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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Beschichten einer Zylinderwand eines Motorblocks für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum thermischen Beschichten einer in einem Motorblock für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordneten und einen Zylinder des Motorblocks begrenzenden Zylinderwand ist bereits der
DE 10 2008 028 964 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird eine Maske zum Maskieren zumindest eines Teilbereichs des Motorblocks auf den Motorblock aufgesetzt. Außerdem wird ein separat von der Maske ausgebildeter Brenner, mittels welchem die Zylinderwand thermisch beschichtet wird, relativ zu der Maske bewegt und dadurch zumindest teilweise in den Zylinder hineinbewegt. Während der Brenner zumindest teilweise in dem Zylinder angeordnet ist, spritzt der Brenner ein Beschichtungsmaterial aus, mit welchem die Zylinderwand beschichtet wird. Durch das Maskieren des Teilbereichs wird vermieden, dass Beschichtungsmaterial unerwünschter Weise auf den Teilbereich gelangt.
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Außerdem offenbart die
DE 195 20 616 C2 eine Düse für eine Schutzgas-Lichtbogenschweißmaschine, mit einem zylindrischen Düsenhauptkörper und mit einer Schweißmetallhalterung mit einer Schweißdrahtzuführung in dem zylindrischen Düsenhauptkörper.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Zylinderwand auf besonders vorteilhafte Weise thermisch beschichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Zylinderwand besonders vorteilhaft beschichtet werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass über wenigstens eine Austrittsöffnung der Maske wenigstens ein von Luft unterschiedliches Prozessgas bereitgestellt wird, mit welchem der Zylinder geflutet wird. Mit anderen Worten wird das Prozessgas durch die Austrittsöffnung hindurchgeleitet, so dass das Prozessgas die Austrittsöffnung durchströmt und dadurch über die Austrittsöffnung aus der Maske austritt beziehungsweise ausströmt. Das aus der Maske über die Austrittsöffnung ausströmende Prozessgas strömt in den Zylinder ein, wodurch der Zylinder mit dem Prozessgas geflutet wird. Hierdurch verdrängt das Prozessgas Luft beziehungsweise eine zunächst in den Zylinder aufgenommene Atmosphäre, welche üblicherweise Sauerstoff aufweisen kann. Das Prozessgas ist vorzugsweise frei von Sauerstoff oder weist einen im Wesentlichen geringeren Sauerstoffgehalt als die Atmosphäre auf. Durch das Fluten des Zylinders kann während des thermischen Beschichtens sichergestellt werden, dass eine unerwünschte Reaktion der Atmosphäre mit Beschichtungsmaterial und/oder Gas, das von dem Brenner bereitgestellt wird, um die Zylinderwand thermisch zu beschichten, reagiert.
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Bei dem thermischen Beschichten handelt es sich vorzugsweise um ein LDS-Beschichten (LDS - Lichtbogendrahtspritzen). Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass es bei einem herkömmlichen thermischen Beschichten, insbesondere bei einem LDS-Beschichten, von Zylinderwänden beziehungsweise Zylinderlaufbahnen in beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Motorgehäusen während des thermischen Beschichtens zu einer Vermischung eines Mediums zum thermischen Beschichten der jeweiligen Zylinderwand mit der Umgebungsatmosphäre kommen kann. Das Medium wird auch als weiteres Prozessgas bezeichnet und beispielsweise von dem Brenner bereitgestellt beziehungsweise mittels des Brenners ausgespritzt, um die Zylinderwand thermisch zu beschichten. Das Medium umfasst somit beispielsweise zumindest Beschichtungsmaterial, mit welchem die Zylinderwand thermisch beschichtet wird. Herkömmlicherweise kommt es zu einer solchen unerwünschten Vermischung des weiteren Prozessgases mit der Umgebungsatmosphäre aufgrund von turbulenten Strömungsverhältnissen, welche bei dem thermischen Beschichten vorherrschen. Bei dem thermischen Beschichten handelt es sich um einen Innenbeschichtungsprozess, bei dem der Brenner zumindest teilweise in den Zylinder hineinbewegt wird und sich zumindest teilweise in dem Zylinder befindet, während der Brenner das weitere Prozessgas (Medium) und somit das Beschichtungsmaterial bereitstellt, das heißt ausspritzt. Die Vermischung des weiteren Prozessgases mit der Umgebungsatmosphäre kann zu einer unerwünschten Veränderung von Eigenschaften einer durch das thermische Beschichten auf der Zylinderwand herzustellenden beziehungsweise auszubildenden Schicht führen. Insbesondere kann eine Haftung der Schicht an der Zylinderwand nachweislich negativ beeinflusst werden. Durch das Fluten des Zylinders mit dem Prozessgas können eine unerwünschte Vermischung des weiteren Prozessgases mit Umgebungsatmosphäre und daraus resultierende unerwünschte Veränderungen der Eigenschaften der Schicht vermieden werden, so dass die Zylinderwand besonders vorteilhaft beschichtet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine gezielte Verdrängung der Umgebungsatmosphäre und somit von Sauerstoff in einem Beschichtungsbereich, in welchem die Zylinderwand thermisch beschichtet wird. Die Umgebungsatmosphäre wird dadurch gezielt verdrängt, dass der Zylinder mit dem Prozessgas geflutet wird. Zum Fluten des Zylinders wird das Prozessgas dem Zylinder zugeführt, indem das Prozessgas über die Maske, insbesondere über deren Austrittsöffnung, in den Zylinder eingeleitet wird. Bei dem Prozessgas handelt es sich vorzugsweise um ein Inertgas, wobei das Prozessgas zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, Stickstoff aufweisen kann. Das Prozessgas wird in den Beschichtungsbereich geleitet, wodurch zumindest dort die Umgebungsatmosphäre verdrängt wird.
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Die auch als Maskierung bezeichnete Maske wird beispielsweise auf eine Oberseite des Motorblocks aufgesetzt, so dass die Maske eine obere Maskierung ist. Im Rahmen der Erfindung wird die ohnehin zum Einsatz kommende Maskierung genutzt, um bei dem thermischen Beschichten das Prozessgas in den Zylinder einzuleiten und somit den Zylinder mit dem Prozessgas zu fluten.
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Vorzugsweise weist die Maske mehrere Austrittsöffnungen auf, welche von dem Prozessgas durchströmt werden, so dass der Zylinder über die mehreren Austrittsöffnungen und somit mittels der Maske mit dem Prozessgas geflutet wird.
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Durch die Zuführung des geeigneten Prozessgases in den Beschichtungsbereich und durch eine vorteilhafte Gestaltung einer Zuführung des Prozessgases in den Zylinder kann die Umgebungsatmosphäre in dem Zylinder sicher verdrängt werden, wodurch eine unerwünschte Durchmischung des weiteren Prozessgases mit der Umgebungsatmosphäre und somit mit in der Umgebungsatmosphäre enthaltenem Sauerstoff im Beschichtungsbereich verhindert werden kann. Hierdurch kann die Schicht, insbesondere deren Haftung an der Zylinderwand, im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen positiv beeinflusst werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum thermischen Beschichten einer in einem Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten und einen Zylinder des Motorblocks begrenzenden Zylinderwand.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematisch geschnittenen Seitenansicht einen beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildeten Motorblock 10 für eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Motorblock 10 mehrere Zylinder 12 aufweist, welche jeweils durch eine Zylinderwand 14 des Motorblocks 10 gebildet beziehungsweise begrenzt sind. Im Folgenden wird ein Verfahren zum thermischen Beschichten zumindest einer der Zylinderwände 14 beschrieben. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die jeweilige Zylinderwand 14 und somit der jeweilige Zylinder 12 in dem Motorblock 10 angeordnet ist. Bei dem thermischen Beschichten, welches auch als Beschichtungsprozess bezeichnet wird, handelt es sich beispielsweise um einen LDS-Beschichtungsprozess.
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Bei dem Verfahren wird, insbesondere der jeweilige Zylinder 12, eine als auch obere Maskierung bezeichnete Maske 16 auf den Motorblock 10, insbesondere auf dessen Deckfläche 18, aufgesetzt. Hierdurch wird zumindest ein Teilbereich des Motorblocks 10 mittels der Maske 16 maskiert, so dass zumindest der Teilbereich mittels der Maske 16 abgedeckt wird. Hierdurch kann vermieden werden, dass Beschichtungsmaterial, mit welchem die zu beschichtende Zylinderwand 14 versehen und somit beschichtet wird, unerwünschter Weise auf beziehungsweise in den Teilbereich gelangt. Diejenigen der Zylinder 12, deren Zylinderwände 14 nicht oder noch nicht beschichtet werden, werden beispielsweise mittels einer Abdeckvorrichtung 20 abgedeckt. Die Abdeckvorrichtung 20 wird ebenfalls auf den Motorblock 10, insbesondere auf dessen Deckfläche 18, aufgesetzt.
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Bei dem Verfahren wird ein separat von der Maske 16 ausgebildeter Brenner 22 relativ zu dem Motorblock 10 und relativ zu der Maske 16 derart bewegt, dass der Brenner 22 zumindest teilweise in den Zylinder 12, dessen Zylinderwand 14 zu beschichten ist beziehungsweise mittels des Brenners 22 beschichtet werden soll oder wird, hineinbewegt wird. Während sich der Brenner 22 zumindest teilweise in dem Zylinder 12 befindet, spritzt der Brenner 22 das zuvor genannte Beschichtungsmaterial aus. Hierdurch wird das Beschichtungsmaterial gegen die Zylinderwand 14 gespritzt, wodurch die Zylinderwand 14 thermisch beschichtet wird.
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Aus der Fig. ist auch eine Absaugeinrichtung 24 erkennbar, mittels welcher beispielsweise - wie in der Fig. durch einen Pfeil 26 veranschaulicht ist - überschüssiges Beschichtungsmaterial aus dem Zylinder 12 abgesaugt wird. Das Beschichtungsmaterial, welches von dem Brenner 22 ausgespritzt wird, wird gegen die Zylinderwand 14, insbesondere in einem Beschichtungsbereich, gespritzt, wodurch die Zylinderwand 14 mit dem Beschichtungsmaterial versehen, das heißt beschichtet wird. Hierdurch wird auf der Zylinderwand 14 aus dem Beschichtungsmaterial eine auch als Beschichtung bezeichnete Schicht gebildet beziehungsweise hergestellt. Das Beschichtungsmaterial ist beispielsweise Bestandteil eines Mediums, welches von dem Brenner 22 ausgespritzt wird. Das Medium umfasst zumindest oder ausschließlich das Beschichtungsmaterial. Insbesondere kann das Medium das Beschichtungsmaterial und wenigstens ein von dem Beschichtungsmaterial unterschiedliches Gas umfassen.
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Um nun die Zylinderwand 14 besonders vorteilhaft thermisch beschichten und besonders vorteilhafte Eigenschaften der Schicht realisieren zu können, weist die Maske 16 Austrittsöffnungen 28 auf, durch welche wenigstens ein von Luft unterschiedliches Prozessgas, wie beispielsweise Stickstoff, hindurchgeleitet wird. Dadurch stellt die Maske 16 über ihre Austrittsöffnungen 28 das Prozessgas bereit, mit welchem der Zylinder 12 geflutet wird. Das bedeutet, dass das Prozessgas die Austrittsöffnungen 28 durchströmt und dadurch in den Zylinder 12 eingeleitet wird. Dadurch wird zunächst in dem Zylinder 12 enthaltene Atmosphäre, welche auch als Umgebungsatmosphäre bezeichnet wird, von dem Prozessgas verdrängt. Hierdurch kann beispielsweise während des thermischen Beschichtens eine unerwünschte Vermischung des Mediums mit der Umgebungsatmosphäre vermieden werden.
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Da das Medium beispielsweise das Beschichtungsmaterial und das zuvor genannte Gas aufweisen kann, wird das Medium auch als weiteres Prozessgas bezeichnet. Somit kann durch das Fluten des Zylinders 12 mit dem Prozessgas vermieden werden, dass sich das weitere Prozessgas unerwünschter Weise mit der Umgebungsatmosphäre vermischt. Während sich somit beispielsweise in den übrigen Zylindern 12, deren Zylinderwände 14 zur Zeit nicht beschichtet werden, die Umgebungsatmosphäre befindet, befindet sich in dem Zylinder 12, dessen Zylinderwand 14 beschichtet wird, während des thermischen Beschichtens nicht die Umgebungsatmosphäre, sondern das von der Umgebungsatmosphäre unterschiedliche Prozessgas, welches beispielsweise während des thermischen Beschichtens mittels der Absaugeinrichtung 24 abgesaugt wird.
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In der Fig. sind Zuführungen 30 veranschaulicht, welche von dem beispielsweise als Stickstoff ausgebildeten Prozessgas durchströmbar sind beziehungsweise durchströmt werden. Über die Zuführungen 30 wird das Prozessgas der Maske 16 und somit den Austrittsöffnungen 28 zugeführt. Dadurch kann das Prozessgas die Zuführungen 30 und die Austrittsöffnungen 28 durchströmen und somit über die Austrittsöffnungen 28 aus der Maske 16 ausströmen und in den Zylinder 12 einströmen. Hierdurch wird der Zylinder 12 mit dem Prozessgas geflutet.
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Durch das Fluten des Zylinders 12 kann eine in dem Zylinder 12 während des thermischen Beschichtens herrschende Beschichtungsatmosphäre gezielt eingestellt und beeinflusst werden. Durch das definierte Zuführen des geeigneten Prozessgases wird eine zunächst in dem Zylinder 12 aufgenommene sauerstoffreiche Umgebungsatmosphäre verdrängt und durch das Prozessgas verdrängt. Durch diesen Verdrängungsprozess ist während des Beschichtungsprozesses kein Sauerstoff in dem Zylinder 12 vorhanden, wodurch eine unkontrollierbare Vermischung des Beschichtungsmaterials beziehungsweise des Mediums mit der Umgebungsatmosphäre ausgeschlossen wird. Dies führt wiederum dazu, dass eine unkontrollierbare Veränderung der Eigenschaften der Schicht aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem auch als Spritzwerkstoff bezeichneten Beschichtungsmaterial während des Beschichtungsprozesses und der Umgebungsatmosphäre unterbunden wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere die Anhaftung der Schicht an der Zylinderwand 14 durch die Zuführung des Prozessgases stark erhöht werden kann. Somit kann durch das Verfahren eine besonders feste Anhaftung der Schicht an der Zylinderwand 14 gewährleistet werden.
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Die Zuführung des Prozessgases erfolgt vorteilhafterweise mittels der ohnehin zum Einsatz kommenden oberen Maskierung. Die Austrittsöffnungen 28 sind beispielsweise Umfangsrichtungen der Maske 16, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet. Beispielsweise sind wenigstens oder genau vier Austrittsöffnungen 28 vorgesehen, welche beispielsweise in Umfangsrichtung der Maske 16 gleichmäßig verteilt angeordnet und somit paarweise gleich voneinander beabstandet sind. Die Austrittsöffnungen 28 sind beispielsweise bei 0°, 90°, 180° und 270° in Umfangsrichtung der oberen Maskierung angeordnet.
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Beispielsweise bevor der auch als Brennerkopf bezeichnete Brenner 22 in den auch als Zylinderbogen bezeichneten Zylinder 12 hineinbewegt wird, das heißt eingefahren wird, wird das Prozessgas über die bereits aufgesetzte Maske 16 für beispielsweise mindestens 3 Sekunden so in den Zylinder 12 eingeleitet, dass sich beispielsweise in der oberen Maskierung ein Überdruck einstellt. Hierdurch wird die zunächst in den Zylinder 12 aufgenommene Umgebungsatmosphäre vollständig durch das Prozessgas verdrängt. Daran anschließend wird beispielsweise der Brenner 22 zumindest teilweise in den Zylinder 12 hineinbewegt, und der Beschichtungsprozess kann gestartet werden, insbesondere durch Zünden eines Lichtbogens. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass auch während des Beschichtungsprozesses das Prozessgas über die Maske 16 in den Zylinder 12 eingeleitet wird. Somit erfolgt beispielsweise die Zuführung des Prozessgases während des gesamten Beschichtungsprozesses. Mit anderen Worten ausgedrückt ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Zuführung des Prozessgases während des gesamten Beschichtungsprozesses aufrechterhalten wird.
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Nach dem Beschichten der Zylinderwand 14 wird der Brenner 22 aus dem Zylinder 12 herausbewegt, das heißt ausgefahren. Bei und/oder nach dem Ausfahren des Brennerkopfes aus dem Zylinder 12 wird beispielsweise das Zuführen des Prozessgases in dem Zylinder 12 beendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorblock
- 12
- Zylinder
- 14
- Zylinderwand
- 16
- Maske
- 18
- Deckfläche
- 20
- Abdeckvorrichtung
- 22
- Brenner
- 24
- Absaugeinrichtung
- 26
- Pfeil
- 28
- Austrittsöffnung
- 30
- Zuführung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028964 A1 [0002]
- DE 19520616 C2 [0003]
