DE102019004084A1

DE102019004084A1 - Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn, Kurbelgehäuse, Brennkraftmaschine sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019004084A1
Application number: DE102019004084.8A
Authority: DE
Inventors: Sören Lindemann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-06-08
Filing date: 2019-06-08
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:a) Aktivieren der Zylinderlaufbahn,b) Vermessen einer Oberflächentopografie der aktivierten Zylinderlaufbahn,c) Berechnen eines individuellen Korrekturwerts aus einer lokalen Höhe und einem integralen Füllgrad eines gemäß Verfahrensschritt b) gemessenen Aufrauprofils der Oberflächentopografie,d) Aufbringen der Beschichtung,e) Bearbeiten der Beschichtung, um die Beschichtung zu glätten,f) Messen einer Schichtdicke der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung mittels eines zerstörungsfreien Messverfahrens, vorzugsweise an mehreren verschiedenen Messpositionen der Zylinderlaufbahn oder an verschiedenen Zylinderlaufbahnen,g) Berechnen einer Inhomogenität einer Schichtdickenverteilung der gemäß Verfahrensschritt f) gemessenen Schichtdicke in der Zylinderlaufbahn und ermitteln eines Homogenisierungspotentials aus der zuvor berechneten Inhomogenität der Schichtdickenverteilung,h) Berechnen neuer Prozessparameter für eine optimierte Bearbeitung, insbesondere in Bezug auf eine Position der Bearbeitung, für Bauteile, insbesondere nachfolgender Bauteile.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn, ein Kurbelgehäuse, eine Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Beschichtungsverfahren für Zylinderlaufbahnen sind prinzipiell bekannt. Aus wirtschaftlichen und/oder technischen Gesichtspunkten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Schichtdicke thermisch gespritzter Zylinderlaufbahnen nicht dicker als notwendig ist. Dennoch wird aus funktionalen Gründen eine Mindestschichtdicke gefordert, da andernfalls eine notwendige Haltbarkeit der Beschichtung nicht garantiert werden kann.
Die Schichtdicke einer auf die Zylinderlaufbahn aufgebrachten Beschichtung weist aufgrund vieler Einflüsse lokale Unterschiede an verschiedenen Positionen der Zylinderbohrung auf. Eine inhomogene Schichtdickenverteilung wird zum Beispiel durch Positionsversatz der mechanischen Bearbeitung zur Mittelachse einer Zylinderbohrung oder durch thermisch bedingten Verzug des Bauteils verursacht. Da sich die mechanische Bearbeitung zum Beispiel anhand von Indexbohrungen am Zylinderkurbelgehäuse orientiert, tragen auch nicht optimal ausgebildete, beispielsweise verschmutzte oder beschädigte, Indexpositionen zur Schichtdickeninhomogenität bei. Auch wenn sich die mechanische Bearbeitung beispielsweise anhand einer taktilen Vermessung der Zylinderbohrung im beschichteten, unbearbeiteten Zustand orientiert, kann es zu einem Versatz zur Mittelachse der Zylinderbohrung und damit zu Schichtdickenschwankungen kommen, da die Zylinderbohrung im beschichteten, unbearbeiteten Zustand eine hohe Oberflächenrauheit aufweist, die eine Erfassung der Mittelachse der Zylinderbohrung erschwert.
Es besteht somit ein Bedarf daran, ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, mit welchem eine möglichst niedrige Schichtdickeninhomogenität erzielt werden kann, wobei trotzdem eine lange Haltbarkeit gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn, ein Kurbelgehäuse, eine Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsform.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn geschaffen wird, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Aktivieren der Zylinderlaufbahn, sodass eine bessere Haftung der später aufgebrachten Beschichtung resultiert,
b) Vermessen einer Oberflächentopografie der aktivierten Zylinderlaufbahn,
c) Berechnen eines individuellen Korrekturwerts aus einer lokalen Höhe und einem integralen Füllgrad eines gemäß Verfahrensschritt b) gemessenen Aufrauprofils der Oberflächentopografie, wobei das Aufrauprofil die Oberflächentopografie nach der Aktivierung und vor der Beschichtung beschreibt, insbesondere in Bezug auf eine Messposition eines Bauteils oder einer Baureihe, vorzugsweise des Bauteils,
d) Aufbringen der Beschichtung,
e) Bearbeiten der Beschichtung, um die Beschichtung zu glätten,
f) Messen einer Schichtdicke der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung mittels eines zerstörungsfreien Messverfahrens, vorzugsweise an mehreren verschiedenen Messpositionen der Zylinderlaufbahn oder an verschiedenen Zylinderlaufbahnen,
g) Berechnen einer Inhomogenität einer Schichtdickenverteilung der gemäß Verfahrensschritt f) gemessenen Schichtdicke in der Zylinderlaufbahn und ermitteln eines Homogenisierungspotentials aus der zuvor berechneten Inhomogenität der Schichtdickenverteilung,
h) Berechnen neuer Prozessparameter für eine optimierte Bearbeitung, insbesondere in Bezug auf eine Position der Bearbeitung, für Bauteile, insbesondere nachfolgender Bauteile, sodass diese eine technische minimal mögliche Schichtdickeninhomogenität aufweisen.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass statt einer stichprobenartigen Schichtdickenmessung eine konstant fortgesetzte Schichtdickenmessung automatisiert durchgeführt wird, wodurch insbesondere eine Reproduzierbarkeit des Beschichtungsverfahrens signifikant verbessert werden kann, wodurch insbesondere eine erhebliche Qualitätssteigerung erzielbar ist. Darüber hinaus ist ein solches Beschichtungsverfahren deutlich wirtschaftlicher als die bisher bekannten Beschichtungsverfahren. Darüber hinaus ist aufgrund der Automatisierung ein Einfluss eines Mitarbeiters auf die Qualität der Beschichtung deutlich reduziert. Besonders bevorzugt handelt es sich beim Aufbringen einer Beschichtung gemäß Verfahrensschritt d) um eine thermisch gespritzte Beschichtung. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders widerstandsfähige und damit langlebige Beschichtung erhalten wird.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff „Zylinderlaufbahn“ insbesondere eine „Zylinderbohrung“ oder eine Ebene der „Zylinderbohrung“ verstanden werden. Des Weiteren sollen in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die Begriffe „Zylinderlaufbahn“ und „Zylinderlauffläche“ synonym für einander verwendet werden.
Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass im Verfahrensschritt h) zusätzlich neue Prozessparameter für eine optimierte Beschichtung berechnet werden, insbesondere in Bezug auf einen aus der thermischen Belastung bei einer Beschichtung entstehenden Verzug des Bauteils.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aktivieren gemäß Verfahrensschritt a) ein chemisches und/oder abrasives und/oder mechanisches Aktivieren, insbesondere Aufrauen, ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise, insbesondere mittels einer mechanischen Aktivierung, insbesondere Aufrauen, ein optimal geeigneter Untergrund für eine nachfolgende Beschichtung geschaffen werden kann. Eine mechanische Aktivierung ist insbesondere in technischer, ökologischer und ökonomischer Hinsicht von Vorteil. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass als Aktivieren gemäß Verfahrensschritt a) ein mechanisches Aufrauen mit einer geometrisch definierten Schneide durchgeführt wird, sodass insbesondere ein hieraus resultierendes Aufrauprofil der Zylinderlaufbahn sowohl aus definiert als auch undefiniert, das heißt vorzugsweise wahllos und/oder zufällig, brechenden Strukturen besteht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bearbeiten gemäß Verfahrensschritt e) und/oder Verfahrensschritt h) ein mechanisches Bearbeiten ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise und mit einer hohen Präzision mechanisch eine Bearbeitung ausgeführt werden kann, wodurch eine äußerst glatte Oberfläche erzielbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zerstörungsfreie Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem magnetischen Messverfahren, einem elektrischen Messverfahren und einem thermischen Messverfahren zur Bestimmung von Eigenschaftsunterschieden, insbesondere zwischen einer Dicke der Beschichtung und einer Dicke eines Materials der Zylinderlaufbahn, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass im Zusammenspiel mit dem zerstörungsfreien Messverfahren mit hoher Präzision eine Schichtdicke bestimmt werden kann. Besonders bevorzugt wird hierzu das zerstörungsfreie Messverfahren durch eine Kalibrierung mittels einer Röntgen-Computertomografie kalibriert, sodass noch eine höhere Präzision bezüglich einer Schichtdicke der Beschichtung erzielt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem zerstörungsfreien Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) um ein berührendes oder ein berührungsloses Messverfahren handeln.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem zerstörungsfreien Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) um ein magnetisches und/oder ein magnetinduktives Verfahren handelt, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem zerstörungsfreien Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) um ein Messverfahren handelt, welches auf einer Wechselwirkung mit der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung basiert, wie beispielsweise einer Wechselwirkung durch Wirbelstrom, Ultraschall, Thermographie oder einer anderen Wechselwirkung der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung mit elektromagnetischen Wellen, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem zerstörungsfreien Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) um ein zerstörungsfreies Messverfahren gemäß der DE 10 2016 006 645 A1 handelt, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kurbelgehäuse, aufweisend eine Zylinderlaufbahn, welche beschichtet ist gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren oder eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Kurbelgehäuse verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, aufweisend ein erfindungsgemäßes Kurbelgehäuse.
Die Aufgabe wird des Weiteren auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug geschaffen wird, aufweisend eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens für eine Zylinderlaufbahn, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Aktivieren der Zylinderlaufbahn,
b) Vermessen einer Oberflächentopografie der aktivierten Zylinderlaufbahn,
c) Berechnen eines individuellen Korrekturwerts aus einer lokalen Höhe und einem integralen Füllgrad eines gemäß Verfahrensschritt b) gemessenen Aufrauprofils der Oberflächentopografie,
d) Aufbringen der Beschichtung,
e) Bearbeiten der Beschichtung, um die Beschichtung zu glätten,
f) Messen einer Schichtdicke der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung mittels eines zerstörungsfreien Messerfahrens,
g) Berechnen einer Inhomogenität einer Schichtdickenverteilung der gemäß Verfahrensschritt f) gemessenen Schichtdicke in der Zylinderlaufbahn und ermitteln eines Homogenisierungspotentials aus der zuvor berechneten Inhomogenität der Schichtdickenverteilung,
h) Berechnen neuer Prozessparameter für eine optimierte Bearbeitung.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Aktivieren gemäß Verfahrensschritt a) ein chemisches und/oder abrasives und/oder mechanisches Aktivieren, insbesondere Aufrauen, ist.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Bearbeiten gemäß Verfahrensschritt e) und/oder Verfahrensschritt h) ein mechanisches Bearbeiten ist.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das zerstörungsfreie Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem magnetischen Messverfahren, einem elektrischen Messverfahren und einem thermischen Messverfahren zur Bestimmung von Eigenschaftsunterschieden, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels einer Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird.
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

DE 102016006645 A1 [0017]

Claims

Beschichtungsverfahren für eine Zylinderlaufbahn, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Aktivieren der Zylinderlaufbahn, b) Vermessen einer Oberflächentopografie der aktivierten Zylinderlaufbahn, c) Berechnen eines individuellen Korrekturwerts aus einer lokalen Höhe und einem integralen Füllgrad eines gemäß Verfahrensschritt b) gemessenen Aufrauprofils der Oberflächentopografie, d) Aufbringen der Beschichtung, e) Bearbeiten der Beschichtung, um die Beschichtung zu glätten, f) Messen einer Schichtdicke der gemäß Verfahrensschritt d) aufgebrachten Beschichtung mittels eines zerstörungsfreien Messverfahrens, vorzugsweise an mehreren verschiedenen Messpositionen der Zylinderlaufbahn oder an verschiedenen Zylinderlaufbahnen, g) Berechnen einer Inhomogenität einer Schichtdickenverteilung der gemäß Verfahrensschritt f) gemessenen Schichtdicke in der Zylinderlaufbahn und ermitteln eines Homogenisierungspotentials aus der zuvor berechneten Inhomogenität der Schichtdickenverteilung, h) Berechnen neuer Prozessparameter für eine optimierte Bearbeitung, insbesondere in Bezug auf eine Position der Bearbeitung, für Bauteile, insbesondere nachfolgender Bauteile.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren gemäß Verfahrensschritt a) ein chemisches und/oder abrasives und/oder mechanisches Aktivieren, insbesondere Aufrauen, ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeiten gemäß Verfahrensschritt e) und/oder Verfahrensschritt h) ein mechanisches Bearbeiten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zerstörungsfreie Messverfahren gemäß Verfahrensschritt f) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem magnetischen Messverfahren, einem elektrischen Messverfahren und einem thermischen Messverfahren zur Bestimmung von Eigenschaftsunterschieden, wobei vorzugsweise eine Kalibrierung des zerstörungsfreien Messverfahrens mittels einer Röntgen-Computertomografie und/oder mittels einer Messung im metallografischen Querschliff durchgeführt wird.
Kurbelgehäuse, aufweisend eine Zylinderlaufbahn welche beschichtet ist gemäß einem Beschichtungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Brennkraftmaschine, aufweisend ein Kurbelgehäuse gemäß Anspruch 5.
Kraftfahrzeug, aufweisend eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6.