehr als 100 % entwickeln, um die Beschichtungshaftung zu verbessern. Ferner kann der Kompressionsschritt 304 des Verfahrens 300 das Erzeugen einer oder mehrerer spiralförmiger Nuten mit einer Teilung von etwa 150 bis etwa 250 μm, einer Tiefe (oder Gewindehöhe) von etwa 100 bis etwa 250 μm beinhalten und der Kompressionsschritt 304 des Verfahrens 300 kann das Erzeugen von Vertiefungen mit einem Durchmesser von etwa 20 bis etwa 30 µm beinhalten. Zusätzliche Details des Verfahrens 300 können in die Beschreibung einer Rollenanordnung integriert werden, die zur Durchführung des Verfahrens 300 genutzt werden können, wie nachfolgend beschrieben wird.
Unter Bezugnahme nun auf 5 ist eine Rollenanordnung zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung schematisch dargestellt und im Allgemeinen mit 400 bezeichnet. Die Zylinderbohrung 14 und die Innenfläche 19 sind, wie zu sehen ist, nur zur Übersichtlichkeit skizziert, obwohl es verstanden werden sollte, dass man bei der eigentlichen Anwendung die Zylinderbohrung 14 oder die Innenfläche 19 nicht sehen kann.
Die Rollenanordnung 400 kann eine Zentralwelle 402 beinhalten, die eine Mittelachse C durch sie hindurch definiert. In der dargestellten Ausführungsform verläuft die Mittelachse C auch koaxial zu einer Mittelachse der Zylinderbohrung 14 und somit ist die Mittelachse C die Mittelachse der Zylinderbohrung 14. Zumindest eine Rolle 404 ist vorgesehen und konfiguriert, um sich um die Mittelachse C zu drehen.
Unter Bezugnahme auf die 6A–6C sind zusätzliche Details der Rolle 404 dargestellt. Die Rolle 404 ist in diesem Beispiel eine Hauptrolle oder erste Rolle. Die Rolle 404 ist ein Rad, das einen Hauptkörperabschnitt 406 und eine Aktivierungskante 408 aufweist, die konfiguriert ist, um eine Nut in die Innenfläche 19 der Motorzylinderbohrung 14 zu komprimieren, wie in den 3A–3C dargestellt. Die Aktivierungskante 408 ist so konfiguriert, dass sie eine spiralförmige Nut in die Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 komprimiert, wenn die Rolle 404 entlang der Innenfläche 19 gerollt wird, wie in den vorstehenden 3A–3C dargestellt. Die Aktivierungskante 408 kann auf einem Aktivierungsabschnitt 409 angeordnet sein, der sich von einem äußeren Abschnitt 411 des Hauptkörperabschnitts 406 der Rolle 404 erstreckt.
Die Rolle 404 kann auch eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen 410 beinhalten, die sich von der Außenkante (Aktivierungskante 408) erstrecken. Die Mikrovorsprünge 410 sind konfiguriert, um eine Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche 19 der Motorzylinderbohrung 14, wie sie vorstehend in den 3A–3B dargestellt und beschrieben sind, durch Kompression der Mikrovorsprünge 410 gegen die Innenfläche 19 zu erzeugen, wenn die Rolle 404 entlang der Innenfläche 19 gerollt wird.
Der Hauptkörper 406 der Rolle 404 kann eine Höhe J von etwa 200 bis etwa 250 μm oder jede andere gewünschte Höhe aufweisen, um die spiralförmige Nut, wie die spiralförmige Nut 24, in der Innenfläche 19 zu erzeugen. Ähnlich kann der Aktivierungsabschnitt 409 eine Breite K im Bereich von etwa 200 bis etwa 250 µm aufweisen. Ferner können die Mikrovorsprünge 410 als Dornen, Stöße oder als eine beliebige andere gewünschte Form vorgesehen sein, um Vertiefungen zu erzeugen, wie beispielsweise die Vertiefungen 30, 130, die in den 3A–3B dargestellt sind.
Die Rolle 404 weist eine zentrale Öffnung 412 auf, die durch die Höhe J des Hauptkörperabschnitts 406 gebildet ist. Ein Stift oder eine Achse 414 kann sich durch die Öffnung 412 erstrecken, sodass sich die Rolle 404 um die Achse 414 drehen kann. Eine Rollenwelle 416 ist mit der Achse 414 gekoppelt. Die Rollenwelle 416 ist ebenfalls mit der Zentralwelle 402 gekoppelt. Eine Kurbel 418 kann mit der Zentralwelle 402 gekoppelt sein, sodass die Zentralwelle 402 um die zentrale Achse C drehbar ist. Durch Drehen der Kurbel 418 kann die Rolle 404 um die Achse 414 und um die Mittelachse C gedreht werden, um eine Nut (wie etwa die Nut 24) in der Innenfläche 19 zu bilden.
In einigen Beispielen beinhaltet die Rollenanordnung 400 auch eine zweite Rolle 420 und eine dritte Rolle 422. Die Rollenanordnung 400 könnte eine beliebige Anzahl von Rollen 404, 420, 422 aufweisen, wie beispielsweise eine, zwei, drei, vier, fünf oder sechs Rollen 404, 420, 422. Die Rollen 404, 420, 422 können im Abstand voneinander und von der Mittelachse C beabstandet sein, um die Konzentrizität der Zylinderbohrung 14 aufrechtzuerhalten, wenn die Rollen 404, 420, 422 entlang der Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 gerollt werden. Somit sind, wie die erste Rolle 404, die zweiten und dritten Rollen 420, 422 jeweils konfiguriert, um sich um eine Achse 424, 426 zu drehen, die mit einer Rollenwelle 428, 430 gekoppelt ist, die sich von der Mittelachse 402 erstreckt, und jede Rolle 420, 422 ist konfiguriert, um die Mittelachse C zum Aktivieren der Innenfläche 19 zu drehen. Daher können die erste, zweite und dritte Rolle 404, 420, 422 entlang der Innenfläche 19 gleichzeitig gerollt werden, um die Bohrungskonzentrizität durch Drehen der Welle 402 aufrechtzuerhalten.
Entlang der Höhe M der Zentralwelle 402 kann jede der Rollenwellen 416, 428, 430 um etwa 50 μm von einer anderen der Rollenwellen 416, 428, 430 positioniert sein. So kann beispielsweise die zweite Rollenwelle 428 an oder nahe einem distalen Ende 432 der Zentralwelle 402 positioniert sein, und die erste Rollenwelle 416 kann in einem Abstand d1 von der zweiten Rollenwelle 428 positioniert sein, wobei d1 etwa 50 μm beträgt. Ähnlich kann die dritte Rollenwelle 430 in einem Abstand d2 von der ersten Rollenwelle 416 positioniert sein, wobei d2 ebenfalls gleich etwa 50 μm ist.
Mit anderen Worten, kann die Rollenwelle 416 entlang einer ersten Ebene P1 angeordnet sein, die zweite Rollenwelle 428 kann entlang einer zweiten Ebene P2 angeordnet sein und die dritte Rollenwelle 430 kann entlang einer dritten Ebene P2 angeordnet sein, wobei die erste, zweite und dritte Ebene P1, P2, P3 parallel zueinander sind. Die erste Ebene P1 kann etwa 50 bis etwa 80 μm von der zweiten Ebene P2 entfernt angeordnet sein und die erste Ebene P1 kann ebenfalls etwa 50 bis etwa 80 μm von der dritten Ebene P3 angeordnet sein. Somit befindet sich in diesem Beispiel die erste Ebene P1 zwischen der zweiten und der dritten Ebene P2, P3.
Die Mikrovorsprünge 410, die sich von der Aktivierungsfläche 408 der ersten Rolle 404 erstrecken, sind mit einem Querschnitt eines Trapezes in 6C dargestellt. Dementsprechend könnten in einer dreidimensionalen Ansicht die Mikrovorsprünge 410 so verstanden werden, dass sie eine trapezförmige Prismenform aufweisen. Jede Mikroprojektion 410 könnte beispielsweise einen Durchmesser von etwa 20 bis etwa 50 μm aufweisen.
Unter Bezugnahme nun auf die 7A–7F sind weitere Beispiele von Variationen der Mikrovorsprünge 410a–410f dargestellt. Jede der Formen der dargestellten Mikrovorsprünge 410a–410f könnte für die in 6C dargestellte Mikroprojektion 410 ersetzt werden, oder jede andere nicht dargestellte Form könnte verwendet werden. Zusätzlich könnten die mehreren unterschiedlichen Formen für die Mikroprojektion 410, 410a–410f auf einer einzigen Aktivierungskante 408 der Rolle 404 verwendet werden. So könnten sich beispielsweise die Mikrovorsprünge 410, 410a–410f entlang der Aktivierungskante 408 in ihrer Form abwechseln.
Unter Bezugnahme auf 7A kann beispielsweise jede Mikroprojektion 410 auf der Aktivierungskante 408 eine abgerundete Kante und/oder die Form einer abgeflachten Bergspitze aufweisen, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410a markiert ist. Unter Bezugnahme auf 7B könnte jede Mikroprojektion 410 auf der Aktivierungskante 408 eine Kegelform aufweisen, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410b markiert ist. Unter Bezugnahme auf 7C könnte jede Mikroprojektion 410 an der Aktivierungskante 408 eine kombinierte Form aufweisen, wie beispielsweise einen Kegel auf einem Zylinder, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410c markiert ist. Unter Bezugnahme auf 7D könnte jede Mikroprojektion 410 an der Aktivierungskante 408 eine weitere kombinierte Form aufweisen, wie beispielsweise ein dreieckiges Prisma auf einem Würfel oder Quader, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410d markiert ist. Unter Bezugnahme auf 7E könnte jede Mikroprojektion 410 auf der Aktivierungskante 408 eine Tetraederform aufweisen, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410e markiert ist. Unter Bezugnahme auf 7F könnte jede Mikroprojektion 410 an der Aktivierungskante 408 eine sechseckige Form aufweisen, wie beispielsweise ein sechseckiges Prisma oder eine sechseckige feste Form, wobei die Mikroprojektion in dieser Variation als Element 410f markiert ist. Obwohl exemplarische Mikroprojektionsformen 410, 410a–f in den 6C und 7A–7F dargestellt sind, sollte verstanden werden, dass die Mikrovorsprünge 410 jede andere geeignete Form aufweisen könnten, um die Innenfläche 19 zu aktivieren, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Variation einer Rolle dargestellt und mit dem Bezugszeichen 440 bezeichnet. Diese Nummerierungskonvention zeigt an, dass die Rollenkonfigurationen 404’, 420’, 422’ verwendet werden könnten, um beliebige oder alle der vorstehend dargestellten und beschriebenen Rollen 404, 420, 422 zu ersetzen. In ähnlicher Weise könnte die Konfiguration der ersten Rolle 404, die in 6C dargestellt ist, auch für die zweite und dritte Rolle 420, 422 verwendet werden. Jede Kombination der in 6C dargestellten Rolle 404 und der in 8 dargestellten Rollen 404', 420', 422' könnte für eines der vorstehend beschriebenen Rollenräder 404, 420, 422 verwendet werden. Eine oder mehrere der Rollen 404, 420, 422 könnten identisch sein und/oder eine oder mehrere der Rollen 404, 420, 422 könnte den Rollen 404', 420', 422' ähneln, die in Mikrovorsprüngen 410 fehlen.
8 zeigt eine Version einer Rolle 440, die ein Rad mit einem Hauptkörperabschnitt 406' und einer Aktivierungskante 408' ist und konfiguriert ist, um eine Nut in die Innenfläche 19 der Motorzylinderbohrung 14 zu drücken, wie in den 3A–3C dargestellt. Die Aktivierungskante 408 ist so konfiguriert, dass sie eine spiralförmige Nut in die Innenfläche 19 der Zylinderbohrung 14 komprimiert, wenn die Rolle 440 entlang der Innenfläche 19 gerollt wird, wie in den vorstehenden 3A–3C dargestellt. Die Aktivierungskante 408 kann auf einem Aktivierungsabschnitt 409 angeordnet sein, der sich von einem äußeren Abschnitt 411 des Hauptkörperabschnitts 406 erstreckt. Die Rolle 440 weist keine Mikrovorsprünge 410, 410a–410f auf, wie in den 6C und 7A–7F dargestellt. Daher ist die Rolle 440 konfiguriert, um eine spiralförmige Nut ohne Vertiefungen zu erzeugen, wie beispielsweise die in 3C dargestellte spiralförmige Nut 224. Zusätzlich kann die Rolle 440 die spiralförmigen Nuten 34, 36 durch die Flanken 26, 28 der ersten in 3A dargestellten spiralförmigen Nut 24 erzeugen.
Der Hauptkörper 406’ der Rolle 440 kann eine Höhe N von etwa 200 bis etwa 250 μm oder jede andere gewünschte Höhe aufweisen, um die spiralförmige Nut, wie zum Beispiel die spiralförmigen Nuten 224, 34, 36 in der Innenfläche 19 zu erzeugen. Ähnlich kann der Aktivierungsabschnitt 409’ eine Breite O im Bereich von etwa 200 bis etwa 250 µm aufweisen.
Die Rolle 440 kann als eine beliebige der vorstehend beschriebenen Rollen 404, 420, 422 verwendet werden. In einem Beispiel erscheint die erste Rolle, wie in den 6A–6C dargestellt, mit Mikrovorsprüngen, die sich von der Aktivierungskante 408 erstrecken, während die zweiten und dritten Rollen 420, 422 die Konfiguration der in 8 dargestellten Rolle 440 verkörpern und keine Mikrovorsprünge 410 aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine alternative Anordnung für einen Abschnitt der Rollenanordnung dargestellt und mit 400’’ bezeichnet, einschließlich zwei der Rollen 420’’, 422’’. Anstelle einer Rolle 404, 420, 422 pro Achse 414, 424, 426 jeder Rollenwelle 416, 428, 430 können zwei Rollen 420’’, 422’’ auf einer einzelnen Achse 434, die über Kopplungsabschnitte 436 mit einer der Rollenwellen 416, 424, 426 gekoppelt sein kann, kombiniert werden. Zwischen den Rollen 420’’, 422’’ kann ein Abstandshalter 438 angeordnet sein, um die Rollen 420’’, 422’’ um einen Abstand s, der im Bereich von etwa der Hälfte der Teilungsbreite oder etwa 100 bis etwa 150 μm liegen könnte, beabstandet zu halten. Die Anordnung von zwei Rollen 420’’, 422’’ auf einer einzelnen Achse 434 könnte für jede der in 5 dargestellten einzelnen Rollen 404, 420, 422 ersetzt werden, oder die in 9 dargestellte kombinierte Achsanordnung kann anstelle von zwei der Rollenwellen 416, 428, 430 und zugehörigen Rollen/Achsen, falls gewünscht, erfolgen. In einigen Variationen könnten drei Rollen (oder jede gewünschte Anzahl von Rollen) auf eine einzelne Achse kombiniert werden, falls gewünscht.
Es sollte verstanden werden, dass die vorstehend beschriebene Sdr-Messung dreidimensional ist. Es wird angenommen, dass diese Oberflächenstruktur die Haftung der thermischen Sprühbeschichtung durch Erzeugen von Verbindungen zwischen der texturierten Oberfläche des Substrats und der thermischen Sprühbeschichtung in unterschiedlichen dimensionalen Größen oder Maßstäben, von submikroskopisch bis mikroskopisch.
Diese Beschreibung ist lediglich exemplarisch und Variationen sollen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung liegen. Die hier gezeigten Beispiele können auf verschiedene Arten kombiniert werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen bzw. zu überschreiten. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung, um eine bessere Haftung zwischen einer nachfolgend aufgebrachten Beschichtung und der Innenfläche zu erreichen, das Verfahren umfassend: das Komprimieren der Innenfläche zum Erzeugen eines Oberflächenprofils auf der Innenfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Komprimierens der Innenfläche das Rollen einer Rolle entlang der Innenfläche beinhaltet, um eine Textur auf der Innenfläche zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die Rolle eine erste Rolle ist, und worin der Schritt des Komprimierens der Innenfläche ferner das Rollen einer zweiten Rolle entlang der Innenfläche und das Rollen einer dritten Rolle entlang der Innenfläche beinhaltet, worin das Rollen der ersten, zweiten und dritten Rollen entlang der Innenfläche gleichzeitig durchgeführt wird, um die Bohrungskonzentrizität aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Abscheiden einer thermischen Sprühbeschichtung auf der Innenfläche.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin die erste Rolle als eine erste Rollenmusterkonfiguration vorgesehen ist und die zweite Rolle als eine zweite Rollenmusterkonfiguration vorgesehen ist, wobei die erste Rollenmusterkonfiguration von der zweiten Rollenmusterkonfiguration verschieden ist, worin der Schritt des Komprimierens der Innenfläche das Erzeugen einer ersten spiralförmigen Nut an der Innenfläche beinhaltet, worin der Schritt des Komprimierens der Innenfläche das Erzeugen einer Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche beinhaltet, wobei das Verfahren ferner das Erzeugen einer zweiten spiralförmigen Nut durch eine erste Flanke der ersten spiralförmigen Nut umfasst, wobei das Verfahren ferner das Erzeugen einer dritten spiralförmigen Nut durch eine zweite Flanke der ersten spiralförmigen Nut umfasst, worin der Schritt des Komprimierens der Innenfläche das Erzeugen einer Druckeigenspannung in der Zylinderbohrung mit einer Größe von mindestens 250 MPa beinhaltet, worin die Textur eine Vielzahl von groben Texturen mit jeweiligen Radien von mehr als 10 μm und einem entwickelten Grenzflächenbereichsverhältnis (Sdr) von mehr als 100 % aufweist, um die Beschichtungshaftung zu verbessern, wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen jeder der spiralförmigen Nuten mit einer Teilung im Bereich von etwa 150 bis etwa 250 μm aufweist, wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen der ersten spiralförmigen Nut mit einer Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 μm umfasst, und das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen jeder der Vertiefungen mit einem Durchmesser von etwa 20 bis etwa 30 μm.
Motorblock umfassend: eine Vielzahl von Zylinderbohrungen, wobei jede Zylinderbohrung eine Innenfläche aufweist, wobei jede Innenfläche ein Oberflächenprofil aufweist, das eine spiralförmige Nut aufweist, die in der Innenfläche ausgebildet ist; und eine thermische Sprühbeschichtung, die auf der Innenfläche jeder Zylinderbohrung ausgebildet ist, wobei die thermische Sprühbeschichtung am Oberflächenprofil der Innenfläche haftet.
Motorblock nach Anspruch 6, wobei das Oberflächenprofil jeder Innenfläche ferner eine Vielzahl von Vertiefungen umfasst, die in der Innenfläche ausgebildet sind.
Motorblock nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die spiralförmige Nut eine erste spiralförmige Nut ist, wobei das Oberflächenprofil jeder Innenfläche ferner eine zweite spiralförmige Nut umfasst, die durch eine erste Flanke der ersten spiralförmigen Nut und eine dritte spiralförmige Nut gebildet ist, die durch eine zweite Flanke der ersten spiralförmigen Nut gebildet ist.
Motorblock nach Anspruch 6, Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin jede Zylinderbohrungsoberfläche eine Druckeigenspannung mit einer Größe von mindestens 250 MPa umfasst, worin jede Zylinderbohrung eine Vielzahl von rauen Texturen beinhaltet, die jeweils Radien größer als 10 µm aufweisen und ein Grenzflächenverhältnis (Sdr) von mehr als 100 % entwickelt, um die Beschichtungshaftung zu verbessern, und worin jede der Innenflächen der Zylinderbohrungen aus Aluminium gebildet ist.
Motorblock nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei jede der spiralförmigen Nuten eine Teilung im Bereich von etwa 150 bis etwa 250 μm aufweist, wobei die erste spiralförmige Nut eine Tiefe von etwa 100 bis etwa 250 μm aufweist und wobei jede der Vertiefungen einen Durchmesser von etwa 20 bis etwa 30 μm aufweist, wobei die erste und die zweite Flanke einen Winkel von etwa 60 bis etwa 75 Grad dazwischen definieren.
Rollenanordnung zum Aktivieren einer Innenfläche einer Motorzylinderbohrung, wobei die Rollenanordnung umfasst: eine Zentralwelle, die eine Mittelachse definiert; eine Rolle, die konfiguriert ist, um sich um die Mittelachse zu drehen, wobei die Rolle eine Aktivierungskante aufweist, die konfiguriert ist, um eine Nut in eine Innenfläche einer Motorzylinderbohrung zu komprimieren.
Rollenanordnung nach Anspruch 11, wobei die Rolle eine erste Rolle ist, wobei die Rollenanordnung ferner eine zweite Rolle umfasst, die konfiguriert ist, um die Mittelachse zu drehen und die Innenfläche der Motorzylinderbohrung zu aktivieren.
Rollenanordnung nach Anspruch 12, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Rollen eine Vielzahl von Mikrovorsprüngen umfasst, die sich von der Aktivierungskante erstrecken, wobei die Vielzahl von Mikrovorsprüngen konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Vertiefungen in der Innenfläche der Motorzylinderbohrung zu erzeugen, wobei die Rollenanordnung ferner eine dritte Rolle umfasst, die konfiguriert ist, um die Mittelachse zu drehen und die Innenfläche der Motorzylinderbohrung zu aktivieren.
Rollenanordnung nach Anspruch 13, wobei die ersten, zweiten und dritten Rollen um einen gleichmäßigen Abstand voneinander und von der Mittelachse beabstandet sind, wobei die Rollenanordnung ferner umfasst: eine erste Achse, um welche die erste Rolle drehbar ausgebildet ist; eine zweite Achse, um welche die zweite Rolle drehbar ausgebildet ist; eine dritte Achse, um welche die dritte Rolle drehbar ausgebildet ist; eine erste Rollenwelle, die mit der ersten Achse gekoppelt ist, wobei sich die erste Rollenwelle von der Zentralwelle erstreckt; eine zweite Rollenwelle, die mit der zweiten Achse gekoppelt ist, wobei sich die zweite Rollenwelle von der Zentralwelle erstreckt; und eine dritte Rollenwelle, die mit der dritten Achse gekoppelt ist, wobei sich die dritte Rollenwelle von der Zentralwelle erstreckt, worin die erste Rollenwelle entlang einer ersten Ebene, die dritte Rollenwelle entlang einer dritten Ebene und die dritte Rollenwelle entlang einer dritten Ebene angeordnet ist, wobei die erste, zweite und dritte Ebene parallel zueinander sind, wobei die erste Ebene etwa 50 bis etwa 80 μm von der zweiten Ebene beabstandet ist und die erste Ebene etwa 50 bis etwa 80 μm von der dritten Ebene beabstandet ist.
Rollenanordnung nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine erste Achse, um welche die erste Rolle drehbar ausgebildet ist; eine zweite Achse, um welche die zweiten und dritten Rollen drehbar ausgebildet sind; eine erste Rollenwelle, die mit der ersten Achse gekoppelt ist, wobei sich die erste Rollenwelle von der Zentralwelle erstreckt; und eine zweite Rollenwelle, die mit der zweiten Achse gekoppelt ist, wobei sich die zweite Rollenwelle von der Zentralwelle erstreckt.