DE19936393A1 - Method and device for applying or introducing a material onto or into a surface - Google Patents
Method and device for applying or introducing a material onto or into a surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf- bzw. Einbringen eines Werkstoffes auf bzw. in eine Oberfläche mit einer Oberflächenbearbeitungsvorrichtung, wobei ein Werkstoffnebel mit einer vorbestimmten Absaugleistung abgesaugt wird und die Oberfläche sowie die Oberflächenbearbeitungsvorrichtung relativ zueinander bewegt werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtung zum Auf- bzw. Einbringen eines Werkstoffes auf bzw. in eine Oberfläche mit einer Oberflächenbearbeitungsvorrichtung, wobei eine Absaugeinrichtung zum Absaugen von Werkstoffnebel mit einer vorbestimmten Absaugleistung vorgesehen ist und eine Relativbewegung zwischen Oberflächenbearbeitungsvorrichtung und der Oberfläche erfolgt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for applying or introducing a material onto or into a surface with a surface processing device, wherein a material mist with a predetermined suction power is extracted and the surface and the Surface processing device can be moved relative to each other, according to the The preamble of claim 9. The invention further relates to a device for opening or Introducing a material onto or into a surface with a Surface processing device, wherein a suction device for suction of Material mist is provided with a predetermined suction power and a There is relative movement between the surface treatment device and the surface, according to the preamble of claim 6.
Die für Zylinderkurbelgehäuse vorwiegend eingesetzten untereutektischen Aluminium- Silizium-Legierungen sind aufgrund des zu geringen Anteils der verschleißfesten Siliziumphase für die tribologische Beanspruchung des Systems Kolben-Kolbenring- Zylinderlaufbahn ungeeignet. Übereutektische Legierungen, z. B. die Legierung AlSil7Cu4Mg besitzen einen ausreichenden Anteil an Siliziumkristalliten. Dieser harte, verschleißbeständige Gefügebestandteil wird durch chemische und/oder mechanische Bearbeitungsstufen gegenüber der aus dem Aluminiummischkristall bestehenden Matrix hervorgehoben und bildet einen erforderlichen Tragflächenanteil. Nachteilig wirkt sich jedoch die gegenüber den untereutektischen und naheuteklischen Legierungen mangelhafte Vergießbarkeit, die schlechte Bearbeitbarkeit und die hohen Kosten für diese Legierung aus.The hypoeutectic aluminum-silicon alloys mainly used for cylinder crankcases are unsuitable for the tribological loading of the piston-piston ring-cylinder raceway system due to the low proportion of the wear-resistant silicon phase. Hypereutectic alloys, e.g. B. the alloy AlSil 7 Cu 4 Mg have a sufficient proportion of silicon crystallites. This hard, wear-resistant structural component is highlighted by chemical and / or mechanical processing steps compared to the matrix consisting of the aluminum mixed crystal and forms a required wing portion. However, the castability, the poor machinability and the high costs of this alloy are disadvantageous compared to the hypoeutectic and near Uuteklische alloys.
Eine Möglichkeit zur Umgehung dieses Nachteils ist das Eingießen von Laufbuchsen aus verschleißbeständigem Material wie z. B. Grauguß- und übereutektischen Aluminiumlegierungen. Problematisch ist hier jedoch die Verbindung zwischen Buchse und Umguß, welcher alleine durch eine mechanische Verzahnung gewährleistet wird. Durch Einsatz eines porösen keramischen Buchsenwerkstoffs ist es möglich, beim Gießprozeß diesen zu infiltrieren und zu einer stofflichen Verbindung zu gelangen. Dazu ist eine langsame Formfüllung sowie die Anwendung von hohem Druck erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich herabsetzt. One way to circumvent this disadvantage is to cast bushings from wear-resistant material such. B. cast iron and hypereutectic Aluminum alloys. However, the connection between the socket and is problematic here Pouring, which is guaranteed solely by a mechanical toothing. By It is possible to use a porous ceramic bushing material in the casting process infiltrate it and reach a material connection. There is one slow mold filling as well as the application of high pressure required what the Economics of the process significantly reduced.
Alternativ werden unter- und naheutektischen Legierungen als galvanische Beschichtungen direkt auf die Laufbahnen aufgebracht. Dies ist jedoch teuer und tribochemisch nur ungenügend beständig. Eine weitere Alternative bilden thermische Spritzschichten, welche ebenfalls direkt auf die Laufflächen appliziert werden. Hierbei wird eine konstanter Unterdruck erzeugt, damit der Plasmanebel abgesaugt wird. Bei schlechter Absaugung kommt es jedoch zu unterschiedlich dick aufgetragenen Schichten mit partiell hohem Porositätsanteil. Zur Verbesserung der Schichtauftragung wird in der DE 195 35 078 A1 ein Verfahren zum Überwachen und Regeln von thermischen Spritzverfahren zum Beschichten der Oberfläche von Substraten vorgeschlagen, bei dem während des Spritzvorgangs als Kenngröße für die übertragenen Schichtmasse bzw. die Schichtdicke eine Oberflächentemperatur des Substrats gemessen und bei Abweichung vom Sollwert mindestens ein Verfahrensparameter verändert wird, der für die übertragene Schichtmasse bzw. die Schichtdicke bestimmend ist.Alternatively, sub- and near-eutectic alloys are used as galvanic coatings applied directly to the raceways. However, this is expensive and only tribochemical insufficiently stable. Another alternative are thermal spray coatings, which can also be applied directly to the treads. This is a constant Vacuum generated so that the plasma mist is sucked off. With poor suction however, layers of different thickness are applied with partially high layers Porosity share. To improve the layer application, DE 195 35 078 A1 Process for monitoring and controlling thermal spray processes for coating the surface of substrates proposed, during which during the spraying process Characteristic for the transferred layer mass or layer thickness one Surface temperature of the substrate measured and if there is a deviation from the nominal value at least one process parameter is changed, that for the transferred layer mass or the layer thickness is decisive.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und auf einfache und zuverlässige Weise eine gleichmäßiger Schichtauftrag mit konstanter Porosität erzielt wird.The present invention is based on the object of an improved method and to provide improved device of the type mentioned above, the the disadvantages mentioned above are overcome and in a simple and reliable manner a uniform layer application with constant porosity is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Vorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a method of the above. Kind with the in claim 1 characterized features and by a device of the above. Kind with the in claim 6 marked features solved. Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Bei einem Verfahren der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Absaugleistung in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen Oberflächenbearbeitungsvorrichtung und Oberfläche verändert wird.In a process of the above. Art is provided according to the invention that the Suction power depending on the relative movement between Surface processing device and surface is changed.
Bei einer Vorrichtung der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Absaugeinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie die Absaugleistung in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen Oberflächenbearbeitungsvorrichtung und Oberfläche variiert. Dies hat den Vorteil, daß durch entsprechende Dosierung der Absaugluft ein gleichmäßiger Schichtauftrag und eine konstante Porosität über die gesamte Beschichtungsfläche erzielt wird. In a device of the above. Art is provided according to the invention that the Suction device is designed such that it the suction power depending on the Relative movement between surface treatment device and surface varies. This has the advantage that an appropriate dosage of the suction air Layer application and a constant porosity achieved over the entire coating area becomes.
Die Oberflächenbearbeitungsvorrichtung ist beispielsweise ein Plasmabrenner, wobei mittels Plasmaspritzen eine Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht und der Werkstoffnebel in Farm eines Plasmanebels abgesaugt wird.The surface processing device is, for example, a plasma torch, whereby by means of Plasma spraying applied a coating to the surface and the material mist in Farm of a plasma mist is suctioned off.
Alternativ ist die Oberflächenbearbeitungsvorrichtung beispielsweise ein Laser, wobei mittels Auflegieren der Werkstoff in die Oberfläche einlegiert wird oder eine Spritzschicht durch Auftragung auf die Oberfläche mit dem Laser aufgebracht wird, wobei der entstehende Werkstoffnebel in Form eines Partikelnebels abgesaugt wird.Alternatively, the surface processing device is, for example, a laser, with the aid of The material is alloyed into the surface or sprayed through Application is applied to the surface with the laser, the resulting Material mist is extracted in the form of a particle mist.
Die Absaugeinrichtung umfaßt beispielsweise eine Pumpe, wenigstens ein Absaugrohr und wenigstens eine in dem Absaugrohr angeordnete Blende, wobei die Blende durch entsprechendes Öffnen und Schließen zum Verändern der Absaugleistung in Abhängigkeit von der Relativbewegung einen Durchlaßquerschnitt des Absaugrohres entsprechend verändert. Zum Absaugen des Werkstoffnebels wird dabei ein konstanter Unterdruck erzeugt und die Absaugleistung mittels entsprechendem Öffnen und Schließen von Blenden verändert.The suction device comprises, for example, a pump, at least one suction pipe and at least one orifice arranged in the suction tube, the orifice being through Appropriate opening and closing to change the suction power depending on a passage cross-section of the suction tube corresponding to the relative movement changed. A constant negative pressure is generated to extract the material mist and the suction power by opening and closing panels accordingly changed.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung bewegt eine Vorschubeinrichtung die Oberflächenbearbeitungsvorrichtung relativ zum Substrat, wobei ein Verstellmechanismus der Blende mit der Vorschubeinrichtung verbunden ist.In a preferred embodiment of the device, a feed device moves the Surface processing device relative to the substrate, wherein an adjustment mechanism the aperture is connected to the feed device.
Die hergestellte Beschichtung bzw. Ein- bzw. Auflegierung ist beispielsweise eine verschleißfeste, tribologische Zylinderlauffläche eines Zylinders eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine für laufende Kolben.The coating or alloy or alloy produced is, for example, one wear-resistant, tribological cylinder tread of a cylinder of a crankcase Internal combustion engine for running pistons.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigen in der einzigen Figur eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Further features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the following description of the invention based on the attached drawing. These show a preferred one in the single figure Embodiment of a device according to the invention.
Die in der einzigen Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt einen Plasmabrenner 10 mit einer Flamme 12 und eine Absaugeinrichtung 14 mit einer Pumpe 16, zwei Absaugrohren 18 und jeweils in den Absaugrohren 18 angeordneten Blenden 20. Die dargestellte Vorrichtung dient zum Herstellen einer verschleißfesten, tribologischen Zylinderlauffläche 22 in einem Zylinder 24 eines nicht dargestellten Kurbelgehäuses einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine für laufende Kolben. The preferred embodiment of a device according to the invention shown in the single figure comprises a plasma torch 10 with a flame 12 and a suction device 14 with a pump 16 , two suction pipes 18 and screens 20 arranged in the suction pipes 18 . The device shown serves to produce a wear-resistant, tribological cylinder running surface 22 in a cylinder 24 of a crankcase, not shown, of an internal combustion engine, not shown, for running pistons.
Der Plasmabrenner 10 wird innerhalb des Zylinder 24 in Pfeilrichtung 25 vorgeschoben und trägt in einem Beschichtungskegel 26 die Zylinderlauffläche 22 auf eine Zylinderwand 28 auf. Zum Rundumbeschichten der Zylinderwand 28 ist der Plasmabrenner 10 ferner in Pfeilrichtung 30 um eine Achse 32 drehbar. Der Plasmabrenner 10 weist in einem Behälter 34 ein Beschichtungspulver 36, wie beispielsweise ein Stahl/Molybdän-Pulver, auf, welches über ein Rohr 38 zur Flamme 12 gelangt. Dort wird das Beschichtungspulver 36 entsprechend Erhitzt und ggf. umgeben von Schutzgas 40 auf die Zylinderwand 28 aufgetragen. Hierbei bildet sich ein Plasmanebel 42 von nicht aufgetragenem Pulver, welcher von der Absaugeinrichtung 14 über die Absaugrohre 18 abgesaugt wird, wie mit Pfeilen 44 angedeutet.The plasma torch 10 is advanced within the cylinder 24 in the direction of arrow 25 and applies the cylinder running surface 22 to a cylinder wall 28 in a coating cone 26 . For all-round coating of the cylinder wall 28 , the plasma torch 10 can also be rotated about an axis 32 in the direction of the arrow 30 . The plasma torch 10 has a coating powder 36 in a container 34 , such as a steel / molybdenum powder, which reaches the flame 12 via a pipe 38 . There, the coating powder 36 is heated accordingly and, if appropriate, applied to the cylinder wall 28 surrounded by protective gas 40 . This forms a plasma mist 42 of powder not applied, which is sucked off by the suction device 14 via the suction pipes 18 , as indicated by arrows 44 .
Die Absaugung des Plasmanebels 42 erfolgt mittels eines Absaugmediums, wie beispielsweise Luft, mit einer vorbestimmten Absaugleistung. Der Begriff "Absaugleistung" bezeichnet hierbei einen vorbestimmten Volumendurchsatz pro Zeit des Absaugmediums durch die Absaugrohre 18, wobei der Volumendurchsatz durch einen Unterdruck bestimmt wird. Je höher die durch den Unterdruck herrschende Druckdifferenz, desto höher ist der Volumendurchsatz des Absaugmediums, welches den Plasmanebel entsprechend mit sich reißt und absaugt. Andererseits ist bei konstantem Unterdruck eine Absaugleistung um so höher, je größer eine Strömungsquerschnitt für das Absaugmedium ist.The plasma mist 42 is extracted by means of a suction medium, such as air, with a predetermined suction power. The term “suction power” here designates a predetermined volume throughput per time of the suction medium through the suction pipes 18 , the volume throughput being determined by a negative pressure. The higher the pressure difference due to the negative pressure, the higher the volume throughput of the suction medium, which accordingly pulls and sucks the plasma mist with it. On the other hand, with constant negative pressure, the larger the flow cross-section for the suction medium, the higher the suction capacity.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird mittels der Pumpe 16 ein konstanter Unterdruck erzeugt und mittels der Blenden 20 der Volumendurchsatz in den jeweiligen Absaugrohren 18 durch Variieren eines Strömungsquerschnittes der Absaugrohre 18 verändert. Hierzu ist eine nicht dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Blenden 20 in Abhängigkeit von dem Vorschub 25 des Plasmabrenners 10 entsprechend derart Öffnet oder Schließt, daß eine genaue Dosierung des Absaugmediums erfolgt und somit ein gleichmäßiger Schichtauftrag und eine konstante Porosität über die gesamte Lauffläche bzw. Beschichtung 22 erzielt wird. Die Blenden 20 werden dabei mechanisch oder elektrisch angesteuert und sind beispielsweise direkt mit einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung für den Plasmabrenner 10 verbunden.In the illustrated preferred embodiment, a constant negative pressure is generated by means of the pump 16 and changed by means of the diaphragm 20 of the volumetric flow rate in the respective suction pipes 18 by varying a flow cross-section of the suction pipes 18th For this purpose, a control device, not shown, is provided, which opens or closes the orifices 20 as a function of the feed 25 of the plasma torch 10 in such a way that an exact metering of the suction medium takes place and thus a uniform layer application and a constant porosity over the entire running surface or coating 22 is achieved. The diaphragms 20 are controlled mechanically or electrically and are connected, for example, directly to a feed device (not shown) for the plasma torch 10 .
Die Absaugleistung kann dabei für jedes Absaugrohr 18 mit der entsprechenden Blende 20 individuell variiert werden. Zweckmäßigerweise wird die Absaugleistung an demjenigen Absaugrohr 18 relativ niedrig sein, an dem sich die Flamme 12 näher befindet, und an dem entsprechend anderen Absaugrohr 18 wird die Absaugleistung entsprechend erhöht. Bei der in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsform beginnt die Beschichtung beispielsweise in der Figur oben, wobei am Anfang die Absaugleistung am in der Figur oberen Absaugrohr 18 relativ niedrig ist, um keine Schichtbestandteile abzusaugen und am in der Figur unteren Absaugrohr 18 relativ hoch ist. Mit zunehmendem Vorschub 25 des Plasmabrenner 10 nach unten wird die Absaugleistung am oberen Absaugrohr 18 durch vergrößern eines Durchlaßquerschnittes der oberen Blende 20 erhöht und am unteren Absaugrohr 18 durch verkleinern eines Durchlaßquerschnittes der unteren Blende 20 verringert, bis am in der Figur untersten Punkt der Beschichtung bzw. der Flamme 12 die Absaugleistung am oberen Absaugrohr 18 am höchsten und am unteren Absaugrohr 18 am niedrigsten ist. Hierdurch wird über den gesamten Vorschubweg des Plasmabrenners 10 im Bereich der Flamme 12 eine konstante Absaugleistung (gemäß Gleichung von Bernoulli) und ein dementsprechend konstanter Schichtauftrag erzielt.The suction power can be varied individually for each suction pipe 18 with the corresponding aperture 20 . The suction power on the suction pipe 18 to which the flame 12 is located is expediently relatively low, and the suction power on the corresponding other suction pipe 18 is increased accordingly. In the embodiment shown in the single figure, the coating begins, for example, in the figure above, with the suction power being relatively low at the top of the suction pipe 18 in the figure, in order not to suction any layer components, and being relatively high at the lower suction pipe 18 in the figure. With increasing feed 25 of the plasma torch 10 downward, the suction power at the upper suction tube 18 is increased by increasing a passage cross section of the upper aperture 20 and reduced at the lower suction tube 18 by reducing a passage cross section of the lower aperture 20 until the lowest point in the figure of the coating or the flame 12 has the highest suction power at the upper suction pipe 18 and the lowest at the lower suction pipe 18 . In this way, a constant suction power (according to Bernoulli's equation) and a correspondingly constant layer application is achieved over the entire feed path of the plasma torch 10 in the area of the flame 12 .
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