DE102020128205A1 - Verfahren zum Plasmabeschichten eines Bauteils und Absaugvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Plasmabeschichten eines Bauteils und Absaugvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Plasmabeschichten eines Bauteils (14), im Rahmen dessen mittels eines Plasmabrenners ein Beschichtungsplasma erzeugt und auf eine Beschichtungsfläche des Bauteils (14) aufgetragen wird, wobei benachbart zu dem Bauteil (14) ein zur Beschichtungsfläche hin offen Absaugkanal (20) angeordnet ist, über welchen überschüssiges Beschichtungsplasma abgesaugt wird, und im Inneren des Absaugkanals (20) wenigstens ein austauschbares Abdeckblech (34, 36) fixiert ist, auf dem sich Teile des abgesaugten Beschichtungsplasmas absetzen.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Abdeckblech (34, 36) während des Beschichtungsbetriebs mittels eines an es angekoppelten Ultraschall-Aktors (46) mit einer Schwingung beaufschlagt wird, deren Frequenz einer seiner Resonanzfrequenzen entspricht.Die Erfindung betrifft weiter eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Absaugvorrichtung.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Plasmabeschichten eines Bauteils, im Rahmen dessen mittels eines Plasmabrenners ein Beschichtungsplasma erzeugt und auf eine Beschichtungsfläche des Bauteils aufgetragen wird, wobei benachbart zu dem Bauteil ein zur Beschichtungsfläche hin offen Absaugkanal angeordnet ist, über welchen überschüssiges Beschichtungsplasma abgesaugt wird, und im Inneren des Absaugkanals wenigstens ein austauschbares Abdeckblech fixiert ist, auf dem sich Teile des abgesaugten Beschichtungsplasmas absetzen.
  • Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Absaugvorrichtung zum Absaugen überschüssigen Beschichtungsplasmas während einer Plasmabeschichtung eines Bauteils, insbesondere im Rahmen eines Beschichtungsverfahrens der oben genannten Art,
    umfassend einen Absaugkanal mit einer Zuluftöffnung und einer Abluftöffnung, zwischen denen ein Luftstrom erzeugbar ist, sowie mit einer, in Strömungsrichtung zwischen Zuluftöffnung und Abluftöffnung angeordneten Ansaugöffnung, wobei im Inneren des Absaugkanals wenigstens ein austauschbares Abdeckblech fixiert ist.
  • Stand der Technik
  • Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Absaugvorrichtung sind bekannt aus der DE 10 2017 213 360 A1 . Die Plasmabeschichtung von Bauteilen findet in der industriellen Fertigung umfangreiche Anwendung. Bspw. werden die Laufflächen von Zylindern in Aluminium-Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren meist mit einer Stahllegierung beschichtet, die mittels eines Niederdruck-Plasmaverfahrens aufgetragen wird. Hierzu wird eine sogenannte Plasmalanze, an deren Spitze sich ein abgewinkelter Plasmabrenner befindet, in axialer Richtung in die Zylinderbohrung des Kurbelgehäuses eingeführt und um die Axialrichtung rotiert, wobei der Plasmabrenner mit einem mit Stahlpulver versetzten Trägergasstrom gespeist wird. Der Brenner erzeugt einen Plasmastrom, in dem das Stahlpulver aufschmilzt und gegen die Bohrungswandung geschleudert wird. Bei geeigneter Axial- und Rotationssteuerung der Plasmalanze kann so eine gleichmäßige Beschichtung der Bohrungswandung zur Erzeugung einer hochwertigen Zylinderlauffläche bewirkt werden.
  • Allerdings ist es nicht möglich, das gesamte Plasma in Laufflächenmaterial umzuwandeln; vielmehr wird Plasma mit deutlichem Überschuss erzeugt. Das überschüssige Plasma muss zur Vermeidung von Verunreinigungen aus der Zylinderbohrung abgesaugt werden. Hierzu ist eine häufig als „Prozessbox“ bezeichnete Absaugvorrichtung vorgesehen, die im Wesentlichen einen quaderartigen Absaugkanal aufweist. Dieser liegt mit Bereichen einer seiner Hauptflächen auf dem Eingang der Zylinderbohrung auf, wobei seine Kanalwandung an dieser Stelle durch eine entsprechend dimensionierte Ansaugöffnung durchbrochen ist. Eine oder zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten des Absaugkanals sind mit Zu- bzw. Abluftöffnungen versehen, zwischen denen mittels eines in der Regel externen Gebläses ein Luftstrom etabliert wird. Nach den bekannten Gesetzen der Strömungsphysik erzeugt dieser Luftstrom einen Unterdruck im Absaugkanal, sodass sich ein durch die Zylinderbohrung und die Ansaugöffnung strömender Nebenstrom ergibt, mittels dessen überschüssiges Plasma aus der Zylinderbohrung in den Absaugkanal abgesaugt werden kann.
  • Der die Ansaugöffnung umgebende Ringbereich der Kanalwandung wirkt dabei als Maskierteller für den die Zylinderbohrung umgebenden Oberflächenbereich des Kurbelgehäuses. Er verhindert eine verschmutzende Ablagerung des Überschussplasmas auf dessen Oberfläche. Die Ablagerung erfolgt vielmehr auf dem Maskierteller. Zwar ist man bemüht, durch Strömungsoptimierung solche Ablagerungen gering zu halten; dies ist in der Praxis jedoch nicht vollständig möglich. Auch in der Nähe der Ansaugöffnung liegende Bereiche der übrigen Kanalwandung sind von derartigen Verschmutzungen betroffen. Es hat sich daher etabliert, die besonders verschmutzungsgefährdeten Bereiche mit austauschbaren Abdeckblechen zu schützen oder die entsprechenden Wandungsbereiche selbst als derartige, austauschbare Abdeckbleche auszubilden. Nimmt nämlich die Verschmutzung im Laufe des Betriebs der Plasmabeschichtungsanlage ein aus Gründen der Prozessstabilität nicht mehr tolerierbares Maß an, können die Abdeckbleche gegen frische, unverschmutzte Bleche ausgetauscht werden, ohne dass die gesamte Absaugvorrichtung gewechselt oder zeitaufwändig gereinigt werden müsste. Der Austausch der Abdeckbleche verringert zwar den Zeit- und Kostenaufwand; gleichwohl ist eine Betriebsunterbrechung der Beschichtungsanlage unvermeidlich. Derartige Wartungsarbeiten sollten daher wünschenswerter Weise nur so selten wie möglich erforderlich werden.
  • Aufgabenstellung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Beschichtungsverfahren bzw. eine gattungsgemäße Absaugvorrichtung derart weiterzubilden, dass ein Austausch der Abdeckbleche seltener erforderlich ist.
  • Darlegung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Abdeckblech während des Beschichtungsbetriebs mittels eines an es angekoppelten Ultraschall-Aktors mit einer Schwingung beaufschlagt wird, deren Frequenz einer seiner Resonanzfrequenzen entspricht.
  • Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen von Anspruch 5 dadurch gelöst, dass das Abdeckblech stoffschlüssig mit einem ersten Ende eines Einkoppelstutzen verbunden ist, an dessen zweitem, freien Ende ein Ultraschall-Aktor schwingungsübertragend angekoppelt ist.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Zielsetzung ist es, anders als im Stand der Technik, nicht durch weitere Optimierung der Strömungsverhältnisse die Kontaktwahrscheinlichkeit zwischen überschüssigem Plasma und den Abdeckblechen zu verringern, sondern (bei ggf. gleichbleibender Kontaktwahrscheinlichkeit) die Wahrscheinlichkeit eines Anheftens von Plasmabestandteilen, insbesondere des (aufgeschmolzenen und ggf. wieder erstarrten) Stahlpulvers, an den kontaktieren Abdeckblechen zu verringern. Dies wird erreicht, indem die Abdeckbleche in eine hochfrequente Schwingung versetzt werden. Hierzu ist jedes Abdeckblech schwingungs- insbesondere ultraschallübertragend mit einem Ultraschall-Aktor verbunden. Derartige Ultraschall-Aktoren, die bspw. auf Piezo-Basis arbeiten, sind am Markt erhältlich. Dabei hat es sich als besonders wirksam herausgestellt, als Frequenz der Blechschwingung eine der von der Form und dem Material des jeweiligen Abdeckblechs abhängige Resonanzfrequenz zu wählen. Bekanntermaßen können insbesondere bei komplex geformten Strukturen eine Vielzahl von Resonanzfrequenzen angeregt werden. Die konkrete Wahl einer speziell definierten von mehreren hochfrequenten Resonanzfrequenzen hat sich in der Praxis als nicht erforderlich erwiesen, solange die gewählte Frequenz im Ultraschallbereich, vorzugsweise zwischen 25 und 50 kHz, insbesondere zwischen 30 und 40 kHz liegt.
  • Selbstverständlich ist dem Fachmann bekannt, dass krustenartige Anhaftungen auf Blechen durch hochfrequente Schwingungsanregung entfernt werden können. Dabei werden jedoch wesentlich mangelnde Elastizitäten der Verschmutzungskruste für deren Aufbrechen genutzt. Dass allerdings auch die Wahrscheinlichkeit zur Anhaftung einzelner Verschmutzungspartikel durch hochfrequente Schwingungen des Bleches reduziert und so der Aufbau einer Verschmutzungskruste von vorneherein unterbunden werden kann, ist eine überraschende Erkenntnis des Erfinders. Dies umso mehr, als im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf scheinbare Parallelitäten zur Reinigung von Blechen in einem Ultraschall-Bad zurückgegriffen werden kann. Die Reinigungswirkung des Ultraschallbades liegt nämlich bekanntermaßen in der Wechselwirkung zwischen der schwingenden Badflüssigkeit und den bereits am Blech anhaftenden Verschmutzungspartikeln. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird jedoch das lediglich von Luft umgebene Blech selbst zu hochfrequenten Schwingungen angeregt.
  • Mechanisch lässt sich dieses Konzept, wie erfindungsgemäß vorgesehen, umsetzen, indem jedes Abdeckblech fest mit einem Einkoppelstutzen verbunden wird. Diese feste Verbindung sollte stoffschlüssig, insbesondere durch Anschweißen eines Einkoppelstutzens erfolgen. Der Einkoppelstutzen ist besonders bevorzugt als Einkoppelrohr ausgebildet. Am freien Ende des Einkoppelstutzens wird der Ultraschall-Aktor lösbar, wenngleich schwingungsübertragend, d. h. (zumindest auch) kraftschlüssig, fixiert. Dies kann z. B. mittels einer Verschraubung mit hohem Drehmoment erfolgen. In dem besonders bevorzugten Fall eines als Einkoppelrohr ausgebildeten Einkoppelstutzens kann der Ultraschall-Aktor in ein Innengewinde am freien Ende des Einkoppelrohrs eingeschraubt werden. Die Lösbarkeit der Fixierung des UltraschallSensors ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen Austausch des Abdeckblechs, der sich - obgleich als Ergebnis der vorliegenden Erfindung deutlich weniger häufig erforderlich - nicht vollständig vermeiden lässt.
  • Der Anschluss des Ultraschall-Aktors an das Abdeckblech mittels eines Einkoppelstutzens hat den Vorteil, dass der Ultrasschall-Aktor selbst quasi (abhängig von der Form des Einkoppelstutzens) beliebig positionierbar ist. Insbesondere kann er an einer vor dem Plasmastrom geschützten Stelle positioniert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ultraschall-Aktor innerhalb des Absaugkanals zwischen dem Abdeckblech und einer Innenwand des Absaugkanals angeordnet. Dies ist insofern vorteilhaft, als lediglich die elektrischen Anschlussleitungen des Ultraschall-Aktors durch die Kanalwandung hindurchgeführt werden müssen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einkoppelstutzen die Kanalwandung nach außen durchsetzt und der Ultraschall-Aktor außerhalb des Absaugkanals angeordnet ist. Dies setzt zwar eine kompliziertere, insbesondere vorzugsweise schwingungsentkoppelte Durchführung des Einkoppelstutzens durch die Kanalwandung voraus; der Schutz des außerhalb des Kanals angeordneten Ultraschall-Aktors ist jedoch deutlich besser als bei der zuvor geschilderten Ausführungsform.
  • Wie erläutert, ist es der Kern der Erfindung, das Abdeckblech unter hochfrequente Schwingung zu setzen. Der Absaugkanal im Übrigen sollte jedoch vorzugsweise nicht zu Schwingungen angeregt werden, die insbesondere für die Verbindungsstellen unterschiedlicher Elemente eine starke mechanische Belastung bedeuten. Daher ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Abdeckblech von der Kanalwandung schwingungsentkoppelt gelagert ist. Dies kann bspw. über gummielastische Puffer erfolgen, die als Abstandhalter zwischen dem Abdeckblech und der Innenwand des Absaugkanals installiert sind.
  • Alternativ und insbesondere für das als Maskierteller einer Prozessbox dienende Abdeckblech kann vorgesehen sein, dass es einen von der übrigen Kanalwandung schwingungsentkoppelt gelagerten Bestandteil der Kanalwandung bildet. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform also ein Teil der Kanalwandung selbst austauschbar gestaltet. Ein solcher Maskierteller, der in seinem Zentrum die Ansaugöffnung des Absaugkanals aufweist, liegt unmittelbar auf dem Kurbelgehäuse auf und gibt lediglich die Öffnung der in ihrem Inneren zu beschichtenden Zylinderborhung frei, während er die umgebende Kurbelgehäuse-Oberfläche gegen das überschüssige Plasma abdeckt. Die schwingungsentkoppelte Integration in die übrige Kanalwand kann bspw. mittels einem den Rand des Maskiertellers umlaufenden, gummielastischen Dichtring erfolgen.
  • Wie erläutert, wird sich trotz der erfindungsgemäß erzielten Verschmutzungsreduktion eine Anhaftung von Plasmabestandteilen auf den Abdeckblechen nicht vollständig verhindern lassen. Mit der Zeit wächst auf diesen also eine Verschmutzungsschicht auf. Hierdurch werden schwingungsrelevante Eigenschaften des Abdeckblechs verändert, was zu einer Verschiebung von dessen Resonanzfrequenzen führen kann. Wird der Ultraschall-Aktor jedoch konstant mit derjenigen Frequenz betrieben, die der ausgewählten Resonanzfrequenz des sauberen Abdeckblechs entspricht, während sich die tatsächliche Resonanzfrequenz verschiebt, leidet die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Abdeckblech wird nicht mehr in seiner Resonanzfrequenz angeregt. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass jeweils und/oder zu gegebenen Zeitpunkten während des Beschichtungsbetriebs die Resonanzfrequenz des Abdeckblechs überprüft und bei einer festgestellten Veränderung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs der Ultraschall-Aktor entsprechend nachjustiert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das Abdeckblech nicht oder zumindest nur während kurzer Zeiten, außerhalb seiner Resonanzfrequenz angeregt wird. Die erfindungsgemäße Verschmutzungsverhinderung erfolgt daher stets mit hoher Effizienz.
  • Dieser Ansatz kann jedoch auch zur Verschmutzungsüberwachung des Abdeckblechs genutzt werden. Wie erläutert, verschiebt sich die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der (zunehmenden) Verschmutzung. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz relativ zu einem gegebenen Referenzpunkt, bspw. der Resonanzfrequenz des sauberen Blechs, kann also als Maß für die aktuelle Verschmutzung des Blechs genutzt werden. Daher ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass jeweils vor und/oder zu gegebenen Zeitpunkten während des Beschichtungsbetriebs die Resonanzfrequenz des Abdeckblechs überprüft und bei einer festgestellten Veränderung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs eine Verschmutzungswarnung ausgegeben wird. Die Toleranzbereiche, innerhalb derer eine Nachjustierung erfolgt bzw. außerhalb derer eine Verschmutzungswarnung erfolgt, können gleich allerdings auch unterschiedlich sein.
  • Die erwähnte Überprüfung der Resonanzfrequenz erfolgt bevorzugt dadurch, dass die Frequenz des Ultraschall-Aktors innerhalb eines vorgegeben Variationsintervalls variiert, dabei die elektrische Leistungsaufnahme des Ultraschall-Aktors gemessen und die mit der höchsten Leistungsaufnahme korrespondierende Frequenz als die aktuelle Resonanzfrequenz bestimmt und mit der bislang als Resonanzfrequenz angenommenen, z. B. der bei der vorangegangenen Resonanzbestimmung als Resonanzfrequenz bestimmten Frequenz verglichen wird. Die Resonanzfrequenz des Abdeckblechs zeichnet sich nämlich dadurch aus, dass eine entsprechende Schwingung einen besonders niedrigen Blindanteil aufweist. Entsprechend lässt sich eine besonders hohe mechanische Leistung in einen Schwingungsmodus einkoppeln. Dies macht sich durch eine entsprechend hohe Leistungsaufnahme des Ultraschall-Aktors bemerkbar. Insofern kann die aktuelle Leistungsaufnahme des Aktors als Maß für die jeweils aktuell realisierte Nähe zur Resonanzfrequenz genutzt werden.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische, teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Plasmabeschichtungsanlage mit erfindungsgemäßer Absaugvorrichtung,
    • 2 eine schematische Seitenansicht der Plasmabeschichtungsanlage von 1 ohne Plasmalanze.
  • Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
  • 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine teilweise geschnittene, perspektivische Darstellung einer Plasmabeschichtungsanlage 10 zur Plasmabeschichtung der Innenwände von Zylinderbohrungen 12 eines Kurbelgehäuses 14 für die Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs. Zur Beschichtung ist eine Plasmalanze 16 vorgesehen, die in die Zylinderbohrungen 12 eintaucht und an ihrer Spitze einen nicht näher dargestellten Plasmabrenner aufweist, dem in nicht näher dargestellter Weise Beschichtungsmaterial, insbesondere ein Stahlpulver, zugeführt wird.
  • Die Plasmalanze 16 taucht dabei durch eine sogenannte Prozessbox 18 hindurch, die im Wesentlichen einen in etwa quaderförmigen Absaugkanal 20 bildet. Der Absaugkanal 20 weist eine Zuluftöffnung 22 mit einer Schürze 24 an einer Stirnseite des Quaders auf. An der gegenüberliegenden Stirnseite weist der Absaugkanal 20 eine Abluftöffnung 26 auf. Wie mit den Strömungspfeilen 28 angedeutet, lässt sich mittels eines nicht dargestellten Gebläses ein kontinuierlicher Luftstrom zwischen der Zuluftöffnung 22 und der Abluftöffnung 26 erzeugen. Im Kanalboden des Absaugkanals 20 ist eine weitere Öffnung, nämlich die Ansaugöffnung 30 angeordnet. Durch sie, sowie durch eine korrespondierende Deckenöffnung 32 taucht die Plasmalanze 16 durch die Prozessbox 18 hindurch. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Ansaugöffnung 30 im Zentrum eines auswechselbar im Kanalboden fixierten Maskiertellers 34, der bei Betrieb der Plasmabeschichtungsanlage 10 auf dem Kurbelgehäuse 14 aufliegt und dessen Oberfläche gegen das gemeinsame Volumen von Absaugkanal 20 und Zylinderbohrung 12 abdichtet. Zudem sind die Seitenwände des Absaugkanals 20 im Bereich der Plasmalanze 16 mit austauschbaren Opferblechen 36 verkleidet.
  • Während des Beschichtungsbetriebs, bei dem Beschichtungsplasma aus der Spitze der Plasmalanze 16 in die Zylinderbohrung 12 hinein ausgestoßen wird, wird überschüssiges, nicht an den Wandungen der Zylinderbohrung 12 anhaftendes Plasma aufgrund der Luftströmung 28 im Absaugkanal 20 in diesen hinein gesaugt und abtransportiert. Aufgrund des dichtend am Rand der Zylinderbohrung 12 anliegenden Maskiertellers 34 kann dieses Überschuss-Plasma nicht auf die Oberfläche des Kurbelgehäuses 14 gelangen. Nicht von der Strömung 28 abtransportiertes Überschuss-Plasma kontaktiert stattdessen die Oberfläche des Maskiertellers 34. Analoges gilt für die dem Schutz der Kanalseitenwände dienenden Opferbleche 36. Maskierteller 34 und Opferbleche 36 werden hier auch gemeinsam als Abdeckbleche 34, 36 angesprochen.
  • An den Abdeckblechen 34, 36 sind rohrförmige Einkoppelstutzen 38 angeschweißt, wobei in 1 nur die entsprechenden Schweißstellen 40 erkennbar sind.
  • 2 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Seitenansicht der Plasmabeschichtungsanlage 10 von 1 mit Blick auf die Abluftöffnung 26, allerdings ohne Darstellung der Beschichtungslanze 16. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Maskierteller 34 als ein Bestandteil des Kanalbodens ausgebildet, welcher über einen gummielastischen Dichtring 42 schwingungsentkoppelt und austauschbar mit der übrigen Kanalwand verbunden ist. Auch die Opferbleche 36 sind über gummielastische Puffer 44 schwingungsentkoppelt und austauschbar an der Kanalwandung fixiert. Wie oben bereits erwähnt, sind sämtliche Abdeckbleche 34, 36 an ihrer Außenseite mit einem rohrförmigen Einkoppelstutzen 38 verschweißt. Für die darüber hinausgehende Anordnung der Einkoppelstutzen 38 zeigt die 2 drei unterschiedliche Varianten:
    • Da der Maskierteller 34 bei der gezeigten Ausführungsform ein Bestandteil der Kanalwandung selbst ist, liegt der dort angeschweißte Einkoppelstutzen 38 vollständig außerhalb des Absaugkanals 20. Der an dem in 2 links angeordneten Opferblech 36 angeschweißte Einkoppelstutzen 38 hingegen durchsetzt die Kanalwandung von innen, wo sich das Opferblech 36 befindet, nach außen. Der an dem in 2 rechts dargestellten Opferblech 36 angeschweißte Einkoppelstutzen 38 letztlich verläuft vollständig im Zwischenraum zwischen dem Opferblech 36 und der Kanalwand, liegt also vollständig im Kanalinneren. In jedem Fall ist am freien Ende des jeweiligen Einkoppelstutzens 38 ein Ultraschall-Aktor 46 schwingungsübertragend und auswechselbar fixiert, vorzugsweise kraftschlüssig mittels einer Verschraubung festgelegt. Je nach der konkreten Gestaltung des Einkoppelstutzens und seiner Verlegung liegt der Ultraschall-Aktor innerhalb oder außerhalb der Prozessbox 18, in jedem Fall aber geschützt gegen den Plasmastrom.
  • Bestromung des Ultraschall-Aktors 46 führt zur Einkopplung einer hochfrequenten Schwingung über den jeweiligen Einkoppelstutzen 38 in das zugeordnete Abdeckblech 34, 36, wobei allerdings die im Abdeckblech 34, 36 erzeugte, mechanische Schwingung aufgrund der Schwingungsentkopplung über den gummielastischen Dichtring 42 bzw. die gummielastischen Puffer 44 nicht auf die übrige Kanalwandung oder andere Elemente der Plasmabeschichtungsanlage 10 übertragen werden.
  • Wie im Rahmen der allgemeinen Beschreibung ausführlich erläutert, hat diese Schwingungsanregung der Abdeckbleche 34, 36 die Wirkung, dass mit den fraglichen Abdeckblechen 34, 36 in Kontakt kommendes Überschuss-Plasma dort weniger leicht anhaftet, sodass diese Abdeckbleche 34, 36 wesentlich langsamer verschmutzen als dies bei nichtschwingungsangeregten Abdeckblechen 34, 36 der Fall wäre. Die konkrete Parametrierung der Schwingungsanregung, insbesondere hinsichtlich Frequenz und Leistung, wird der Fachmann in Ansehung der konkreten Material- und Formgebung der Abdeckbleche 34, 36 sowie ihrer Schwingungsentkopplung einzustellen wissen. Hierzu wird es jeweils im Einzelfall einfacher, überschaubarer Versuchsreihen bedürfen. Bei den von der Anmelderin betriebenen Plasmabeschichtungsanlagen 10 haben sich Frequenzen im Bereich zwischen 25 und 50 kHz, insbesondere zwischen 30 und 40 kHz bei einer Leistung von 20-50 Watt als zielführend erwiesen.
  • Bezüglich des erfindungsgemäßen sowie der bevorzugten Verfahren zum Betrieb einer Plasmabeschichtungsanlage gemäß den Figuren wird auf die Erläuterung im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Plasmabeschichtungsanlage
    12
    Zylinderbohrung
    14
    Bauteil / Kurbelgehäuse
    16
    Plasmalanze
    18
    Prozessbox
    20
    Absaugkanal
    22
    Zuluftöffnung
    24
    Schürze
    26
    Abluftöffnung
    28
    Strömung/Strömungspfeil
    30
    Ansaugöffnung
    32
    Deckenöffnung
    34
    Abdeckblech / Maskierteller
    36
    Abdeckblech / Opferblech
    38
    Einkoppelstutzen
    40
    Schweißstelle
    42
    gummielastischer Dichtring
    44
    gummielastischer Puffer
    46
    Ultraschall-Aktor
  • 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 102017213360 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Plasmabeschichten eines Bauteils (14), im Rahmen dessen mittels eines Plasmabrenners ein Beschichtungsplasma erzeugt und auf eine Beschichtungsfläche des Bauteils (14) aufgetragen wird, wobei benachbart zu dem Bauteil (14) ein zur Beschichtungsfläche hin offen Absaugkanal (20) angeordnet ist, über welchen überschüssiges Beschichtungsplasma abgesaugt wird, und im Inneren des Absaugkanals (20) wenigstens ein austauschbares Abdeckblech (34, 36) fixiert ist, auf dem sich Teile des abgesaugten Beschichtungsplasmas absetzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckblech (34, 36) während des Beschichtungsbetriebs mittels eines an es angekoppelten Ultraschall-Aktors (46) mit einer Schwingung beaufschlagt wird, deren Frequenz einer seiner Resonanzfrequenzen entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder zu gegebenen Zeitpunkten während des Beschichtungsbetriebs die Resonanzfrequenz des Abdeckblechs (34, 36) überprüft und bei einer festgestellten Veränderung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs der Ultraschall-Aktor (46) entsprechend nachjustiert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder zu gegebenen Zeitpunkten während des Beschichtungsbetriebs die Resonanzfrequenz des Abdeckblechs (34, 36) überprüft und bei einer festgestellten Veränderung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs eine Verschmutzungswarnung ausgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung der Resonanzfrequenz die Frequenz des Ultraschall-Aktors (46) innerhalb eines vorgegebenen Variationsintervalls variiert, dabei die elektrische Leistungsaufnahme des Ultraschall-Aktors (46) gemessen und die mit der höchsten Leistungsaufnahme korrespondierende Frequenz als die aktuelle Resonanzfrequenz bestimmt und mit der bislang als Resonanzfrequenz angenommenen Frequenz verglichen wird.
  5. Absaugvorrichtung zum Absaugen überschüssigen Beschichtungsplasmas während einer Plasmabeschichtung eines Bauteils (14), insbesondere im Rahmen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Absaugkanal (20) mit einer Zuluftöffnung (22) und einer Abluftöffnung (26), zwischen denen ein Luftstrom (28) erzeugbar ist, sowie mit einer, in Strömungsrichtung zwischen Zuluftöffnung (22) und Abluftöffnung (26) angeordneten Ansaugöffnung (30), wobei im Inneren des Absaugkanals (20) wenigstens ein austauschbares Abdeckblech (34, 36) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckblech (34, 36) stoffschlüssig mit einem ersten Ende eines Einkoppelstutzen (38) verbunden ist, an dessen zweitem, freien Ende ein Ultraschall-Aktor (46) schwingungsübertragend angekoppelt ist.
  6. Absaugvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelstutzen (38) als ein Einkoppelrohr ausgebildet ist.
  7. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Aktor (46) zwischen dem Abdeckblech (34, 36) und einer Innenwand des Absaugkanals (20) angeordnet ist.
  8. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelstutzen (38) die Kanalwandung nach außen durchsetzt und der Ultraschall-Aktor (46) außerhalb des Absaugkanals (20) angeordnet ist.
  9. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckblech (34, 36) von der Kanalwandung schwingungsentkoppelt gelagert ist.
  10. Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckblech (34, 36) einen von der übrigen Kanalwandung schwingungsentkoppelt gelagerten Bestandteil der Kanalwandung bildet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017213360A1 (de) 2017-08-02 2019-02-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Prozessbox zum Abschirmen vorbestimmter Oberflächen eines Objekts bei einem thermischen Beschichten und entsprechendes Verfahren
DE102018103880A1 (de) 2018-02-21 2019-08-22 Zahoransky Ag Verfahren zur Bereitstellung von Borstenfilamenten, Transportvorrichtung und Bürstenherstellungsmaschine

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