DE102019004774A1 - Process for coating a cylinder running surface - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Beschichten einer Zylinderlauffläche in einem Kurbelgehäuse (1) einer Brennkraftmaschine mittels Lichtbogendrahtspritzen, wobei ein chromhaltiger Beschichtungswerkstoff eingesetzt wird, wobei der Beschichtungsraum im Inneren der Zylinderbohrung (2) mit einem inerten Gas geflutet wird, wobei an beiden Enden der Zylinderbohrung (2) jeweils wenigstens eine Maske (11, 17) angeordnet wird, wobei die eine Maske (11) eine Eintrittsöffnung (12) für einen Lichtbogendrahtbrenner (5) und die andere Maske (17) eine Absaugöffnung (24) für Gase und Overspray aus dem Beschichtungsraum aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Maske (11, 17) an jedem Ende der Zylinderbohrung (2) direkt oder mittelbar mit einer Abdichtung (13, 19) gegenüber dem Kurbelgehäuse (1) versehen wird, wobei der Volumenstrom eines vom Lichtbogendrahtbrenner (5) zum Zerstäuben des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs genutzten inerten Gases 1000 bis 2000 l/min beträgt, und wobei ein durch die Absaugöffnung (24) abgesaugter Volumenstrom (23) mit einer Absauggeschwindigkeit von weniger als 10 m/s bezogen auf jeweils eine Zylinderbohrung abgesaugt wird.A method for coating a cylinder running surface in a crankcase (1) of an internal combustion engine by means of arc wire spraying, a chromium-containing coating material being used, the coating space inside the cylinder bore (2) being flooded with an inert gas, with both ends of the cylinder bore (2) each at least one mask (11, 17) is arranged, one mask (11) having an inlet opening (12) for an arc wire torch (5) and the other mask (17) having a suction opening (24) for gases and overspray from the coating room. The method according to the invention is characterized in that at least one mask (11, 17) at each end of the cylinder bore (2) is provided directly or indirectly with a seal (13, 19) with respect to the crankcase (1), the volume flow being one from the arc wire torch (5) the inert gas used to atomize the melted coating material is 1000 to 2000 l / min, and a volume flow (23) sucked off through the suction opening (24) is sucked off at a suction speed of less than 10 m / s in relation to a cylinder bore .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Zylinderlauffläche in einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for coating a cylinder running surface in a crankcase of an internal combustion engine according to the type defined in more detail in the preamble of
Das thermische Beschichten von Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Eine gängige Beschichtungsmethode ist zwischenzeitlich das Lichtbogendrahtspritzen geworden, bei welchem ein drahtförmiges Beschichtungsmaterial aufgeschmolzen und als Funktionsschicht auf der Oberfläche der Zylinderbohrung abgebracht wird. Um beispielsweise Dieselkraftstoffen mit hohem Schwefelanteil begegnen zu können, wird in dem Beschichtungswerkstoff eine gewisse Menge an Chrom eingesetzt, sodass der drahtförmige Beschichtungswerkstoff beispielsweise eine Eisen-Chromlegierung ist. Rein beispielhaft kann in diesem Zusammenhang auf die
In der Praxis ist es so, dass eine Beschichtung mit chromhaltigem Beschichtungswerkstoff bei den herkömmlichen Beschichtungsanlagen kritisch ist, da das Legierungselement Chrom mit dem Sauerstoff der Umgebungsatmosphäre reagieren kann. Dabei kann es zu Chrom(VI)-Oxid oxidiert werden. Solche Chrom(VI)-haltigen Stäube sind dabei toxisch und werden insbesondere auch als kanzerogen eingestuft. Die
Bestehende Anlagen, wie sie beispielsweise in der
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zum Beschichten einer Zylinderlauffläche in einem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine mittels Lichtbogendrahtspritzen anzugeben, bei welchem chromhaltiger Beschichtungswerkstoff eingesetzt werden kann, ohne dass mit der Entstehung von Chrom(VI)-haltigen Substanzen in relevantem Maß zu rechnen ist.The object of the present invention is therefore to provide an improved method for coating a cylinder running surface in a crankcase of an internal combustion engine by means of arc wire spraying, in which chromium-containing coating material can be used without the formation of chromium (VI) -containing substances to a relevant extent is to be expected.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Beschichten einer Zylinderlauffläche mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a method for coating a cylinder running surface with the features in
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt im Wesentlichen den aus der genannten
Der bekannte Aufbau sieht eine Maskierung am in den Darstellungen oberen und unteren Ende der Zylinderbohrung in dem Kurbelgehäuse vor, welche im Wesentlichen zum Abdecken derjenigen Flächen dient, welche nicht mittels des Lichtbogendrahtspritzens beschichtet werden sollen. Die Masken bieten also im Wesentlichen einen Schutz vor Overspray. Eine der Masken kann außerdem eingesetzt werden, um die Beschichtung und den Beschichtungsraum, also die eigentliche Zylinderbohrung, mit Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, zu fluten. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass wenigstens eine Maske an jedem Ende der Zylinderbohrung eine Abdichtung gegenüber dem Kurbelgehäuse aufweist, wobei diese Abdichtung entweder mit der Maske selbst oder mittelbar mit einem Halter für die Maske entsprechend zusammenwirkt. Zusätzlich zu dieser Abdichtung, welche dazu dient, den Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre vom Beschichtungsraum fern zu halten, ist es vorgesehen, dass der Volumenstrom des in dem Lichtbogendraht-Brenner genutzten Zerstäubungsgases 1000 bis 2000 l/min beträgt. Gleichzeitig wird durch Absaugöffnung in der dem Kurbelraum zugewandten Maske ein Volumenstrom des Absauggases mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 m/s bezogen auf jeweils eine Zylinderbohrung abgesaugt.The known structure provides for a masking at the upper and lower end of the cylinder bore in the crankcase in the illustrations, which masking essentially serves to cover those surfaces which are not to be coated by means of arc wire spraying. The masks therefore essentially offer protection against overspray. One of the masks can also be used to flood the coating and the coating space, that is to say the actual cylinder bore, with inert gas such as nitrogen. According to the invention it is now provided that at least one mask has a seal against the crankcase at each end of the cylinder bore, this seal correspondingly interacting either with the mask itself or indirectly with a holder for the mask. In addition to this seal, which serves to keep the oxygen from the ambient atmosphere away from the coating room, it is provided that the volume flow of the atomizing gas used in the arc wire torch is 1000 to 2000 l / min. At the same time, through the suction opening in the mask facing the crankcase, a volume flow of the suction gas is sucked off at a speed of less than 10 m / s in relation to a cylinder bore.
Durch die Kombination einer Abdichtung gegenüber der Umgebung an jedem Ende der Zylinderbohrung, indem die Maske direkt oder mittelbar gegenüber dem Kurbelgehäuse abgedichtet wird und der Verwendung der entsprechenden Betriebsparameter mit einem Volumenstrom des Zerstäubungsgases von 1000 bis 2000 l/min und einer Absauggeschwindigkeit von weniger als 10 m/s können Ergebnisse erzielt werden, bei denen die Inertgasatmosphäre innerhalb des Beschichtungsraums quasi „perfekt“ ist. Eindringender Sauerstoff wird über diese Maßnahmen weitgehend daran gehindert, in den Bereich des aufgeschmolzenen Materials zu gelangen. Dadurch können auch chromhaltige Beschichtungswerkstoffe verarbeitet werden, ohne dass die Gefahr einer Oxidation des Chroms zu Chrom(VI)-Oxid besteht. Der toxische bzw. kanzerogene Stoff muss also nicht wie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben aufwändig durch eine Nachbehandlung unschädlich gemacht werden, sondern entsteht durch die Kombination aus Abdichtung und genannten Verfahrensparametern erst gar nicht oder nur in einem extrem geringen Maß, sodass dieser unschädlich ist. Dies bietet den entscheidenden Vorteil, dass auf aufwändige Sicherheitsvorkehrungen, Reinigungseinrichtungen und dergleichen verzichtet werden kann. Taktzeiten, Rüstzeiten und dergleichen werden reduziert und ein einfaches und kostengünstiges Arbeiten während der Beschichtung der Zylinderlaufflächen mittels des Lichtbogendrahtspritzens wird ermöglicht.By combining a seal against the environment at each end of the cylinder bore by sealing the mask directly or indirectly against the crankcase and using the corresponding operating parameters with a volume flow of the atomizing gas of 1000 to 2000 l / min and a suction speed of less than 10 m / s, results can be achieved in which the inert gas atmosphere within the coating room is practically "perfect". Penetrating oxygen is largely prevented by these measures from entering the Area of the melted material. This means that coating materials containing chromium can also be processed without the risk of the chromium oxidizing to form chromium (VI) oxide. The toxic or carcinogenic substance does not have to be rendered harmless by subsequent treatment, as described in the prior art mentioned above, but rather does not arise at all or only to an extremely small extent through the combination of sealing and the process parameters mentioned, so that it is harmless . This offers the decisive advantage that complex safety precautions, cleaning devices and the like can be dispensed with. Cycle times, set-up times and the like are reduced and simple and cost-effective work is made possible during the coating of the cylinder running surfaces by means of arc wire spraying.
Eine besonders günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es dabei vor, dass die Beschichtungsspannung mit 30 bis 40 V vorgegeben wird. Mit diesem Spannungsbereich, so hat es sich gezeigt, ergeben sich Beschichtungsparameter, welche eine Bildung von Chrom(VI)-Oxid noch besser vermeiden.A particularly favorable development of the method according to the invention provides that the coating voltage is specified at 30 to 40 V. With this voltage range, it has been shown that coating parameters are obtained which prevent the formation of chromium (VI) oxide even better.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es dabei vor, dass der Drahtvorschub mit 4 bis 9 m/min eingestellt wird, sodass sich eine dementsprechende Zufuhr des Beschichtungsmaterials einstellt. Auch diese Werte, so hat es sich gezeigt, wirken der Entstehung von Chrom(VI)-Oxid im nennenswerten Maße entgegen.Another very favorable embodiment of the method according to the invention provides that the wire feed is set at 4 to 9 m / min, so that a corresponding supply of the coating material is established. It has also been shown that these values counteract the formation of chromium (VI) oxide to a notable degree.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es ferner vor, dass die Drehzahl des Lichtbogendrahtbrenners um seine eigene Achse mit 200 bis 300 U/min vorgegeben wird. Auch dieser Drehzahlbereich hat sich als hinsichtlich der Verhinderung der Entstehung von Chrom(VI)-Oxid als ideal herausgestellt.Another very advantageous embodiment of the method according to the invention also provides that the speed of the arc wire torch around its own axis is specified at 200 to 300 rpm. This speed range has also proven to be ideal in terms of preventing the formation of chromium (VI) oxide.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es vor, dass eine Abdichtung der einem Kurbelraum des Kurbelgehäuses zugewandten Seite der Zylinderbohrung über eine am Kurbelraum anliegende Dichtplatte erfolgt. Eine solche Dichtplatte kann alternativ oder zusätzlich zu einer Maske zur Maskierung des unteren Randes der Zylinderbohrung vorhanden sein. Sie kann durch die Anlage an dem Kurbelraum in einem thermisch nicht zu hoch belasteten Bereich die Zylinderbohrung gegenüber dem Kurbelraum ideal abdichten, um so das Eindringen von Sauerstoff zu verhindern. Die Maske selbst benötigt immer einen gewissen Spalt gegenüber dem Kurbelraum, um eingesetzt werden zu können und um nicht durch die Beschichtung an der Zylinderlauffläche „festzukleben“. Die Dichtplatte zur Anlage am Kurbelraum eignet sich deshalb ideal. Sie kann beispielsweise zusammen mit der Maske auf einem Maskenhalter positioniert sein oder auch mit der Maske oder dem Maskenhalter als kombiniertes Bauteil ausgebildet sein. Eine solche Dichtplatte zur Anlage am Kurbelraum wird prinzipiell in der
Alternativ oder ergänzend kann eine in der Zylinderbohrung angeordnete Maske aus Kunststoff ausgebildet werden. Beispielsweise die eben beschriebene Maske, welche den unteren Rand, also den dem Kurbelgehäuse zugewandten Rand der Zylinderbohrung entsprechend maskiert, gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher Kunststoff, beispielsweise ein Thermoplast oder ein Duroplast, ausreichend temperaturstabil ist, um als Maske zu dienen. Da der Kunststoff einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Kurbelgehäuses, typischerweise eine Aluminiumlegierung, aufweist, dehnt sich die Maske während der eigentlichen Beschichtung mittels Lichtbogendrahtspritzen durch die Erwärmung des Beschichtungraums aus und verringert so ebenfalls den Spaltraum zwischen der Zylinderbohrung und der Maske. Auch so kann die Abdichtung gegenüber dem Eindringen von Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre verbessert werden. In diesem Zusammenhang kann auf die
Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es ferner vor, dass die Abdichtung auf der einer Zylinderkopftrennfläche des Kurbelgehäuses zugewandten Seite eine verformbare Dichtung zwischen einer Maske und/oder einem Registerblech und dem Kurbelgehäuse aufweist. Eine solche verformbare, insbesondere elastisch verformbare oder zumindest teilweise elastisch verformbare, Abdichtung zwischen einer Maske oder einem Registerblech und dem Kurbelgehäuse kann die Abdichtung ebenfalls nachhaltig verbessern. Auch hierdurch wird das Eindringen von Sauerstoff minimiert, was wiederum zu einer Minimierung der Ausbildung von Chrom(VI)-Oxid führt. Eine hierfür verwendbare Vorrichtung ist zum Beispiel in der
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es nun außerdem vor, dass eine, insbesondere elastische, Abdeckung als Abdichtung zwischen einer der Masken und dem Lichtbogendrahtbrenner vorgesehen wird. Insbesondere bei der der Zylinderkopftrennfläche zugewandten Maske, welche typischerweise eine Eintrittsöffnung für den Lichtbogendrahtbrenner aufweist, ist es so, dass diese Eintrittsöffnung relativ groß ausgeführt wird, um eine möglichst hohe Flexibilität hinsichtlich des Lichtbogendrahtbrenners zu gewährleisten. Nun ist es möglich, diese Öffnung zusätzlich über eine Abdeckung, insbesondere eine elastische Abdeckung, abzudecken. Die Funktionsfähigkeit des Lichtbogendrahtbrenners, wenn er einmal in den Beschichtungsraum der Zylinderbohrung eingefahren ist, wird dadurch nicht weiter beeinträchtigt, das Eindringen von Sauerstoff aus der Umgebung der Zylinderbohrung in diese wird jedoch deutlich minimiert. Auch in diesem Zusammenhang kann auf die Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen
Gemäß einer außerordentlich günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Fluten des Beschichtungsraums mit dem Inertgas über wenigstens eine der Masken und/oder den Lichtbogendrahtbrenner erfolgt. Ein solches Fluten des Beschichtungsraums mit Inertgas über wenigstens eine der Masken ist beispielsweise in der eingangs genannten
Als inertes Gas kann dabei in an sich bekannter Art und Weise jedes verfügbare inerte Gas, insbesondere jedoch Stickstoff, als einfach und kostengünstig verfügbares Gas, eingesetzt werden. Der Stickstoff kann dabei sowohl als Schutzgas als auch als Transportgas Verwendung finden.Any available inert gas, but in particular nitrogen, as a gas that is easily and inexpensively available, can be used as the inert gas in a manner known per se. The nitrogen can be used both as a protective gas and as a transport gas.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher dargestellt ist.Further advantageous refinements of the method according to the invention also result from the exemplary embodiment which is shown in more detail below with reference to the figure.
Die einzige beigefügte Figur zeigt einen stilisierten Beschichtungsvorgang der Zylinderlauffläche in einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses mit einer Vielzahl von Maßnahmen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The only attached figure shows a stylized coating process of the cylinder running surface in a cylinder bore of a crankcase with a large number of measures for carrying out the method according to the invention.
In der Darstellung der Figur ist ein Kurbelgehäuse
Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Lichtbogendrahtbrenner
Das über den sogenannten Partikelfreistrahl
Ferner ist es so, dass im Bereich der Zylinderkopftrennfläche
Die Abdichtung über das Dichtmaterial
Am anderen Ende der Zylinderbohrung, also an ihrem dem Zylinderraum
Ferner ist es so, dass die Maske
Typischerweise ist eine nach unten durch den Maskenhalter
Alle hier dargestellten und beschriebenen Abdichtmaßnahmen können nun in Kombination untereinander oder auch einzeln eingesetzt werden. Dies gilt ebenso wie für die Zufuhr von Inertgasen bspw. über die Masken
Bereits der Einsatz einiger, insbesondere jedoch der Einsatz aller beschriebenen Maßnahmen ermöglicht dabei eine Beschichtung in dem Beschichtungsraum innerhalb der Zylinderbohrung
Als ideale Beschichtungsparameter, um den Chrom(VI)-Gehalt zu minimieren bzw. die Bildung von Chrom(VI) gänzlich zu verhindern, hat sich ein Volumenstrom des zugeführten Zerstäubungsgases, insbesondere Stickstoff, von 1000 bis 2000 l/min bei einer gleichzeitigen Absaugung des Volumenstroms
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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