EP1225324A2 - Zylindrische Lauffläche - Google Patents

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EP1225324A2 EP02000872A EP02000872A EP1225324A2 EP 1225324 A2 EP1225324 A2 EP 1225324A2 EP 02000872 A EP02000872 A EP 02000872A EP 02000872 A EP02000872 A EP 02000872A EP 1225324 A2 EP1225324 A2 EP 1225324A2
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claw
cylindrical running
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    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts

Definitions

  • the invention relates to a cylindrical tread, for example a cylinder liner or a cylinder bore, made of a light metal alloy with a defined claw structure a not yet coated cylindrical tread, on which a wear layer can be applied firmly.
  • Such a cylindrical tread is, for example, from the article by Hans Rininger "Flame-sprayed plain bearings" from “Der Machinen here” (1954, No. 7, page 6) known. there sawtooth recesses or threads with longitudinal grooves are made in the cylindrical running surface, to ensure a twist-proof adhesion.
  • sawtooth recesses or threads with longitudinal grooves are made in the cylindrical running surface, to ensure a twist-proof adhesion.
  • the wear resistance of cylindrical treads such as the Crankcase of an internal combustion engine, at least partially to increase that on the light metal alloy, for example, a wear layer made of an Fe-based alloy with additives such as C, Mn, Mo, V etc., an Al-based alloy with additives such as. Si, Fe, Cu, Ni etc. or a copper / nickel alloy is applied.
  • the wear layer is preferably by welding, plasma spraying, flame spraying or high-speed jet spraying.
  • the Coating light metal alloy roughened by a blasting process. That kind of However, pretreatment is very complex due to the blasting systems to be used creates only an undefined surface structure, the uneven voltage introduction caused in the wear layer, which means that not in all stress cases Adequate adhesion of the wear layer is guaranteed.
  • the present invention is therefore based on the object of a remedy for the above to create problems described.
  • This claw structure initially leads to a defined increase in the adhesive area of the coating tread. It also occurs in the subsequent coating process in the peaks to a higher energy load, which is partially a reproducible Diffusion compensation of the wear layer with the base material leads. It also matters the tips of the claw structure to melt, which the adhesion of the wear layer improve even further.
  • the distance is too coated surface, especially with diameters of 60-120 mm, so small that in the coating medium no maximum acceleration can be achieved due to the low kinetic energy, the adhesion is reduced.
  • the angle of impact of the media jet significantly less than 90 °, this results in poor adhesion of the coating medium in this zone.
  • the macroscopic surface structure specifically produced in this way can be in the form of preferably grooves extending in the circumferential direction or also of spiral thread-like Profiles be formed. Furthermore, the adhesion can be radial and / or axial Direction can be improved by undercuts.
  • the inner contour of the bore provided with claw structures has proven to be advantageous by welding, plasma spraying, flame spraying or high-speed jet spraying manufacture.
  • the Energy (pinch effect) per unit area increased significantly, leading to an improvement in Shift liability leads.
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a cylindrical designed according to the invention Tread.
  • the cylindrical tread 1 consists of a known aluminum alloy.
  • a claw structure 2 in a known manner, in the present exemplary embodiment turned a thread profile.
  • Claw structures 2 also in various other ways, such as pressure rolling, cutting, Milling etc. can be introduced into the cylindrical tread 1.
  • slight undercuts 4 are attached to the claw structures 2.
  • FIG. 2 A schematic representation of the machining process for applying one of the wear layer 3 through the media jet 5 shows FIG. 2.
  • the claw structure 2 ensures this that the angle of incidence of the media beam 5 is almost 90 °.
  • 3 shows this a first embodiment of the claw structure 2, which ensures this defined impact angle.
  • the orientation of the partial flanks 6 is over the entire cylindrical running surface 1 constant, which leads to the fact that during the coating process the media jet 5 moved translationally along the longitudinal axis of the cylindrical tread 1 (see dash-dotted lines).
  • Figure 4 shows a claw structure 2, the partial flanks 6 in the longitudinal direction of the cylindrical Tread 1 have a continuously decreasing angle of attack a.
  • a claw structure 2 can be produced in a known manner, for example by a CNC machine become.
  • the media jet 5 then only needs a rotary movement to carry out, which in turn leads to a simplification of the machining process.

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Abstract

Zylindrische Lauffläche, beispielsweise einer Zylinderlaufbuchse oder einer Zylinderbohrung, aus einer Leichtmetall-Legierung mit einer definierten Verkrallstruktur einer noch nicht beschichteten zylindrischen Lauffläche, auf die eine Verschleißschichf haftfest aufbringbar ist, wobei die Verkrallstruktur in radialer Richtung der zylindrischen Lauffläche verläuft, wobei zu einem Beschichtungswerkzeug gerichtete Teilflanken der Verkrallstruktur derart angepaßt sind, daß ein Auftreffwinkel eines Medienstrahls eines Beschichtungswerkzeuges nahezu 90° beträgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine zylindrische Lauffläche, beispielsweise einer Zylinderlaufbuchse oder einer Zylinderbohrung, aus einer Leichtmetall-Legierung mit einer definierten Verkrallstruktur einer noch nicht beschichteten zylindrischen Lauffläche, auf die eine Verschleißschicht haftfest aufbringbar ist.
Eine derartige zylindrische Lauffläche ist beispielsweiseaus Dem Aufsatz von Hans Rininger "Flammgespritzte Gleitlager" aus "Der Machinenmarkt" (1954, Nr. 7, Seite 6) bekannt. Dabei sind in die zylindrische Lauffläche Sägezahn-Einstiche oder Gewinde mit Längsnuten eingebracht, um eine verdrehsichere Haftung zu gewährleisten. Insbesondere bei Verfahren zur Aufbringung einer Verschleißschicht mit einer Fokussierung und der damit verbundenen hohen lokalen Wärmeeinbringung hat sich diese Art der Vorbehandlung als nicht geeignet erwiesen.
Um den hohen Beanspruchungen an die Verschleißfestigkeit gerecht zu werden, ist es darüberhinaus bekannt, die Verschleißfestigkeit zylindrischer Laufflächen, beispielsweise des Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors, zumindest teilweise dadurch zu erhöhen, daß auf die Leichtmetall-Legierung beispielsweise eine Verschleißschicht aus einer Fe-Basis-Legierung mit Zusätzen wie z.B. C, Mn, Mo, V etc., einer Al-Basis-Legierung mit Zusätzen wie z.B. Si, Fe, Cu, Ni etc.oder einer Kupfer-/ Nickel-Legierung aufgebracht wird. Die Verschleißschicht wird dabei vorzugsweise durch Aufschweißen, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen aufgebracht. Um bei den ständig wechselnden mechanischen Belastungen dieser Schicht eine Haftung zu gewährleisten, wird dabei die zu beschichtende Leichtmetall-Legierung durch einen Strahlvorgang aufgerauht. Diese Art der Vorbehandlung ist jedoch aufgrund der einzusetzenden Strahlsysteme sehr aufwendig und schafft lediglich eine undefinierte Oberflächenstruktur, die eine ungleichmäßige Spannungseinleitung in die Verschleißschicht verursacht, was zur Folge hat, daß nicht in allen Belastungsfällen eine ausreichende Haftung der Verschleißschicht gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfe für die vorstehend geschilderten Probleme zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine zylindrische Lauffläche der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verkrallstruktur in radialer Richtung der zylindrischen Lauffläche verläuft, wobei zu einer Beschichtungsdüse gerichtete Teilflanken der Verkrallstruktur derart angepaßt sind, daß ein Auftreffwinkel eines Medienstrahls von nahezu 90° erreichbar ist.
Diese Verkrallstruktur führt zunächst zu einer definierten Vergrößerung der Haftfläche der zu beschichtenden Lauffläche. Außerdem kommt es beim nachfolgenden Beschichtungsprozeß in den Spitzen zu einer höheren Energiebelastung, was partiell zu einem reproduzierbaren Diffusionsausgleich der Verschleißschicht mit dem Grundwerkstoff führt. Auch kommt es an den Spitzen der Verkrallstruktur zu Anschmelzungen, die die Haftung der Verschleißschicht noch weiter verbessern.
Bei einer Beschichtungsanlage, bei der das Plasma umgelenkt wird, ist der Abstand zur zu beschichteten Oberfläche speziell bei Durchmessern von 60-120 mm so gering, daß im Beschichtungsmedium keine maximale Beschleunigung erreicht werden kann, aufgrund der niedrigen kinetischen Energie ist die Haftung reduziert. Bei Plasma oder Flammspritzvorgängen wird eine optimale Haftung beim senkrechten Auftreffen auf die zu beschichteten Oberfläche erreicht. Bei Beschichtungsverfahren ohne Umlenkung des Plasmas wird in Zylindern mit Durchmesser von 60-120 mm im unteren Zylinderbereich der Auftreffwinkel des Medienstrahls deutlich kleiner 90°, hieraus resultiert eine geringe Haftung des Beschichtungsmediums in dieser Zone.
Durch Anpassung der Oberflächenstruktur an den Strahlwinkel ist es möglich, zonenweise verbindungsähnliche Strukturen zu erzeugen. Daher ist es besonders vorteilhaft für den Beschichtungsprozeß, daß zu einer Beschichtungsdüse gerichtete Teilflanken der Verkrallstruktur derart angepaßt sind, daß der Auftreffwinkel des Medienstrahls des Beschichtungswerkzeuges nahezu 90° beträgt.
Die derart gezielt hergestellte makroskopische Oberflächenstruktur kann dabei in Form von vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckten Nuten oder auch von spiralförmigen gewindeähnlichen Profilen gebildet sein. Des weiteren kann die Haftung in radialer und/oder axialer Richtung durch Hinterschneidungen verbessert werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die mit Verkrallstrukturen versehene Bohrungsinnenkontur durch Aufschweißen, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen herzustellen. Durch elektromagnetische Fokussierung des Medienstrahls wird die Energie (Pinch-Effekt) pro Flächeneinheit signifikant erhöht, was zu einer Verbesserung der Schichthaftung führt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben, hierin zeigt:
Figur 1
eine fotografische Darstellung eines Längsschnitts durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Lauffläche,
Figur
2eine schematische Darstellung eines Bearbeitungsvorganges einer Bohrungsinnekontur,
Figur 3
eine vergößerte schematische Darstellung nach Figur 2 mit einer ersten Ausführungsform der Verkrallstruktur, und
Figur 4
eine vergößerte schematische Darstellung nach Figur 2 mit einer zweiten Ausführungsform der Verkrallstruktur,
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete zylindrische Lauffläche.
Die zylindrische Lauffläche 1 besteht aus einer an sich bekannten Aluminium-Legierung. In die Lauffläche 1 wurden auf bekannte Weise eine Verkrallstruktur 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gewindeprofil gedreht. Es sollte deutlich sein, daß die erfindungsgemäßen Verkrallstrukturen 2 auch auf verschiedene andere Weise, wie Drückwalzen, Schneiden, Fräsen etc. in die zylindrische Lauffläche 1 eingebracht werden können. Des weiteren können durch einen nachfolgenden Umformprozeß die im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellte leichten Hinterschneidungen 4 an den Verkrallstrukturen 2 angebracht werden.
Nachfolgend wurde durch Plasmaspritzen eine Verschleißschicht 3 auf der zylindrischen Lauffläche 1 aufgebracht. Deutlich zu erkennen ist die Verbindung im Bereich des Gewindeprofils 2.
Der kostenaufwendige Strahlvorgang zur Aufrauhung konnte im vorliegenden Beispiel komplett entfallen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verkrallstruktur, die einen Auftreffwinkel von nahezu 90° des Medienstrahls auf die Teilflanken 6 (s. Fig. 3 und 4) des Gewindeprofils blieb dieses auch nach dem Aufbringen der Verschleißschicht durch Plasmaspritzen im wesentlichen erhalten, da eine definierte Wärmeeinbringung erfolgen konnte.
Eine schematische Darstellung des Bearbeitungsvorganges zum Aufbringen einer der Verschleißschicht 3 durch den Medienstrahl 5 zeigt Figur 2. Die Verkrallstruktur 2 sorgt dabei dafür, daß der Auftreffwinkel des Medienstrahls 5 nahezu 90° beträgt. Dabei zeigt Figur 3 eine erste Ausführungsform der Verkrallstruktur 2, die diesen definierten Auftreffwinkel gewährleistet. Die Ausrichtung der Teilflanken 6 ist dabei über die gesamte zylindrische Lauffläche 1 gleichbleibend, was dazu führt, daß während des Beschichtungsvorganges der Medienstrahl 5 translatorisch entlang der Längsachse der zylindrischen Lauffläche 1 bewegt wird (siehe strichpunktierte Linien).
Figur 4 zeigt eine Verkrallstruktur 2, deren Teilflanken 6 in Längsrichtung der zylindrischen Lauffläche 1 einen sich stetig veringerenden Anstellwinkel a aufweisen. Eine derartige Verkrallstruktur 2 kann auf bekannte Weise beispielsweise durch eine CNC-Maschine hergestellt werden. Der Medienstrahl 5 braucht dann wie dargestellt lediglich eine rotatorische Bewegung auszuführen, was wiederum zu einer Vereinfachung des Bearbeitungsvorganges führt.

Claims (6)

  1. Zylindrische Lauffläche, beispielsweise einer Zylinderlaufbuchse oder einer Zylinderbohrung, aus einer Leichtmetall-Legierung mit einer definierten Verkrallstruktur einer noch nicht beschichteten zylindrischen Lauffläche, auf die eine Verschleißschicht haftfest aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkrallstruktur (2) in radialer Richtung der zylindrischen Lauffläche (1) verläuft, wobei zu einem Beschichtungswerkzeug gerichtete Teilflanken (6) der Verkrallstruktur (2) derart angepaßt sind, daß ein Auftreffwinkel eines Medienstrahls (5) eines Beschichtungswerkzeuges nahezu 90° beträgt.
  2. Zylindrische Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkrallstruktur (2) von Nuten gebildet ist.
  3. Zylindrische Lauffläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkrallstruktur (2) von gewindeähnlichen Profilen gebildet ist.
  4. Zylindrische Laufflächen nach einem der Ansprüche 1- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkrallstruktur (2) Hinterschneidungen (4) aufweist.
  5. Verfahren zur Herstellung der zylindrischen Laufflächen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Verkrallstrukturen (2) versehene Bohrungsinnenkontur durch Aufschweißen, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Medienstrahl (5) durch elektromagnetische Felder fokussiert wird.
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