DE102017213360A1 - Prozessbox zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen eines Objekts bei einem thermischen Beschichten und entsprechendes Verfahren - Google Patents

Abstract

Um eine Prozessbox (100) zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen (10) eines Objekts (11) bei einem thermischen Beschichten zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Absaugöffnung (25,26) derart dimensioniert ist, dass das gesamte von einer im Aufnahmeraum (22,23) angeordneten Beschichtungslanze (16,17) erzeugte Material über die Absaugöffnung (25,26) luftgetragen abführbar ist. Um weiterhin eine Beschichtungsanlage (200) zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung (34,35) eines Zylinderkurbelgehäuses (36,37) für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Beschichtungslanze (16,17) gemeinsam mit der Prozessbox (100) zu einer Zylinderbohrung (34,35) positionierbar ist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird, um ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass in der Position in Schritt a. das gesamte Material des Beschichtungsstrahls (24) in das geschlossene Gehäuse (20) abgegeben wird und mittels zumindest einer Absaugöffnung (25,26) luftgetragen abgeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Prozessbox gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen eines Objekts bei einem thermischen Beschichten und eine Beschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Beschichten einer metallischen Innenraum-Oberfläche eines Objekts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
• Technisches Gebiet
• Thermisches Beschichten ist ein Verfahren, das dem thermischen Spritzen zuzuordnen ist. Dazu gehören unter anderem Pulver-Plasmaspritz-Verfahren, wie zum Beispiel Atmosphärisches Plasma-Spritzen (APS), und Draht-Plasma-Spritzverfahren, wie zum Beispiel Plasma-Transfer-Wire-Arc (PTWA), Rotating-Single-Wire-Spritzen (RSW). Daneben existieren weitere relevante thermische Beschichtungsverfahren wie Lichtbogen-Draht-Spritzen (LDS) und Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF). Diese unterscheiden sich grundsätzlich durch die Bereitstellung des kalten, also im festen Aggregatzustand, Beschichtungsmaterials als Pulver (APS) oder als Draht (RSW) oder Stab. Bei den Draht-Spritz-Verfahren muss das Beschichtungsmaterial vollständig aufgeschmolzen werden, um vom Zuführmaterial abgetrennt werden zu können und so als Partikel gegen die zu beschichtende Oberfläche beschleunigt zu werden. Beim Pulver-Spritz-Verfahren hingegen ist es möglich, aber nicht zwingend, die einzelnen Pulverpartikel lediglich anzuschmelzen und einen kalten, also festen, Kern zu erhalten. Zudem sind beim Pulver-Spritz-Verfahren die Form und Größe oder gar eine Zusammensetzung der Partikel frei einstellbar. In der Regel werden beim Pulver-Plasmaspritzen die Partikel im bis zu 15.000 K heißen Plasmastrahl aufgeschmolzen, über das Plasmagas beschleunigt und auf das zu beschichtende Werkstück beziehungsweise die zu beschichtende Fläche aufgetragen. Dabei wird die Energie der Teilchen/Partikel über Spritzabstand beziehungsweise Plasmaparameter so eingestellt, dass die Partikel im gerade noch flüssigen beziehungsweise teigigen Zustand auf die Oberfläche auftreffen, mit dem Auftreffimpuls ihre Energie an den Grundwerkstoff abgeben und direkt erstarren. Nachteilig ist eine Abhängigkeit der Ausrichtung und des Streuwinkels beziehungsweise des Streukegels des beschichtungswirksamen Beschichtungsstrahls von dem Material, Größe und Form der zugeführten Partikel, sowie der Zuführrichtung und Zuführgeschwindigkeit.
• Jedem der Verfahren zum thermischen Beschichten beziehungsweise Plasmastrahl-Beschichten ist gemein, dass ein Heißgasstrahl, welcher zumindest zum Teil ionisiertes Gas enthält, zum Beispiel eine Flamme, sowohl zum Erhitzen des zugeführten Materials als auch zum gerichteten Beschleunigen der Partikel eingerichtet ist. Hierbei ist zumeist eine Kathode und Anode vorgesehen, zwischen denen ein Lichtbogen zur Ionisierung und/oder Entzündung eines kalt oder vorgewärmt zugeführten Gases erzeugt wird. Alternativ wird ein Gas mit einer gewünschten Temperatur heiß zugeführt. Bei den Drahtspritz-Verfahren PTWA, RSW dient der zugeführte Draht als eine Anode, so dass hier zwischen Kathode (Brenner) und anodisch geschaltetem Draht ein Lichtbogen zum Abschmelzen des Drahtes genutzt wird. Beim LDS Verfahren (Zweidraht-Verfahren) wird ein Lichtbogen zwischen einem anodisch und einem kathodisch geschaltetem Draht gezündet und die beiden Drähte abgeschmolzen. Bei allen Draht-Verfahren wird dann ein Zerstäubergas (Druckluft beziehungsweise Inertgas wie Argon oder Stickstoff) zum Zerstäuben und Beschleunigen des Spritzgutes zur zu beschichtenden Oberfläche genutzt. Das thermische Beschichten unterscheidet sich vom Auftragschweißen vor allem dadurch, dass der Wärmeeintrag in die zu beschichtende Oberfläche zumindest so gering ist, dass diese nicht angeschmolzen wird, oder zumeist so gering ist, dass das Gefüge des zu beschichtenden Materials nicht verändert wird.
• Stand der Technik
• Eine solche Prozessbox mit einer Beschichtungslanze und einem Maskierungsschild ist beispielsweise aus WO 2016/015922 A1 , die sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur metallischen Beschichtung sowie einer Aufnahmeeinheit für diese Vorrichtung befasst, zum Beispiel auf Seite 2, erster bis dritter Absatz, bekannt. Dort wird die Problematik beschrieben, dass beim Einschalten und Ausschalten eines Metall-Plasmastrahls verstärkter Overspray erzeugt und Schichtdickenabweichungen am Werkstück auftreten können. Wie sich Seite 3, letztem Absatz entnehmen lässt, soll der Metall-Plasmastrahl daher nicht abgeschaltet beziehungsweise außerhalb der zu beschichtenden Oberfläche angeschaltet und ausgeschaltet werden.
• Unter Overspray wird teils der reine Staubanteil bezeichnet, der also lediglich zu einer Verunreinigung durch passives Anhaften, beispielsweise infolge statischer Ladung oder molekularbindend an frisch aufgetragenes noch angeschmolzenes Beschichtungsmaterial. Hauptsächlich aber wird Material, das beim Austauchen aus dem Beschichtungsbereich (zum Beispiel einer Zylinderlaufbahn) in Bereiche verspritzt wird, wo keine Beschichtung haften soll oder darf, wie beispielsweise Kurbelraum, Topdeck (Wasserräume, Ölkanäle und ähnliches) oder frei in den Raum verspritztes Material (zum Beispiel beim Eintauchen und Austauchen des Brenners in beziehungsweise aus dem Zylinderrohr zwischen den einzelnen Beschichtungsüberläufen an den außerhalb des Zylinderrohrs liegenden Umkehrpunkten oder beim Umsetzen des Brenners in die nächste Zylinderbohrung beziehungsweise des nächsten zu beschichtenden Bereichs) als Overspray bezeichnet. Zusätzlich wird auch der Anteil des beschichtungswirksamen Beschichtungsstrahls als Overspray bezeichnet, welcher aufgrund des in diesem Mantelrandbereich reduzierten Partikelanteils zu einer unerwünscht rauen Oberflächenbeschichtung führt. Im weiteren wird die letzte Definition verwendet und die engere erste Definition als Staub bezeichnet.
• Es wird in der WO 2016/015922 A1 im letzten Absatz der Seite 3 zu diesem Zweck vorgeschlagen, eine Absaugglocke vorzusehen, in welcher eine ringförmige Aufnahmeeinheit beziehungsweise eine trommelförmige Aufnahmeeinheit zum Anlagern von Metallpartikeln ausgebildet ist. Diese Aufnahmeeinheit muss nach Angabe auf Seite 3, dritter Absatz aufgrund der Anlagerung regelmäßig gewechselt werden. Weiterhin ist darin auf Seite 10, zweiter Absatz unter Einbeziehung der 4 beschrieben, dass ein Maskierungsschild bestehend aus einem Ringflansch 42 mit einer Konusfläche 44 von bezogen auf die Auflagefläche des Werkstücks ca. 30° vorgesehen ist, die zum Umlenken darauf auftreffender Metallpartikel hin zur trommelförmigen Aufnahmeeinheit 50 eingerichtet ist, sodass die Metallpartikel dort zur gewünschten Anhaftung kommen. Zur Vermeidung einer Anhaftung an der Konusfläche ist diese mit einer nicht genauer spezifizierten Antihafteigenschaft versehen. Gemäß 3 und 4 ist die Konusfläche 44 mit einem Spalt benachbart zu einem unteren Randelement 58 und zu diesem gemäß erstem Absatz auf Seite 10 zum passgenauen, flexiblen Aufsetzen auf einem Werkstück axial relativ beweglich federnd angeordnet. Gemäß Seite 11, erster Absatz stellt das Randelement 58 sicher, dass Metallpartikel nicht nach unten aus der Aufnahmeeinheit 50 austreten.
• Aus der EP 1 141 438 B1 , die sich mit einer Hilfsvorrichtung zum thermischen Beschichten von Flächen eines Innenraums befasst, entnimmt der Fachmann beispielsweise der Spalte 13, Absatz [0041], dass ein Anhaften von oberhalb des zu beschichtenden Innenraums ausgebrachten Beschichtungsmaterials unbedingt an einer Verschleißhülse erfolgen soll, um so sicher zu vermeiden, dass Overspray-Partikel unaufgeschmolzen in die Zylinderbohrung hinein gelangen. Dies würde zu Unregelmäßigkeiten und Fehlstellen der zu erzielenden Beschichtung führen. Hierzu wird vorgeschlagen, die Verschleißhülse 116, welche gemäß 6 im Betrieb direkt an das dort gezeigte Zylinderkurbelgehäuse angrenzt, mit besonders guten Hafteigenschaften auszustatten.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Prozessbox der eingangs genannten Art das Material des Beschichtungsstrahls vollständig in einem geschlossenen Raum mit geringem Volumen aufzunehmen, ohne dass dabei ein Opferring zum Anhaften des Materials notwendig ist. Dies wird dadurch erreicht, dass während des Betriebs der Beschichtungslanze und während sich die Beschichtungslanze in einer nicht beschichtenden Position, also außerhalb des zu beschichtenden Bereichs, in dem geschlossenen Raum befindet, der Beschichtungsstrahl bis zu einem Strahlende nicht auf eine Gegenfläche trifft und die Raumluft mit den Partikeln abgeführt wird.
• Lösung der Aufgabe
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich indem die Absaugöffnung derart dimensioniert ist, dass das gesamte von einer im Aufnahmeraum angeordneten Beschichtungslanze erzeugte Material über die Absaugöffnung luftgetragen abführbar ist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Beschreibung der Erfindung
• Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine Prozessbox zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen eines Objekts bei einem thermischen Beschichten vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Elemente aufweist:
• - zumindest einen Maskierungsschild mit einer Durchgangsöffnung, wobei durch die Durchgangsöffnung eine Beschichtungslanze hindurchtauchbar ist, um eine zu beschichtende Oberfläche des mittels der Prozessbox abgeschirmten Objekts zu beschichten;
• - ein Gehäuse, in welches der Maskierungsschild integriert ist und welches einen geschlossenen und absaugbaren Raum bildet;
• - zumindest einen Aufnahmeraum für eine Beschichtungslanze zum Erzeugen eines Beschichtungsstrahls für ein thermisches Beschichten; und
• - zumindest eine Absaugöffnung, über welche das Gehäuse absaugbar ist,
wobei die Absaugöffnung derart dimensioniert ist, dass das gesamte von einer im Aufnahmeraum angeordneten Beschichtungslanze erzeugte Material über die Absaugöffnung luftgetragen abführbar ist.
• Die Prozessbox bildet mit dem Gehäuse einen geschlossenen Raum mit einem abgeschlossenen Volumen, welches allein mittels der zumindest einen Durchgangsöffnung und zumindest einen Absaugöffnung geöffnet ist. Konstruktiv bedingte Spalte sind hierbei nicht beachtet. Der zumindest eine Maskierungsschild bildet dabei den Teil des Gehäuses, welcher mit dem zu beschichtenden Objekt zum Beschichten in Anlage gebracht wird und eine Maskierung, also Schablone, derart bildet, dass lediglich jene Oberflächen freiliegen, welche beschichtet oder nicht geschützt werden sollen.
• Der zumindest eine Aufnahmeraum im Inneren des Gehäuses ist zur Aufnahme von mindestens einer Beschichtungslanze eingerichtet. Die Beschichtungslanze weist eine Plasmadüse auf, welche zum Ausrichten und Beschleunigen eines Heißgasstrahls eingerichtet ist. Die Plasmadüse ist über eine entsprechende Gasleitung mit Gas (-gemisch) für den Heißgasstrahl versorgbar. Weiterhin ist die Plasmadüse oftmals zum Erzeugen eines Lichtbogens als Anode und/oder Kathode ausgeführt. Die Plasmadüse ist zum reinen Gastransport oder zum Transport von einem bereits mit Partikeln bestückten Gas (-gemisch) eingerichtet. Die Form und Art der Plasmadüse ist dabei für den Fachmann dem allgemein bekannten Stand der Technik zu entnehmen. Aus der Art und Form der Plasmadüse ergibt sich neben der Form und Geschwindigkeit des Heißgasstrahls die Mittelachsenausrichtung des Heißgasstrahls. In der Regel ist dies die Verlängerung der Mittelachse einer dazu rotationssymmetrischen Plasmadüse.
• Hierzu weist die Beschichtungslanze Leitungen für die Versorgung des Beschichtungsstrahls auf, wie zum Beispiel eine Gasleitung für das Gas (-gemisch) des Heißgasstrahls, eine Beschichtungsmaterialleitung, Leitungen für Kühlgase und Mantelgase (zum Beispiel Druckluft oder Inertgase) eine elektrische Leitung und gegebenenfalls eine oder mehrere Kühlmittelleitungen. Weiterhin weist die Beschichtungslanze bevorzugt einen oder mehrere Sensoren und/oder einen oder mehrere Anschlüsse für eine Erfassungseinrichtung auf, wodurch ein Überwachen zumindest eines Prozessparameters ermöglicht ist.
• Die Beschichtungslanze umfasst weiterhin eine Zuführeinrichtung auf, welche über eine Beschichtungsmaterialleitung mit geeignetem Beschichtungsmaterial beschickbar ist, sodass das Beschichtungsmaterial mit gewünschter Geschwindigkeit und Ausrichtung dem Heißgasstrahl zuführbar ist. Beispielsweise resultiert aus einer gewünschten Ausrichtung der Zuführeinrichtung eine Zuführrichtung mit einem rechten Winkel, also etwa 90° zur Mittelachsenausrichtung des Heißgasstrahls. Geeignete Materialien sind neben Metallen auch Keramiken oder Keramik-Metall-Mischungen beziehungsweise eher reibungsreduzierende Anteile wie beispielsweise Molybdänsulfid (MoS₂) oder ähnliches enthaltende Metall-Mischungen. Das Beschichtungsmaterial wird pulverförmig, stabförmig oder drahtförmig bereitgestellt und durch den Heißgasstrahl aufgeschmolzen oder lediglich angeschmolzen. Bei einer in der Regel seitlichen Zuführung, zum Beispiel quer zu der Mittelachsenausrichtung, von einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial weicht bei vielen Prozessführungen der Kegel oder Fächer des Beschichtungsstrahls von dem Kegel oder Fächer des Heißgasstrahls versetzt und/oder geneigt zu der Mittelachsenausrichtung des Heißgasstrahls ab; und zwar weg von dem Auslass der Zuführeinrichtung. Auch diese Parameter lassen sich vom Fachmann dem allgemein bekannten Stand der Technik entnehmen und gegebenenfalls durch überschaubare Versuche reproduzierbar einstellen.
• Die Beschichtungslanze ist entlang einer Einführrichtung bewegbar in dem Aufnahmeraum angeordnet. Im Betrieb ist in vielen Anwendungsfällen beim Beschichten einer Innenraum-Oberfläche, wie einer Zylinderbohrung in einem Zylinderkurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine, und anderen beengten Verhältnissen, deckungsgleich mit der axialen geraden Erstreckung der Beschichtungslanze. Allerdings ist es für andere Anwendungsfälle gegebenenfalls vorteilhaft, die Beschichtungslanze in einer Freiform zu verwenden. Dabei ist die Einführrichtung die für ein gewünschtes Beschichtungsergebnis erforderliche Bewegungsrichtung. Unter Umständen weicht die Trajektorie einer solchen Bewegungsrichtung von einer Geraden ab.
• Bei einem Zylinderkurbelgehäuse ist eine nicht beschichtende Position des Beschichtungsstrahls zum Beispiel eine Position in der Verlängerung der Rotationsachse einer zu beschichtenden Zylinderbohrung, bei welcher der Beschichtungsstrahl nicht auf eine Wandung der Zylinderbohrung gerichtet ist. Der Beschichtungsstrahl weist ein Strahlende auf, ab welchem in Strahlrichtung nach außen der Beschichtungsstrahl nicht mehr beschichtungswirksam ist.
• Somit wird der gesamte mit dem durchgehend betriebenen Beschichtungsstrahl erzeugte Staub in der Prozessbox aufgefangen, soweit er nicht durch eine Rückseite des zu beschichtenden Innenraums abgeführt wird. Bei einem Zylinderkurbelgehäuse ist die Rückseite zum Beispiel der Kurbelraum.
• Der zumindest eine Maskierungsschild weist eine Unterseite und eine Oberseite auf, die direkt oder indirekt an die Durchgangsöffnung grenzen. Die Unterseite des Maskierungsschilds ist zur Auflage auf eine zu schützende Oberfläche eingerichtet, zum Beispiel eine Topdeckfläche eines Zylinderkurbelgehäuses, in welcher unter Umständen Öffnungen für einen Wasserraum und Ölrückläufe vorgesehen sind. Solche Oberflächen sind dann im aufgesetzten Zustand mittels des Maskierungsschilds und mittels der Prozessbox abgeschirmt und werden weder beschichtet noch mit erzeugtem Staub belegt. Die Oberseite ist dem Aufnahmeraum für eine Beschichtungslanze zugewandt, sodass die Oberseite in einem Zustand, in welchem ein Beschichtungsstrahl nicht vollständig auf eine zu beschichtende Oberfläche gerichtet ist, zum Teil von beschichtungswirksamen Partikeln getroffenen werden kann. Dieser Zustand wird hier als ausgetauchte Position bezeichnet.
• Durch den Maskierungsschild erstreckt sich eine Durchgangsöffnung, welche somit die Oberseite und Unterseite durchstößt. Diese ist zum einen dazu vorgesehen, einen Durchgang für eine zugeordnete Beschichtungslanze zu bilden. Zum anderen bildet die Durchgangsöffnung eine Schablone, mit welcher beispielsweise ein exakt definierter Randbereich um den Eingang zu der zu beschichtenden Oberfläche des Objekts freigelassen wird. Dadurch wird dieser Randbereich ebenfalls beschichtet. Dieser beschichtete Randbereich führt zu einer Kantenbeschichtung. Diese Kantenbeschichtung begünstigt die mechanische Festigkeit der Beschichtung im Innenraum gegenüber einem Abfasen, das sich beispielsweise bei einer Nachbearbeitung eines Zylinderkurbelgehäuses üblicherweise an den Beschichtungsvorgang direkt oder indirekt anschließt. Dieser Randbereich ist derart einzurichten, dass er durch das Abfasen, beispielsweise vom Fräswerkzeug, vollständig entfernt wird. Andererseits darf der Randbereich nicht zu schmal oder zu unregelmäßig sein, weil sonst keine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht wird und die verbleibende Beschichtung im Innenraum beschädigt werden kann. Alternativ ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung exakt gleich dem oder kleiner als der Durchmesser des zu beschichtenden Zylinders.
• Die axiale Erstreckung der Durchgangsöffnung ist bevorzugt eine Senkrechte zur von der Unterseite aufgespannten Ebene. Für abweichende Geometrien des zu beschichtenden Objekts kann davon aber entsprechend abgewichen werden. Bevorzugt ist bei einer Beschichtung der Lauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses die axiale Erstreckung im Betrieb kongruent zu der Rotationsachse einer Zylinderbohrung.
• Aus dem Stand der Technik sind Maskierungen bekannt, die einen Opferring aufweisen, der axial direkt an die abzuschirmende Oberfläche angrenzt. Dieser Opferring weist explizit gute Hafteigenschaften für das Beschichtungsmaterial auf, um ein Herabfallen von Staub in den zu beschichtenden Innenraum und damit eine Beschädigung zu vermeiden. Aufgrund des engen Spielraums zwischen maximaler Randbreite und minimaler Randbreite und zudem der Verringerung der Hafteigenschaften durch ein Opferbeschichten müssen solche Opferringe sehr häufig ausgetauscht werden, beispielsweise nach ein bis sechs Beschichtungsvorgängen.
• Eine Verbesserung diese Problems wird in der eingangs zitierten WO 2014/015922 A1 beschrieben. Allerdings ist dabei noch immer eine zu beschichtende Aufnahmetrommel einzusetzen.
• Hier wird nun vorgeschlagen, dass der Maskierungsschild in das Gehäuse integriert ist, wobei der Maskierungsschild bevorzugt ein separates Bauteil darstellt. In einigen Ausführungsformen ist der Maskierungsschild nämlich einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von einer Anhaftung von Partikeln des Beschichtungsstrahls ausgesetzt. Bevorzugt ist der Maskierungsschild derart ausgeführt, dass dort der Hauptanteil des beschichtungswirksamen Beschichtungsstrahls, und besonders bevorzugt nur dort der Beschichtungsstrahl vor seinem Strahlende auf eine Gegenfläche auftreffen kann. Gehäusewandungen, welche aufgrund ihrer Ausrichtung, beispielsweise senkrechten Ausrichtung, eine potentielle Gegenfläche bilden könnten, sind erst hinter dem Strahlende angeordnet. Somit ist der übrige Teil der Prozessbox vor Anhaftungen von Partikeln geschützt und weist eine extrem lange Standzeit auf, die nicht mehr durch Anhaftungen begrenzt ist. Der Maskierungsschild hingegen ist leicht und schnell austauschbar, besonders bevorzugt während des Betriebs der Beschichtungslanze im Inneren des Gehäuses, also in nicht beschichtender Position.
• Die zumindest eine Durchgangsöffnung der Prozessbox ist in einer Ausführungsform verschließbar, beispielsweise mit einem Schieber, wenn die Unterseite des Maskierungsschilds von der abzuschirmenden Oberfläche abgehoben wird. Eine verschlossene Durchgangsöffnung ermöglicht eine einfache Luftführung im Inneren des Gehäuses und gewährleistet eine einfache Schallabschirmung. Alternativ oder zusätzlich zur Verschließbarkeit der zumindest einen Durchgangsöffnung ist eine Abschirmeinrichtung vorgesehen, mittels welcher das zu beschichtende Objekt vor Staubanlagerungen im Bereich der zu beschichtenden Oberflächen geschützt ist.
• Die staubbelastete Luft in der Prozessbox wird über die zumindest eine Absaugöffnung abgeführt und einem externen Abscheider zugeführt. Dies geschieht also vollständig luftgetragen anstelle einer Anhaftung an einem entsprechend häufig auszuwechselnden Opferring. Sofern hier von Luft die Rede ist, so ist ein Gas oder Gasgemisch gemeint, welches nicht unbedingt auf die normale Umgebungsluft oder deren Zusammensetzung beschränkt ist. Vielmehr ist ein geeignetes Gas (-gemisch) einsetzbar, welches zum Beispiel reaktionshemmend ist, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Kohlenstoffdioxid, Mischungen daraus mit Luft in verschiedenen Zusammensetzungen.
• Das Volumen einer solchen Prozessbox ist daher gering im Vergleich zu einer Beschichtung in einem Offenraum. Die hierzu notwendige Absauganlage kann daher erheblich geringer dimensioniert werden. Darüber hinaus ist die Arbeitssicherheit durch das geschlossene Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit Offenraum erhöht. Zudem ist das geschlossene Gehäuse derart einrichtbar, dass eine Schallabschirmung erreicht ist. Zugleich ist aber kein Opferring notwendig und kein sonstiger Niederschlag in der Prozessbox zu erwarten, der eine Standzeit von weniger als einem Monat, bevorzugt weniger als sechs Monaten, bedingen würde. Insbesondere ist es nicht notwendig, ein Bauteil nach ein bis zwei Schichten manuell auszutauschen.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox weist die Durchgangsöffnung eine axiale Erstreckung auf, und der Maskierungsschild weist eine zum Inneren des Gehäuses gerichtete Oberseite auf, wobei die Oberseite zu der axialen Erstreckung der Durchgangsöffnung einen eingeschlossenen Öffnungswinkel bildet, welcher größer als 75° ist, bevorzugt größer als 80°, besonders bevorzugt zwischen 85° und 88° liegt.
• Hier wird nun vorgeschlagen, einen zu der axialen Erstreckung der Durchgangsöffnung eingeschlossenen Öffnungswinkel von größer 75°, bevorzugt größer 85°, vorzusehen. Um einen Maskierungsschild möglichst schmal zu halten und dadurch kurze Zustellwege zu erhalten, ist es grundsätzlich nicht vorteilhaft, einen größeren Winkel als 90°, also eine negative Neigung zur Unterseite hin, vorzusehen. Zudem ist es vorteilhaft, den Maskierungsschild in Verbindung mit einer Absaugung, also Unterdruck, oder einer Luftführung, also einer gerichteten Druckluftführung, zu verwenden. Die Luftführung dient zum Abtransport von Stäuben und Schmauch, also dem Overspray. Die Luftführung ist bevorzugt während der Beschichtung der Zylinderlaufbahn abgeschaltet, um Verwirbelungen zu vermeiden. Die Luftführung wird in dieser Ausführungsform erst bei geschlossener Durchgangsöffnung zugeschaltet. Dabei sollte der entstehende Staub von dem zu beschichtenden Innenraum weggeführt werden, vorteilhafterweise daher in einem Winkel kleiner als 90°.
• Bei einem Pulver-Spritz-Verfahren, beispielsweise Atmosphärischem Pulver-Spritzen (APS), ist es vorteilhaft, einen besonders flachen Öffnungswinkel von 85° bis 88° vorzusehen. Hierdurch lässt sich die Wahrscheinlichkeit beziehungsweise Häufigkeit einer Anhaftung reduzieren und damit die Standzeit des Maskierungsschilds erhöhen.
• Die Prozessbox ist zur Aufnahme einer Beschichtungslanze, beispielsweise nach dem Stand der Technik, zusammen mit einem Maskierungsschild gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet, sodass in jedem Falle beim Maskierungsschild ein Abführwinkel für die erzeugten Partikel des Beschichtungsstrahls kleiner als 10° ist.
• Der jeweilige Abführwinkel, also zwischen der Mittelachsenausrichtung oder einem Maximalwinkel des Beschichtungsstrahls und dem Öffnungswinkel, ist entsprechend einzustellen. Hierdurch wird eine Anhaftung von beschichtungswirksamen Partikeln an dem Maskierungsschild vermieden oder zumindest soweit reduziert, dass die Standzeit des Maskierungsschilds vervielfacht wird, beispielsweise von derzeit einem manuellen Auswechseln des Opferrings nach ein bis sechs Schichten auf ein bis sechs Monate. Die Standzeit ist auf den gesamten Maskierungsschild oder zumindest die Oberseite mit dem Öffnungswinkel bezogen, wobei die anderen Bestandteile des Maskierungsschilds ebenso lange oder längere Standzeiten aufweisen.
• Der Beschichtungsstrahl umfasst einen beschichtungswirksamen Kegelstrahl, welcher das mittels des Heißgasstrahls beschleunigte Beschichtungsmaterial umfasst. Hierdurch kann eine gewünschte oder zumindest im Rahmen der Toleranzen geduldete Beschichtung der zu beschichtenden Oberfläche erzeugt werden. In dieser Definition ist der Overspray kein Bestandteil des beschichtungswirksamen Kegelstrahls. Der beschichtungswirksame Kegelstrahl weist näherungsweise eine Kegelform auf, die schwerkraftbedingt und/oder infolge der Materialzuführung strahlendseitig eine Ellipse als Grundfläche und/oder eine geneigte Kegelhöhe aufweisen kann. Die Kegelhöhe des Kegelstrahls kann dabei zu der Mittelachsenausrichtung des Heißgasstrahls versetzt und/oder weggeneigt sein. Dies ist in der Regel bei einem Pulver-Spritz-Verfahren der Fall, wenn das Pulver dem Heißgasstrahl seitlich zugeführt wird. Der beschichtungswirksame Kegelstrahl ist von einer Mantelfläche umgrenzt. Auf die genaue Lage der Mantelfläche kann beispielsweise geschlossen werden, indem das Ablagerungsbild einer punktuellen beziehungsweise einer oder mehrerer linienförmiger Beschichtungen betrachtet wird. Alternativ können seitliche Bildaufnahmen darüber Aufschluss geben. Der Fachmann kann bei der Ermittlung auf umfangreichen allgemein bekannten Stand der Technik zurückgreifen.
• Die Mantellinie, die von der Einführrichtung am weitesten weggeneigt ist, bildet mit der Einführrichtung den eingeschlossenen Maximalwinkel. Bei einer senkrechten Ausrichtung der Einführrichtung ist die maximal weggeneigte Mantellinie bei einer Schwenkung des Kegelstrahls von oben, also der Seite der Haltelanze, hin zur Waagerechten unterhalb der Kegelhöhe, und zumindest wenn der beschichtungswirksame Kegelstrahl einen Kreiskegel bildet, innerhalb der von der Einführrichtung und der Kegelhöhe aufgespannten Ebene. Bei einem beschichtungswirksamen Kegelstrahl mit einer zu dieser Ebene um die Kegelhöhe verdrehten elliptischen Grundfläche wird der Maximalwinkel von der Mantellinie gebildet, die in der Ebene liegt, in der die am weitesten nach unten von der Einführrichtung weggeneigte Mantellinie liegt. Der beschichtungswirksame Kegelstrahl weist also keine Linie auf, die weiter von der Einführrichtung weggeneigt ist als diejenige Mantellinie, welche mit der Einführrichtung den Maximalwinkel einschließt.
• Der Bereich oberhalb der Oberseite ist der Bereich, in welchen eine Oberflächennormale der Oberseite zeigt.
• Der oberhalb der Oberseite ausgebrachte Anteil des Kegelstrahls ist der gesamte Anteil, der nicht auf der zu beschichtenden Oberfläche zum Anhaften gebracht werden soll. Ein Anteil für eine gegebenenfalls zu erzeugende Kantenbeschichtung ist damit nicht bezeichnet, auch wenn diese in einem späteren Prozessschritt wieder entfernt wird. Vielmehr ist diese in dem hier betrachteten Beschichtungsverfahren als zu beschichtende Oberfläche anzusehen.
• Der Abführwinkel ist der Winkel zwischen einem beliebigen Anteil des oberhalb der Oberseite ausgebrachten Anteils des Kegelstrahls und der Oberseite mit dem Öffnungswinkel. Entlang dieses Abführwinkels ist ein Abführen der ausgebrachten Partikel anhaftungsfrei möglich. Begünstigt wird dies durch eine Absaugung und/oder Luftführung, bevorzugt parallel zu der Oberseite.
• Der Abführwinkel ist bei einem parallelen Ausbringen eines Anteils des Kegelstrahls 0°. Ist der Anteil des Kegelstrahls von der Oberseite des Maskierungsschilds weggeneigt, ist der Abführwinkel negativ. Der maximal weggeneigte Abführwinkel ist durch den für die Beschichtung technisch sinnvollen Minimalwinkel des beschichtungswirksamen Kegelstrahls festgelegt. Der Minimalwinkel ist der dem oben definierten Maximalwinkel gegenüberliegende Winkel in der Mantelfläche des beschichtungswirksamen Kegelstrahls. Der maximale Fächer des beschichtungswirksamen Kegelstrahls wird also von dem Minimalwinkel und dem Maximalwinkel aufgespannt. Der maximal weggeneigte Abführwinkel liegt damit betragsmäßig unter (minus) 60°, bevorzugt unter (minus) 45°. Der maximal zugeneigte Abführwinkel liegt bei maximal 10°, bevorzugt bei weniger als 5°.
• Eine ähnliche Lösung dafür wird in der eingangs zitierten WO 2014/015922 A1 beschrieben, wobei dabei noch immer eine zu beschichtende Aufnahmetrommel einzusetzen ist. Zudem ist der dort vorgeschlagene Öffnungswinkel von 60° zur axialen Erstreckung der Durchgangsöffnung nicht für alle Spritz-Verfahren günstig, und im Besonderen nicht für ein Pulver-Spritz-Verfahren geeignet. Vielmehr kommt es dann zu Ablagerungen und unerwünschten Einbettungen von Staub in der zu erzeugenden Beschichtung.
• In einer Ausführungsform ist der hier vorgeschlagene Maskierungsschild tellerartig ausgebildet und erstreckt sich zumindest so weit, wie der beschichtungswirksame Kegelstrahl bis zu seinem Strahlende reicht. Dadurch wird ein Anhaften von beschichtungswirksamen Partikeln an einer inneren Oberfläche der Prozessbox vermieden.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Maskierungsschild unsymmetrisch ausgeführt und deckt die gesamte abzuschirmende Oberfläche und/oder die zum konkreten Behandlungszeitpunkt noch nicht zu beschichtenden oder bereits beschichteten Oberflächen ab. Dabei muss sichergestellt sein, dass die zu beschichtenden oder bereits beschichteten Oberflächen weiterhin absaugbar sind, beispielsweise bei einem Zylinderkurbelgehäuse vom Kurbelraum aus. Dazu ist der Maskierungsschild für ein Nachströmen oder Ausströmen von Luft zu den beziehungsweise von den zu beschichtenden oder bereits beschichteten Oberflächen eingerichtet.
• Für einige Anwendungen ist es vorteilhaft, eine Fase zwischen der Oberseite zu der Unterseite vorzusehen, wobei die Fase einen steilen Anliegewinkel aufweist. Hierdurch wird eine sauber begrenzte Kantenbeschichtung bei einer Innenraumbeschichtung begünstigt. Beim Anheben des Maskierungsschilds im Anschluss an den Beschichtungsvorgang bleibt das Beschichtungsmaterial aufgrund des Kohäsionseffekts an der zu beschichtenden Oberfläche haften und löst sich rückstandsfrei von dem Maskierungsschild. Diese Fase weist eine Antihafteigenschaft auf, wie sie oben mit Bezug auf die Oberseite beschrieben ist, bevorzugt mittels Verwendung des selben Materials beziehungsweise derselben Beschichtung.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox ist zumindest der Maskierungsschild zumindest bei einem Übergang von der Durchgangsöffnung, und bevorzugt im gesamten Bereich der Oberseite, besonders bevorzugt die gesamte Prozessbox für ein Anhaften von per Heißgasstrahl ausgebrachtem Beschichtungsmaterial ungeeignet. Bevorzugt weist dieser an den betreffenden Stellen eine Oberfläche auf aus oder ist aus Vollmaterial gebildet aus:
• Polytetrafluorethylen (PTFE);
• oder Verbindungen, enthaltend zumindest eines der folgenden Materialien:
  • - diamantartigen Kohlenstoff [DLC];
  • - Silizium-DLC [Si-DLC];
  • - Metall-DLC;
  • - tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht [ta-C];
  • - diamantähnliche Kohlenstoffschicht;
  • - Titan-Nitrid [TiN];
  • - Titan-Bor-Nitrid [TiBN];
  • - Titanborid [TiB₂];
  • - Titan-Aluminium-Nitird [TiAIN];
  • - Chrom-Nitrid [Cr₂N];
• oder Legierungen, mit folgendem Hauptbestandteil:
  • - Kupfer;
  • - Messing;
  • - Bronze.
• Die Wahl des geeigneten Werkstoffs hängt von der erwünschten Standzeit, dem gewählten Öffnungswinkel und dem Plasma-Spritz-Verfahren ab. Aus dem Stand der Technik ist dem Fachmann bekannt, welche Materialien bessere oder schlechtere Hafteigenschaften für das jeweilige Plasma-Spritz-Verfahren aufweisen. Insbesondere in Kombination mit einer Fase am Übergang der Oberseite zu der Durchgangsöffnung für einen steilen Anliegewinkel sind temperaturstabile diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC), Silizium-DLC [Si-DLC] Schichten oder Metall-DLC Schichten vorteilhaft, wobei eine besonders geringe Anhaftung erzielt ist. Ein geeignetes Material soll die folgenden Eigenschaften aufweisen: Neben den bezeichneten Antihafteigenschaften sollte es eine kratzfeste und abriebfeste Oberfläche bilden, temperaturstabil bis maximal 500 °C sein und eine geeignete chemische Resistenz aufweisen.
• Weist der Maskierungsschild eine Zwischenfläche, beispielsweise eine Fase, zwischen der Oberseite und der Unterseite auf, so ist diese gemäß dieser Ausführungsform mit den oben genannten Antihafteigenschaften ausgeführt. Zu einer weiteren Verbesserung der Standzeit ist zudem eine entsprechende Antihafteigenschaft der Oberseite, bevorzugt der gesamten Oberseite mit dem Öffnungswinkel, vorgesehen. Für einige Anwendungsfälle ist es kostengünstiger, unterschiedliche Materialien beziehungsweise Beschichtungen einzusetzen, weil die Wahrscheinlichkeit eines Auftreffens von beschichtungswirksamen Partikeln geometrisch bedingt unterschiedlich groß ist. So sollte in einem Bereich großer Auftreffwahrscheinlichkeit ein Material mit schlechter Anhafteigenschaft, beispielsweise PTFE, diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC), Silizium-DLC [Si-DLC]-Schichten oder Metall-DLC-Schichten und in einem anderen Bereich geringerer Auftreffwahrscheinlichkeit ein kostengünstigeres Material mit eventuell besserer Anhafteigenschaft, beispielsweise Bronze, eingesetzt werden. Dies ist nach angestrebter Standzeit und Kosten der Materialien und Fertigung auszuwählen. Bei einer entsprechenden Dimensionierung des Maskierungsschilds entsprechend der radialen Reichweite des Beschichtungsstrahls bis zu seinem Strahlende ist die Auftreffwahrscheinlichkeit durch beschichtungswirksame Partikel gering. Hier kann es vorteilhaft sein, ein lediglich antistatisches Material einzusetzen oder ein Material mit mittelmäßigen Anhafteigenschaften.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox ist von der Durchgangsöffnung aus nach radial außen eine Gehäusewand mit einem Winkel zur axialen Erstreckung von kleiner als 60° erst bei oder hinter der Absaugöffnung vorgesehen.
• Die Prozessbox weist in einer vorteilhaften Ausführungsform einen glatten Bodenbereich auf, in welchen der zumindest eine Maskierungsschild integriert ist. Das heißt, es sind keine Stufen und Kanten vorgesehen, welche von der Durchgangsöffnung nach radial außen ins Innere des Gehäuse vorspringen. Hindernisse für einen Beschichtungsstrahl sind damit nicht gebildet. Etwaige Oberflächenbeschaffenheiten, wie eine Rauigkeit oder Wellungen, welche eine Anhaftung erschweren oder eine gezielte Luftströmung unterstützen, und/oder welche einer Oberflächenbearbeitung zuzuordnen sind und/oder im mikroskopischen Bereich liegen, sind hiermit nicht ausgeschlossen. Gemäß dieser Ausführungsform ist sichergestellt, dass eine Anhaftung von Partikeln in der Prozessbox ausgeschlossen oder zumindest erheblich reduziert ist. Jede Gehäusewand, welche sich nach oben von der Oberseite des Maskierungsschilds weg, beispielsweise senkrecht, erstreckt, ist nicht nur radial hinter dem Strahlende des Beschichtungsstrahls angeordnet, sondern auch hinter einer Absaugöffnung. Mittels einer geeigneten Luftführung ist zudem verhinderbar, dass sich zumindest in vollständig ausgetauchter Position der Beschichtungslanze im Gehäuse Staub ablagert, beispielsweise infolge statischer Aufladung. Die Luftführung dient zum Abtransport von Stäuben und Schmauch, also dem Overspray. Die Luftführung ist bevorzugt während der Beschichtung der Zylinderlaufbahn abgeschaltet, um Verwirbelungen zu vermeiden. Die Luftführung wird in dieser Ausführungsform erst bei geschlossener Durchgangsöffnung zugeschaltet.
• Mittels der oben genannten Maßnahmen ist die Häufigkeit der Reinigung der Prozessbox erheblich reduziert, und zudem die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass Staub aus der Prozessbox durch die Durchgangsöffnung in den Bereich einer zu beschichtenden oder bereits beschichteten Oberfläche gelangt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox enthält das Gehäuse zumindest eine Luftdüse, welche derart angeordnet ist, dass im Bereich der Durchgangsöffnung, bevorzugt im Bereich der Oberseite mit einem flachen Öffnungswinkel gemäß obiger Beschreibung, ein paralleler Luftstrom am Maskierungsschild entlang streicht, bevor dieser Luftstrom über die Absaugöffnung abgeführt wird.
• Mittels der Luftdüse wird ein Luftstrom erzeugt, welcher zum Abtransport von Partikeln in üblicher Größe und Geschwindigkeit eines Beschichtungsstrahls eingerichtet ist. Diese Partikel können dabei noch beschichtungswirksam oder bereits zu Staub abgekühlt sein. Für den verwendeten Begriff Luft gilt hier ebenfalls die obige Definition. Bevorzugt ist der Luftstrom derart eingerichtet, dass auf einer mit Antihaftbeschichtung versehenden Fläche abgelagerte Partikel mittels des Luftstroms wieder abscherbar sind.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox weist die Prozessbox innerhalb des Gehäuses einen zweiten Maskierungsschild und einen zweiten zugeordneten Aufnahmeraum für eine zweite Beschichtungslanze auf.
• Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird eine kompakte Bauform erreicht. Für viele Anwendungen ist eine Gehäusewand mit einem Winkel zur axialen Erstreckung von kleiner als 60° erst mit einem Abstand zum Aufnahmeraum für eine Beschichtungslanze von mindestens 300 mm vorzusehen. Werden jedoch zwei Aufnahmeräume mit jeweils einem zugeordneten Maskierungsschild, wobei die mehreren Maskierungsschilder auch einstückig ausführbar sind, vorgesehen, können sich die benötigten Abstände zu einer Gehäusewand überlappen. Damit ist das abzusaugende Volumen der Prozessbox reduziert. Besonders bevorzugt ist eine Prozessbox für zwei oder mehr Beschichtungslanzen für ein zeitgleiches Bearbeiten von zwei oder entsprechend mehr Objekten, beispielsweise zwei oder entsprechend mehr Zylinderkurbelgehäusen eingerichtet. Hierdurch lässt sich der Durchsatz einer Beschichtungsanlage mit einer solchen Prozessbox verdoppeln beziehungsweise entsprechend vermehrfachen.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Prozessbox umfasst das Gehäuse ein auf die Beschichtungslanze gerichtetes Kamerasystem, mittels dessen der Beschichtungsstrahl überwachbar ist.
• Weil die Prozessbox nach außen hin verschlossen ist, ist der Beschichtungsstrahl und dessen Eigenschaften nicht oder zumindest nicht leicht von außen direkt einsehbar. Hierfür wird vorgeschlagen, eine oder mehrere Kameras im Inneren der Prozessbox vorzusehen. Bevorzugt ist eine Kamera radial außerhalb eines beschichtungswirksamen Beschichtungsstrahls angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die Kamera mit einem verschließbaren Kameragehäuse versehen, welches nur zu einem geeigneten Zeitpunkt beziehungsweise bei einem weggerichteten Beschichtungsstrahl derart geöffnet wird, dass das Objektiv zum Inneren der Prozessbox freiliegt. Die Kamera ist im Übrigen staubgeschützt gekapselt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Beschichtungsanlage zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Elemente aufweist:
• - Zustellanlage zum ausgerichteten Zustellen zumindest eines Zylinderkurbelgehäuses, bevorzugt ein Drehtisch;
• - Prozessbox nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, welche als eine Einheit auf zumindest ein zugestelltes Zylinderkurbelgehäuse mit der Unterseite des Maskierungsschilds dichtend absenkbar ist; und
• - zumindest eine Beschichtungslanze, welche im Aufnahmeraum der Prozessbox aufgenommen ist und durch die zugeordnete Durchgangsöffnung hindurchtauchbar ist, um eine Zylinderbohrung zu beschichten,
wobei die Beschichtungslanze gemeinsam mit der Prozessbox zu einer Zylinderbohrung positionierbar ist.
• Die Beschichtungsanlage ist für ein vollautomatisiertes thermisches Beschichten der Zylinderbohrungen eines Zylinderkurbelgehäuses eingerichtet. Hierbei ist zudem ein Mehrachsroboter zum Ersatz oder zur Unterstützung menschlicher Bewegungsabläufe nicht notwendig. Im Gegenteil wird ein auf die Zustellanlage aufgebrachtes Zylinderkurbelgehäuse mit ein-axialer Bewegung der Bearbeitungsposition zugeführt, beispielsweise durch Rotation eines Drehtischs. Ebenso wird die Prozessbox mit ein-axialer Bewegung auf das in Bearbeitungsposition verbrachte Zylinderkurbelgehäuse aufgesetzt, beispielsweise entlang einer Senkrechten von oben auf das Topdeck des Zylinderkurbelgehäuses abgesenkt. Gegebenenfalls zusätzlich sind beispielsweise für V-Motoren oder W-Motoren eine Schwenkachse quer zu den Zylinderachsen der Zylinderbohrungen vorgesehen, sodass die Zylinderbohrungen senkrecht ausrichtbar sind. Unabhängig davon kann ein Zustellmittel vorgesehen sein, womit die Zylinderbohrungen in einer Reihe der Durchgangsöffnung der Prozessbox zustellbar sind, beziehungsweise wodurch die Durchgangsöffnung der Prozessbox den Zylinderbohrungen nacheinander zustellbar ist. Korrektureinrichtungen zur präzisen unter Umständen mehrachsigen Feinjustierung sind dabei nicht ausgeschlossen.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Zustellanlage derart eingerichtet, dass entsprechend der Anzahl von Durchgangsöffnungen beziehungsweise Beschichtungslanzen, beispielsweise zwei, eine Anzahl von Zylinderkurbelgehäusen, also beispielsweise zwei, zugleich ausgerichtet zugestellt werden. Die Prozessbox ist dabei mit einer einzigen Bewegung auf zwei oder mehr Zylinderbohrungen dichtend absenkbar. Dabei liegt die Unterseite des zumindest einen Maskierungsschilds auf einer abzuschirmenden Oberfläche des Zylinderkurbelgehäuses, beispielsweise einem Topdeck, auf.
• Die Beschichtungslanze ist gemäß dem Stand der Technik eingerichtet oder weist Eigenschaften auf, wie sie oben beschrieben sind. Insofern wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Für jede Beschichtungslanze ist jeweils eine Durchgangsöffnung vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei oder mehr Beschichtungslanzen zur zeitgleichen Bearbeitung von zwei oder entsprechend mehr Zylinderbohrungen vorgesehen. Das jeweilige Zylinderkurbelgehäuse ist mittels der Prozessbox und dem jeweiligen Maskierungsschild vor unerwünschter Beschichtung abgeschirmt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der vorgesehene Abstand der Beschichtungslanzen ausreichend, um diese vor gegenseitiger Beschichtung zu schützen. Die Beschichtungslanzen sind in vollständig ausgetauchten Position und im Übergang dazu in einer Ausführungsform mittels passivem Schutz vor einem gegenseitigen Beschichtung beziehungsweise Ablagern von Partikeln und/oder Staub geschützt, indem die Lanzen stillstehen voneinander wegstrahlen. Weil die Angriffsfläche für Overspray nur sehr gering ist, ist für viele Anwendungen ein zusätzlicher Schutz durch eine Antihaftbeschichtung ausreichend. Dennoch anhaftende Partikel können durch eine Druckluft - oder Kohlenstoffdioxid-Reinigung entfernt werden. Alternativ oder ergänzend ist ein aktiver, beispielsweise auch nur zeitweiser, Schutz durch einen Luftstrom, beispielsweise Druckluft aus Ringdüsen, einsetzbar.
• Die Beschichtungsanlage ist mit einer Absauganlage versehen oder an eine Absauganlage anschließbar. Die Absauganlage ist zum Abführen und bevorzugt Ausfiltern von in der Prozessbox und zumindest Teilen in der Zylinderbohrung erzeugtem Staub eingerichtet. Die Absauganlage ist zum Erzeugen eines Unterdrucks in der Prozessbox eingerichtet und/oder wird in der Prozessbox von einer Druckluftführung, bevorzugt gemäß obiger Beschreibung, unterstützt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum thermischen Beschichten einer metallischen Innenraum-Oberfläche eines Objekts, bevorzugt mittels einer Prozessbox nach einer Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist:
1. a. Betreiben zumindest eines stabilen Beschichtungsstrahls mittels einer Beschichtungslanze mit einer Einführrichtung;
2. b. zeitgleich mit oder vor Schritt a., ausgerichtetes Aufsetzen einer Prozessbox mit einem geschlossenen Gehäuse und mit einem Maskierungsschild auf eine abzuschirmende Oberfläche des Objekts, mit einer Durchgangsöffnung in dem Maskierungsschild derart ausgerichtet, dass abzuschirmende Oberflächen des Objekts mittels des Maskierungsschilds in jeder Betriebsposition des Beschichtungsstrahls vor einem Beschichten geschützt sind und mittels der Durchgangsöffnung eine zu beschichtende Innenraum-Oberfläche für den Beschichtungsstrahl zum Beschichten zugänglich ist, wobei zugleich die Beschichtungslanze für den nachfolgenden Beschichtungsvorgang ausgerichtet wird;
3. c. anschließend nach Schritt a. und b., entlang der Einführrichtung Eintauchen der Beschichtungslanze in den zu beschichtenden Innenraum mit der zu beschichtenden Innenraum-Oberfläche und anschließendes Wiederaustauchen der Beschichtungslanze entlang der Einführrichtung in die Position von Schritt a.,
wobei in der Position in Schritt a. das gesamte Material des Beschichtungsstrahls in das geschlossene Gehäuse abgegeben wird und mittels zumindest einer Absaugöffnung luftgetragen abgeführt wird.
• Das hier beschriebene Verfahren nimmt Bezug auf die oben erläuterten Vorrichtungen zum Beschichten einer Innenraum-Oberfläche eines Objekts, wie zum Beispiel einer Zylinderbohrung eines Zylinderkurbelgehäuses. Darauf wird entsprechend verwiesen. Dem hier beschriebenen Verfahren lassen sich zudem aus der übrigen Beschreibung mit Bezug auf die Vorrichtungen weitere Schritte entnehmen.
• In Schritt a. wird sichergestellt, dass ein Beschichtungsstrahl erzeugt wird, mit welchem eine zuverlässige Beschichtungsqualität erzeugbar ist. Das Einschalten und Ausschalten findet außerhalb des zu beschichtenden Innenraums statt.
• In Schritt b. wird der Maskierungsschild auf der abzuschirmenden Oberfläche des Objekts derart aufgesetzt, dass die zu beschichtende Oberfläche exakt freiliegt. Beispielsweise bei einem Zylinderkurbelgehäuse wird eine Zylinderbohrung mittels der Durchgangsöffnung freigelegt, wobei bevorzugt die Durchgangsöffnung zur Oberkante der Zylinderbohrung leicht beabstandet ist, also der Durchmesser der Durchgangsöffnung etwas größer ist als der Durchmesser der Zylinderbohrung. Dadurch wird gewährleistet, dass eine hier erwünschte Kantenbeschichtung erzeugt wird. Es kann aber auch eine Durchgangsöffnung mit Durchmesser der Zylinderbohrung beziehungsweise etwas kleinerem Durchmesser als die Zylinderbohrung eingesetzt werden.
• In Schritt c. wird die Beschichtungslanze in den zu beschichtenden Innenraum eingetaucht und die Innenraum-Oberfläche wird mit hinlänglich bekanntem oder fachmännisch ermittelbarem Bewegungsablauf der Beschichtungslanze einfach oder mehrfach beschichtet. Dabei wird ein beschichtungswirksamer Beschichtungsstrahl stabil betrieben, bis die Beschichtung abgeschlossen ist. Erst nach dem abgeschlossenen Austauchen aus dem zu beschichtenden Innenraum wird der Beschichtungsstrahl abgeschaltet. Für viele Anwendungen wird der Beschichtungsstrahl für das mehrfache Beschichten und/oder das Beschichten mehrerer Innenräume in vollständig ausgetauchter Position, also aus dem zu beschichtenden Innenraum vollständig herausgefahrener Position entsprechend Schritt a., stabil weiterbetrieben.
• In der Position der Beschichtungslanze in Schritt a. wird das gesamte erzeugte Material des Beschichtungsstrahls luftgeführt aus der Prozessbox abgeführt. Es findet keine Anlagerung von Material auf einem Opferring statt. Vielmehr sind alle Oberflächen der Prozessbox für ein Anhaften ungeeignet und/oder außerhalb eines beschichtungswirksamen Radius eines Beschichtungsstrahls angeordnet.
• Bevorzugt ist das oben beschriebene Verfahren in einen Nachbearbeitungsprozess mit mehreren Stationen eingebunden. Beispielsweise geht dem Beschichten ein Korundstrahlen oder Wasserstrahlen oder Laserstrahlaufrauen oder ein mechanisches Aufrauen mit geometrisch definierter Scheide inklusive Waschprozess voran, und ein weiterer Waschvorgang folgt anschließend. Bevorzugt werden die zu beschichtenden Objekte automatisiert zugeführt, wobei kein manuelles Manipulieren notwendig ist.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das gesamte Überschussmaterial des Beschichtungsstrahls in einer Position in Schritt b. oder einem Übergang zu der Position in Schritt a., mittels der zumindest einen Absaugöffnung und/oder einer rückseitigen Absauganlage für den zu beschichtenden Innenraum abgeführt.
• Als Überschussmaterial wird hier zum einen der Overspray nach eingangs genannter Definition bezeichnet und des Weiteren ein Anteil des Beschichtungsstrahls, welcher aufgrund der Position der Beschichtungslanze nicht auf eine zu beschichtende Oberfläche gerichtet ist. Dieser Anteil ist ins Innere des Gehäuses der Prozessbox gerichtet. In einer Position in Schritt a. ist es das gesamte durch den Beschichtungsstrahl ausgebrachte Material. Für viele Anwendungszwecke ist rückseitig des zu beschichtenden Innenraums, bei einer Zylinderbohrung kurbelgehäuseseitig, eine weitere Absauganlage vorgesehen. In einer Position in Schritt b., aber auch in einer Position in Schritt a. werden Anteile des Überschussmaterials mittels dieser rückseitigen Absauganlage abgeführt. In jeglicher Ausführung der Luftführung ist keine Opfereinrichtung zur Anhaftung von Überschussmaterial vorgesehen. Etwaige Anhaftungen von Material im rückseitigen Bereich der Innenraum-Oberfläche sind im Stand der Technik üblich und werden, soweit nötig, in einem nachfolgenden Reinigungsgang entfernt.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird vor oder mit Schritt a. zumindest eine Luftdüse betrieben, sodass im Bereich der Durchgangsöffnung ein zum Maskierungsschild paralleler Luftstrom erzeugt wird.
• Mittels der Luftdüse wird ein Luftstrom erzeugt, welcher zum Abtransport von Partikeln mit üblicher Größe und Geschwindigkeit eines Beschichtungsstrahls eingerichtet ist. Es wird hierzu auf die obige Beschreibung zur Luftdüse verwiesen. Die Luftdüse wird in einer Ausführungsform allein dann betrieben, wenn sich die Beschichtungslanze in der Position in Schritt a. befindet. Oftmals ist es vorteilhaft oder notwendig, die Luftdüse auch bei einem Übergang von Schritt b. nach Schritt a. zu betreiben. Bevorzugt ist die Luftdüse während Schritt b. abgeschaltet und allein eine Unterdruckabführung des Oversprays aktiv.
• Figurenliste
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
• 1 in einer schematischen Schnittansicht eine Beschichtungsanlage mit einer Prozessbox oberhalb einer Zustellanlage,
• 2 in einer räumlichen Vorderansicht eine Prozessbox mit zwei Maskierungsschildern,
• 3 in einer räumlichen Vorderansicht eine Beschichtungsanlage mit einer Prozessbox mit zwei Maskierungsschildern in angehobener Position oberhalb von zwei ausgerichtet zugestellten Zylinderkurbelgehäusen, und
• 4 in einer räumlichen Schnittansicht eine Beschichtungsanlage mit Prozessbox.
• Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
• Es sei vorweg darauf hingewiesen, dass in der gesamten Beschreibung die Bezeichnung als erste und zweite Vorrichtung nur dem vereinfachten Verständnis dient und keine Schlüsse auf eine Reihenfolge oder Rangordnung zulässt.
• In 1 ist als rein schematische Schnittdarstellung eine Beschichtungsanlage 200 für ein Zylinderkurbelgehäuse 36 gezeigt. Diese umfasst eine Prozessbox 100, in deren Gehäuse 20 eine Beschichtungslanze 16 in einem Aufnahmeraum 22 in vollständig ausgetauchter Position oberhalb eines integrierten Maskierungsschilds 12 angeordnet ist. Mittels des Gehäuses 20 ist ein geschlossener absaugbarer Raum 21 gebildet. Die Beschichtungslanze 16 ist entlang einer Einführrichtung 39, im vorliegenden Beispiel parallel, zur axialen Erstreckung der zugeordneten Durchgangsöffnung 14 bewegbar, um in einen zu beschichtenden Innenraum 40 eingetaucht zu werden. Das Zylinderkurbelgehäuse 36 ist hier das zu beschichtende Objekt 11, wobei ein erster zu beschichtender Innenraum 40, nämlich eine zur Rotationsachse 47 rotationssymmetrische Zylinderbohrung 34, auf der zu beschichtenden Oberfläche 18 bereits mit einer Beschichtung 48, welche hier gestrichelt dargestellt ist, versehen worden ist. Alle übrigen Oberflächen 10 des zu beschichtenden Objekts 11 waren beim vorhergegangenen Beschichtungsvorgang mittels der Prozessbox 100 abgeschirmt.
• Das Zylinderkurbelgehäuse 36 ist mittels einer automatisiert oder manuell beschickten Zustellanlage 38, beispielsweise ein Drehtisch, mittels einer Drehung in Drehrichtung 50 um die Drehachse 49 für ein Beschichten mittels der Beschichtungslanze 16 zugestellt worden. Die Prozessbox 100 ist entlang der Aufsetzbewegungsrichtung 53 mit der Unterseite 42 des Maskierungsschilds 12 auf die abzuschirmende Oberfläche 10 aufgesetzt worden. Anschließend ist die bereits einen stabilen Beschichtungsstrahl 24 erzeugende Beschichtungslanze 16 durch die dem Aufnahmeraum 22 zugeordnete Durchgangsöffnung 14 hindurch in den zu beschichtenden Innenraum 40, also die erste Zylinderbohrung 34, eingetaucht worden und hat dort durch zumindest einmaliges Eintauchen und wieder Austauchen die Beschichtung 48 auf der zu beschichtenden Oberfläche 18 erzeugt. Nach Fertigstellung der Beschichtung 48 ist die Beschichtungslanze 16 wieder durch die Durchgangsöffnung 14 ausgetaucht worden und die Prozessbox 100 entlang der Aufsetzbewegungsrichtung 53 angehoben worden.
• Im dargestellten Zustand befindet sich die Beschichtungslanze 16 in einer vollständig ausgetauchten Position, in welcher der gesamte Beschichtungsstrahl 24 ins Innere des Gehäuses 20 der Prozessbox 100 gerichtet ist. Der Beschichtungsstrahl 24 weist eine Mittelachsenausrichtung 44 und ein Strahlende 45 auf. Der Maskierungsschild 12 weist eine Teilfläche, die Oberseite 28, auf, welche mit einem flachen Öffnungswinkel 30 zu der axialen Erstreckung 27 der Durchgangsöffnung 14 ausgerichtet ist. Hierdurch ergibt sich zwischen der Mittelachsenausrichtung 44 des Beschichtungsstrahls 24 bis zu seinem Strahlende 45 und der Oberseite 28 ein sehr flacher Abführwinkel 46. Bis zu dem Strahlende 45, wonach in der Darstellung weiter links keine beschichtungswirksamen Partikel mehr vorliegen, trifft der Beschichtungsstrahl 24 nicht auf eine Gegenfläche. Zudem grenzt die Oberseite 28 hier an einen weggeneigten Außenbereich, sodass erst eine steile, hier senkrechte, Wandung des Gehäuses 20 der Prozessbox 100 eine Gegenfläche bilden könnte. Dass ein beschichtungswirksamer Partikel bis dorthin über das Strahlende 45 hinaus beschleunigt wird und anhaften bleibt, ist sehr unwahrscheinlich. Darüber hinaus ist in diesem Beispiel die erste Gehäusewand 31 und die zweite Gehäusewand 32 jeweils vom Aufnahmeraum 22 betrachtet hinter einer ersten Absaugöffnung 25 beziehungsweise einer zweiten Absaugöffnung 26. Über die Absaugöffnungen 25, 26 sind die gesamten Partikel des im Inneren des Gehäuses 20 ausgebrachten Beschichtungsstrahls 24 abführbar. Die Absaugöffnungen 25, 26 sind hier mit einer Absauganlage 51 verbunden, welche einen Partikelabscheider 52 umfasst. Die zugehörigen Leitungen sind hier nur gestrichelt skizziert. Die Absaugöffnungen 25, 26 sind weit außerhalb des beschichtungswirksamen Beschichtungsstrahls 24 angeordnet und sind dadurch vor einer Beschichtung geschützt.
• Die Prozessbox 100 umfasst weiterhin ein Kamerasystem 33, welches hier rein schematisch durch ein Kamera-Symbol präsentiert ist. Das Kamerasystem 33 ist bevorzugt radial vom Aufnahmeraum 22 gesehen hinter einer Absaugöffnung 25 angeordnet. Eine jeweilige Kamera des Kamerasystems 33 weist bevorzugt eine geeignete für das Lichtspektrum der Kamera durchlässige Schutzabdeckung auf, bevorzugt als Verschleißteil, welche das Objektiv auch in dem unwahrscheinlichen Fall des Auftreffens eines beschichtungswirksamen Partikels vor einer Beschädigung schützt. Mittels des Kamerasystems 33 ist der Beschichtungsstrahl 24 in ausgetauchter Position überwachbar und eine sichere Prozessführung damit gewährleistet.
• In 2 ist in einer räumlichen Vorderansicht eine Prozessbox 100 an einer Positioniereinheit 56 gezeigt. Die Positioniereinheit 56 umfasst eine entlang einer Höhenachse ausgerichtete Aufsetzbewegungseinheit 54 und eine entlang einer Querachse ausgerichtete Ausrichteinheit 55. Mittels der Ausrichteinheit 55 ist die Prozessbox 100 lateral, also in der Bildebene der Abbildung von links nach rechts, zustellbar und/oder ausrichtbar. Mittels der Aufsetzbewegungseinheit 54 ist die Prozessbox 100, bevorzugt gemeinsam mit den Beschichtungslanzen 16, 17 (hier nicht dargestellt, vergleiche 4), entlang der Aufsetzbewegungsrichtung 53 auf ein zu beschichtendes Objekt (hier nicht dargestellt, vergleiche 1) absenkbar beziehungsweise von diesem abhebbar.
• Die hier dargestellte Prozessbox 100 weist einen ersten Maskierungsschild 12 mit einer ersten Durchgangsöffnung 14 und einen zweiten Maskierungsschild 13 mit einer zweiten Durchgangsöffnung 15 auf. Dadurch sind beispielsweise zwei Zylinderbohrungen (vergleiche 3) zeitgleich bearbeitbar. Partikel, welche in das Innere des Gehäuses 20 der Prozessbox 100 gelangen, sind mittels der Absaugöffnung 25 vollständig, bevorzugt ohne Anhaftung, abführbar, weil das Gehäuse 20 einen geschlossenen absaugbaren Raum 21 umschließt.
• In 3 ist eine Beschichtungsanlage 200 mit einer Prozessbox 100, welche mittels einer Positioniereinheit 56 zumindest entlang der Aufsetzbewegungsrichtung 53 führbar ist. Von unterhalb sind ein erstes Zylinderkurbelgehäuse 36 und ein zweites Zylinderkurbelgehäuse 37 zugeführt, und bevorzugt ausgerichtet. Hierbei ist eine rückseitige Absauganlage 41 für die zwei Zylinderkurbelgehäuse 36, 37 angeordnet, mittels welcher Staub oder Overspray während eines Beschichtungsvorgangs luftgetragen abführbar ist. Die rückseitige Absauganlage 41 besteht dabei aus entsprechend angepassten konventionellen Absaugeinheiten für ein jeweiliges Zylinderkurbelgehäuse 36, 37.
• In dieser Ausführungsform werden eine erste Zylinderbohrung 34 des ersten Zylinderkurbelgehäuses 36 und eine zweite Zylinderbohrung 35 des zweiten Zylinderkurbelgehäuses 37 zeitgleich mittels der Prozessbox 100 abgeschirmt. Dabei bildet die erste Durchgangsöffnung 14 des ersten Maskierungsschilds 12 eine geeignete Schablone für die zu erzielende Beschichtung der durch die erste Durchgangsöffnung 14 für eine erste Beschichtungslanze (hier nicht gezeigt) zugänglichen ersten Zylinderbohrung 34. Entsprechend bildet die zweite Durchgangsöffnung 15 des zweiten Maskierungsschilds 13 eine geeignete Schablone für die zu erzielende Beschichtung der durch die zweite Durchgangsöffnung 15 für eine zweite Beschichtungslanze (hier nicht gezeigt) zugänglichen zweiten Zylinderbohrung 35. Das Gehäuse 20 ist in dieser Ausführungsform mittels einer ersten Absaugöffnung 25 und einer zweiten Absaugöffnung 26 absaugbar, sodass das gesamte mittels der beiden Beschichtungslanzen in das Gehäuse 20 ausgebrachte Material luftgetragen abführbar ist.
• 4 zeigt eine Beschichtungsanlage 200 mit einer Prozessbox 100 perspektivisch im Schnitt in einer Ebene durch Zylinderbohrungen 34 und 35. Die Prozessbox 100 ist entlang der Aufsetzbewegungsrichtung 53 in der Darstellung nach unten mit einer ersten Unterseite 42 eines ersten Maskierungsschilds 12 auf ein erstes Zylinderkurbelgehäuse 36 und mit einer zweiten Unterseite 43 eines zweiten Maskierungsschilds 13 auf ein zweites Zylinderkurbelgehäuse 37 aufgesetzt. Das erste Zylinderkurbelgehäuse 36 und das zweite Zylinderkurbelgehäuse 37 sind jeweils ein zu beschichtendes Objekt 11. Die jeweils abzuschirmende Oberfläche 10 (hier verdeckt, vergleiche 1) des Objekts 11 sind mittels des ersten Maskierungsschilds 12 beziehungsweise des zweiten Maskierungsschilds 13 vor einem unerwünschten Beschichten geschützt. Die erste zu beschichtende Oberfläche 18 des ersten Zylinderkurbelgehäuse 36 ist eine erste Zylinderbohrung 34 und die zweite zu beschichtende Oberfläche 19 des zweiten Zylinderkurbelgehäuses 37 ist eine zweite Zylinderbohrung 35, welche jeweils einen zu beschichtenden Innenraum 40 bilden. Diese zylindrischen Innenräume 40 sind lediglich zylinder-axial zugänglich und liegen zum Beschichten mittels einer ersten Beschichtungslanze 16 beziehungsweise einer zweiten Beschichtungslanze 17 frei. Die erste Beschichtungslanze 16 und die zweite Beschichtungslanze 17 sind entlang der Einführrichtung 39 zustellbar und hier im (unterschiedlich tief) in den zu beschichtenden Innenraum 40 eingeführt.
• Die Prozessbox 100 bildet mit ihrem Gehäuse 20 einen umschlossenen Raum 21, welcher neben den Durchgangsöffnungen 14 und 15 allein über Absaugöffnungen zu einer Umgebung geöffnet ist, von denen hier eine erste Absaugöffnung 25 und eine zweite Absaugöffnung 26 mit jeweiligen Absauganschlüssen geschnitten dargestellt sind. Innerhalb des absaugbaren Raums 21 sind ein erster Aufnahmeraum 22 und ein zweiter Aufnahmeraum 23 vorgesehen, welche hier ohne Trennwand (gekennzeichnet mit einer gestrichelten Linie) in der Prozessbox 100 vorgesehen sind. Im ersten Aufnahmeraum 22 ist die erste Beschichtungslanze 16 angeordnet und im zweiten Aufnahmeraum 23 ist die zweite Beschichtungslanze 17 vorgesehen. Die erste Beschichtungslanze 16 ist durch eine erste Durchgangsöffnung 14 in die erste Zylinderbohrung 34 und die zweite Beschichtungslanze 17 ist durch die zweite Durchgangsöffnung 15 in die zweite Zylinderbohrung 35 eingetaucht. Beim Eintauchen und Auftauchen der ersten Beschichtungslanze 16 trifft der zugehörige Beschichtungsstrahl 24 (vergleiche 1) zumindest partiell auf eine erste (flach geneigte) Oberseite 28 des ersten Maskierungsschilds 12. Ebenso trifft in diesem Zustand ein solcher Beschichtungsstrahl 24 von der zweiten Beschichtungslanze 17 auf eine zweite (flach geneigte) Oberseite 29 des zweiten Maskierungsschilds 13. An der Rückseite der Prozessbox 100 sind eine Mehrzahl von Luftdüsen zu erkennen, von welchen hier eine erste Luftdüse 57 und eine zweite Luftdüse 58 zum Bilden eines Luftstroms dicht über der ersten Oberseite 28 des ersten Maskierungsschilds 12 beziehungsweise dicht über der zweiten Oberseite 29 des zweiten Maskierungschilds 13. Zentral des Gehäuses 20 ist eine dritte Luftdüse 59 vorgesehen, welche eine Trennung des ersten Aufnahmeraums 22 vom zweiten Aufnahmeraum 23 sicherstellt.
• Mit der Prozessbox wird das abzusaugende Volumen erheblich reduziert und die Betriebssicherheit erhöht, wobei zugleich auf häufig auszuwechselnde Verschleißteile verzichtet werden kann. Damit wird die im Stand der Technik anhaftungsbedingt begrenzte Standzeit gegenüber einer konventionellen Beschichtungsanlage erheblich erhöht.
• Bezugszeichenliste

100

Prozessbox

200

Beschichtungsanlage

10

abzuschirmende Oberfläche

11

Objekt

12

erster Maskierungsschild

13

zweiter Maskierungsschild

14

erste Durchgangsöffnung

15

zweite Durchgangsöffnung

16

erste Beschichtungslanze

17

zweite Beschichtungslanze

18

erste zu beschichtende Oberfläche

19

zweite zu beschichtende Oberfläche

20

Gehäuse

21

absaugbarer Raum

22

erster Aufnahmeraum

23

zweiter Aufnahmeraum

24

Beschichtungsstrahl

25

erste Absaugöffnung

26

zweite Absaugöffnung

27

axiale Erstreckung

28

erste Oberseite

29

zweite Oberseite

30

eingeschlossener Öffnungswinkel

31

erste Gehäusewand

32

zweite Gehäusewand

33

Kamerasystem

34

erste Zylinderbohrung

35

zweite Zylinderbohrung

36

erstes Zylinderkurbelgehäuse

37

zweites Zylinderkurbelgehäuse

38

Zustellanlage

39

Einführrichtung

40

zu beschichtender Innenraum

41

rückseitige Absauganlage

42

erste Unterseite

43

zweite Unterseite

44

Mittelachsenausrichtung

45

Strahlende

46

Abführwinkel

47

Rotationsachse

48

Beschichtung

49

Drehachse

50

Drehrichtung

51

Absauganlage

52

Partikelabscheider

53

Aufsetzbewegungsrichtung

54

Aufsetzbewegungseinheit

55

laterale Ausrichteinheit

56

Positioniereinheit

57

erste Luftdüse

58

zweite Luftdüse

59

dritte Luftdüse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2016/015922 A1 [0004, 0006]
• EP 1141438 B1 [0007]
• WO 2014/015922 A1 [0023, 0039]

Claims (10)

1. Prozessbox (100) zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen (10) eines Objekts (11) bei einem thermischen Beschichten, aufweisend zumindest die folgenden Elemente: - zumindest einen Maskierungsschild (12,13) mit einer Durchgangsöffnung (14,15), wobei durch die Durchgangsöffnung (14,15) eine Beschichtungslanze (16,17) hindurchtauchbar ist, um eine zu beschichtende Oberfläche (18,19) des mittels der Prozessbox (100) abgeschirmten Objekts (11) zu beschichten; - ein Gehäuse (20), in welches der Maskierungsschild (12,13) integriert ist und welches einen geschlossenen und absaugbaren Raum (21) bildet; - zumindest einen Aufnahmeraum (22,23) für eine Beschichtungslanze (16,17) zum Erzeugen eines Beschichtungsstrahls (24) für ein thermisches Beschichten; und - zumindest eine Absaugöffnung (25,26), über welche das Gehäuse (20) absaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnung (25,26) derart dimensioniert ist, dass das gesamte von einer im Aufnahmeraum (22,23) angeordneten Beschichtungslanze (16,17) erzeugte Material über die Absaugöffnung (25,26) luftgetragen abführbar ist.
2. Prozessbox (100) nach Anspruch 1, wobei die Durchgangsöffnung (14,15) eine axiale Erstreckung (27) aufweist und der Maskierungsschild (12,13) eine zum Inneren des Gehäuses (20) gerichtete Oberseite (28,29) aufweist, wobei die Oberseite (28,29) zu der axialen Erstreckung (27) der Durchgangsöffnung (14,15) einen eingeschlossenen Öffnungswinkel (30) bildet, welcher größer als 75° ist, bevorzugt größer als 80°, besonders bevorzugt zwischen 85° und 88° liegt.
3. Prozessbox (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei von der Durchgangsöffnung (14,15) aus nach radial außen eine Gehäusewand (31,32) mit einem Winkel zur axialen Erstreckung (27) von kleiner als 60° erst bei oder hinter der Absaugöffnung (25,26) vorgesehen ist.
4. Prozessbox (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (20) zumindest eine Luftdüse (57,58) enthält, welche derart angeordnet ist, dass im Bereich der Durchgangsöffnung (14,15), bevorzugt im Bereich der Oberseite (28,29) gemäß Anspruch 2, ein paralleler Luftstrom am Maskierungsschild (12,13) entlang streicht, bevor dieser Luftstrom über die Absaugöffnung (25,26) abgeführt wird.
5. Prozessbox (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessbox (100) innerhalb des Gehäuses (20) einen zweiten Maskierungsschild (13) und einen zweiten zugeordneten Aufnahmeraum (23) für eine zweite Beschichtungslanze (17) aufweist.
6. Prozessbox (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (20) ein auf die Beschichtungslanze (16,17) gerichtetes Kamerasystem (33) umfasst, mittels dessen der Beschichtungsstrahl (24) überwachbar ist.
7. Beschichtungsanlage (200) zum thermischen Beschichten einer Zylinderbohrung (34,35) eines Zylinderkurbelgehäuses (36,37) für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend zumindest die folgenden Elemente: - Zustellanlage (38) zum ausgerichteten Zustellen zumindest eines Zylinderkurbelgehäuses (36,37), bevorzugt ein Drehtisch; - Prozessbox (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche als eine Einheit auf zumindest ein zugestelltes Zylinderkurbelgehäuse (36,37) mit der Unterseite des Maskierungsschilds (12,13) dichtend absenkbar ist; und - zumindest eine Beschichtungslanze (16,17), welche im Aufnahmeraum (22,23) der Prozessbox (100) aufgenommen ist und durch die zugeordnete Durchgangsöffnung (14,15) hindurchtauchbar ist, um eine Zylinderbohrung (34,35) zu beschichten, wobei die Beschichtungslanze (16,17) gemeinsam mit der Prozessbox (100) zu einer Zylinderbohrung (34,35) positionierbar ist.
8. Verfahren zum thermischen Beschichten einer metallischen Innenraum-Oberfläche (18,19) eines Objekts (11), bevorzugt mittels einer Prozessbox (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Beschichtungsanlage (200) nach Anspruch 7, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a. Betreiben zumindest eines stabilen Beschichtungsstrahls (24) mittels einer Beschichtungslanze (16,17) mit einer Einführrichtung (39); b. zeitgleich mit oder vor Schritt a., ausgerichtetes Aufsetzen einer Prozessbox (100) mit einem geschlossenen Gehäuse (20) und mit einem Maskierungsschild (12,13) auf eine abzuschirmende Oberfläche (10) des Objekts (11), mit einer Durchgangsöffnung (14,15) in dem Maskierungsschild (12,13) derart ausgerichtet, dass abzuschirmende Oberflächen (10) des Objekts (11) mittels des Maskierungsschilds (12,13) in jeder Betriebsposition des Beschichtungsstrahls (24) vor einem Beschichten geschützt sind und mittels der Durchgangsöffnung (14,15) eine zu beschichtende Innenraum-Oberfläche (18,19) für den Beschichtungsstrahl (24) zum Beschichten zugänglich ist, wobei zugleich die Beschichtungslanze (16,17) für den nachfolgenden Beschichtungsvorgang ausgerichtet wird; c. anschließend nach Schritt a. und b., entlang der Einführrichtung (39) Eintauchen der Beschichtungslanze (16,17) in den zu beschichtenden Innenraum (40) mit der zu beschichtenden Innenraum-Oberfläche (18,19) und anschließendes Wiederaustauchen der Beschichtungslanze (16,17) entlang der Einführrichtung (39) in die Position von Schritt a., wobei in der Position in Schritt a. das gesamte Material des Beschichtungsstrahls (24) in das geschlossene Gehäuse (20) abgegeben wird und mittels zumindest einer Absaugöffnung (25,26) luftgetragen abgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das gesamte Überschussmaterial des Beschichtungsstrahls (24) in einer Position in Schritt b. oder einem Übergang zu der Position in Schritt a., mittels der zumindest einen Absaugöffnung (25,26) und/oder einer rückseitigen Absauganlage (41) für den zu beschichtenden Innenraum (40) abgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei vor oder mit Schritt a. zumindest eine Luftdüse (57,58) betrieben wird, sodass im Bereich der Durchgangsöffnung (14,15) ein zum Maskierungsschild (12,13) paralleler Luftstrom erzeugt wird.

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