DE10257213B4 - Verfahren zur Aufbereitung einer Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Aufbereitung einer Zylinderlauffläche (2) eines Kurbelgehäuses (1) eines Verbrennungsmotors, wobei eine Neuteiloberfläche (5) eines Grundwerkstoffes (4) des Kurbelgehäuses (1) durch Verschleiß zumindest teilweise abgetragen ist, mit folgenden Schritten:
– Von der Zylinderlauffläche (2) wird Grundwerkstoff (4) abgetragen,
– mittels eines Auftragsschweißverfahrens wird eine Beschichtung (7) auf den Grundwerkstoff (4) aufgebracht,
– die Beschichtung (7) wird teilweise abgetragen, bis die Lage einer damit erzeugten Aufbereitungsoberfläche (8) der Lage der Neuteiloberfläche (5) im Kurbelgehäuse (1) entspricht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Grundwerkstoff der Zylinderlauffläche verschleißbedingt zumindest teilweise abgetragen ist.
  • Ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Brennkraftmaschinen-Zylinders, mittels Laserauftragsschweißen ist beispielsweise aus der DE 196 43 029 A1 bekannt. Hierbei wird ein Aluminium-Silicium-Pulver erhitzt und in Form feiner Tröpfchen auf die Bauteil-Oberfläche aufgetragen, um eine Verschleißschutzschicht zu erzeugen.
  • In der DD 285 735 B5 wird ein Verfahren zum Aufbereiten eines Zylinderblocks offenbart, bei dem eine aufzuarbeitende Fläche, beispielsweise eine Zylinderlaufbuchsensitzbohrung, einer Auftragsschweißung mittels eines Laserstrahls unterzogen wird, nachdem zuvor von der Fläche Grundwerkstoff entsprechend der größten Verschleißtiefe abgetragen wurde.
  • In der EP 1 153 699 A2 ist ein Verfahren zur Aufbereitung einer beschädigten Turbinenschaufel beschrieben, bei dem zunächst ein beschädigter Bereich der Turbinenschaufel abgetragen, danach mittels Auftragsschweißen eine Beschichtung auf den Grundwerkstoff aufgebracht und danach die Beschichtung wieder teilweise abgetragen wird.
  • Die US 6 328 026 B1 lehrt, die Verschleißfestigkeit einer Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors dadurch zu erhöhen, dass mittels Laserstrahl-Auftragsschweißen eine Verschließschutzschicht aufgebracht und anschließend mittels Honen die Beschichtung teilweise abgetragen wird.
  • In der EP 0 592 179 A1 wird ein Verfahren zur Aufbereitung verschlissener Motorenteile offenbart, bei dem zunächst von der Oberfläche eines Bauteils Grundwerkstoff abgetragen wird. Danach wird ein vorgefertigtes Reparaturteil mittels Elektronenstrahlschweißen an das Bauteil angeschweißt, bevor dann durch Materialabtrag die Oberfläche des Reparaturteils an die gewünschte Oberflächenkontur angepasst wird.
  • Beim Betrieb eines Hubkolben-Verbrennungsmotors unterliegt die Zylinderlauffläche des Kurbelgehäuses einem Verschleiß. Bei der Aufbereitung eines gebrauchten Kurbelgehäuses wird dieses üblicherweise aufgespindelt, so dass sich die Zylinderbohrung vergrößert. Damit kann eine Oberflächenqualität erzeugt werden, die derjenigen eines neuen Kurbelgehäuses entspricht. Nachteiligerweise sind jedoch in Abhängigkeit vom Verschleiß während des Motorenbetriebs sowie vom Materialabtrag bei der Kurbelgehäuseaufarbeitung Kolben und/oder Kolbenringe einer abweichenden Dimensionierung im Vergleich zum neuen Motor einzusetzen. Die Mehrzahl vorzuhaltender Kolben und Kolbenringe bedingt aufwändige Fertigungsverfahren bei der Aufbereitung gebrauchter Verbrennungsmotoren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kurbelgehäuseaufbereitung von Verbrennungsmotoren zu rationalisieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Zylinderlauffläche eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors durch Verschleiß zumindest teilweise abgetragen ist. Das Verfahren Aufbereitung der Zylinderlauffläche beinhaltet folgende Schritte:
    • – Von der Zylinderlauffläche wird Grundwerkstoff des Kurbelgehäuses, insbesondere durch Aufspindeln, Aufbohren oder Auffräsen, abgetragen,
    • – mittels eines Auftragsschweißverfahrens wird eine Beschichtung auf den Grundwerkstoff des Kurbelgehäuses aufgebracht,
    • – die Beschichtung wird solange teilweise abgetragen, beispielsweise durch Spindeln oder Honen, bis die damit erzeugte Aufbereitungsoberfläche der Beschichtung derart dimensioniert ist, dass der Durchmesser der Zylinderlauffläche wieder den Abmessungen beim neuen Kurbelgehäuse entspricht.
  • Mit dem Verfahren ist auf rationelle Weise der Einbau von Kolben und Kolbenringen einheitlicher Größe in aufbereitete Verbrennungsmotoren ermöglicht. Die Fertigung ist damit rationalisiert und die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht. Unterschiedliche Verschleißzustände angelieferter gebrauchter Kurbelbehäuse werden durch entsprechend unterschiedlich starke mittels Auftragsschweißverfahren aufgebrachter Beschichtungen ausgeglichen.
  • Als Auftragsschweißverfahren kommt vorzugsweise ein Laserstrahlverfahren oder ein Elektronenstrahlverfahren zum Einsatz. Hierbei wird ein Metallpulver mittels eines Laser- bzw. Elektronenstrahls beim Aufbringen auf die Oberfläche des Kurbelgehäuses geschmolzen und erzeugt damit eine Beschichtung der Zylinderlauffläche. Die Beschichtung wird mit einem geringen Aufmaß auf die Zylinderlauffläche aufgebracht, so dass durch anschließenden spanenden Materialabtrag eine Oberfläche der gewünschten Qualität und Dimensionierung erzeugt werden kann.
  • Die mit Hilfe des Verfahrens auf die Zylinderlauffläche aufgebrachte Beschichtung weist bevorzugt eine höhere Verschleißfestigkeit auf als der Grundwerkstoff des Kurbelgehäuses. Das Verfahren ist geeignet sowohl zur Aufbereitung von Kurbelgehäusen aus Leichtmetall als auch zur Aufbereitung von Grauguss-Kurbelgehäusen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
  • 1 im Querschnitt ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors und
  • 2 ein Detail aus 1.
  • Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Kurbelgehäuse 1 eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Das Kurbelgehäuse 1 ist beispielsweise aus einer Leichtmetalllegierung oder aus Gusseisen gefertigt. Hierbei können beispielsweise GG-Werkstoffe (Gusseisen mit Lamellengrafit), GGG-Werkstoffe (Gusseisen mit Kugelgraphit) oder GGV-Werkstoffe (Vermiculargraphit) verwendet sein. Das Kurbelgehäuse 1 weist vier Zylinder 3 mit jeweils einer Zylinderlauffläche 2 auf.
  • In 2 ist ausschnittsweise die Zylinderlauffläche 2 eines Zylinders 3 dargestellt. Als Grundwerkstoff 4 des Kurbelgehäuses 1 dient einer der oben genannten Gusswerkstoffe. Eine ursprünglich, beim neuen Kurbelgehäuse 1 vorhandene Zylinderlauffläche 2 ist als Neuteiloberfläche 5 bezeichnet. Diese Oberfläche 5 ist durch Verschleiß beim Motorenbetrieb sowie durch Ausspindeln bei der Aufbereitung bis zu einer Grundwerkstoffoberfläche 6 abgetragen. Anschließend wurde eine Beschichtung 7 mit einem nicht dargestellten Aufmaß, beispielsweise 0,8 bis 0,2 mm, mittels Laserauftragsschweißen auf die Grundwerkstoffoberfläche 6 aufgebracht. In Abhängigkeit von dem Grundwerkstoff 4 sowie von den gewünschten Eigenschaften der Beschichtung 7 wird zum Laserauftragsschweißen beispielsweise ein niedriglegiertes Stahlpulver oder ein Pulver mit im Vergleich zum Grundwerkstoff 4 erhöhtem Siliciumanteil verwendet. Ein hoher Siliciumgehalt der Beschichtung 7 wirkt sich günstig auf das Verschleißverhalten aus. Während des Laserauftragsschweißens kann das Kurbelgehäuse 1 gekühlt werden. Hierzu können die für die Flüssigkeitskühlung des Kurbelgehäuses 1 beim Betrieb des Verbrennungsmotors vorgesehenen Strömungskanäle genutzt werden. Über die Einstellung der Temperaturen an der Grundwerkstoffoberfläche 6 und in der Beschichtung 7 während des Auftragsschweißens kann das Gefüge in der Beschichtung 7 und damit auch deren Härte gesteuert werden. Das beim Laserauftragsschweißen verwendete Metall wird teilweise in den Grundwerkstoff 4 einlegiert.
  • Im dem Auftragsschweißen nachfolgenden Verfahrensschritt wird die Beschichtung 7 durch spannende Bearbeitung, beispielsweise Spindeln oder Honen, so weit abgetragen, bis eine Aufbereitungsoberfläche 8 erzeugt ist, deren Lage der Neuteiloberfläche 5 entspricht. Die Zylinderbohrung ist damit mit derjenigen des neuen Kurbelgehäuses 1 identisch. Dementsprechend ist das aufbereitete Kurbelgehäuse 1 zum Einbau der gleichen Kolben und Kolbenringe wie im neuen Zustand geeignet. Abweichend hiervon kann auch vorgesehen sein, je nach Zustand des gebrauchten aufzubereitenden Kurbelgehäuses 1 unterschiedlich dimensionierte Zylinderlaufflächen 2 zu erzeugen. Hierbei bleibt jedoch die Anzahl der durch die Aufbereitung erzeugten unterschiedlichen Zylinder-Durchmesser stark eingeschränkt. Eine entsprechend geringe Anzahl unterschiedlicher Kolbensätze, vorzugsweise zwei, ist damit ausreichend.
  • Unabhängig von der exakten Dimensionierung der Zylinderlauffläche 2 ist durch die im Vergleich zum Grundwerkstoff 4 besonders verschleißfeste Beschaffenheit der Beschichtung 7 eine Schutzschicht an der Zylinderlauffläche 2 erzeugt, so dass die tribologischen Eigenschaften des Kurbelgehäuses 1 zumindest im Vergleich zum Zustand vor der Aufbereitung verbessert sind.
    • 1
    Kurbelgehäuse
    2
    Zylinderlauffläche
    3
    Zylinder
    4
    Grundwerkstoff
    5
    Neuteiloberfläche
    6
    Grundwerkstoffoberfläche
    7
    Beschichtung
    8
    Aufbereitungsoberfläche

Claims (6)

  1. Verfahren zur Aufbereitung einer Zylinderlauffläche (2) eines Kurbelgehäuses (1) eines Verbrennungsmotors, wobei eine Neuteiloberfläche (5) eines Grundwerkstoffes (4) des Kurbelgehäuses (1) durch Verschleiß zumindest teilweise abgetragen ist, mit folgenden Schritten: – Von der Zylinderlauffläche (2) wird Grundwerkstoff (4) abgetragen, – mittels eines Auftragsschweißverfahrens wird eine Beschichtung (7) auf den Grundwerkstoff (4) aufgebracht, – die Beschichtung (7) wird teilweise abgetragen, bis die Lage einer damit erzeugten Aufbereitungsoberfläche (8) der Lage der Neuteiloberfläche (5) im Kurbelgehäuse (1) entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsschweißverfahren ein Laserschweißverfahren ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsschweißverfahren ein Elektronenstrahlschweißverfahren ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als der Grundwerkstoff (4).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) aus Gusseisen gefertigt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) aus einem Leichtmetall gegossen ist.
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