EP1370706A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von beschichteten bohrungen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur herstellung von beschichteten bohrungen

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Publication number
EP1370706A1
EP1370706A1 EP02702330A EP02702330A EP1370706A1 EP 1370706 A1 EP1370706 A1 EP 1370706A1 EP 02702330 A EP02702330 A EP 02702330A EP 02702330 A EP02702330 A EP 02702330A EP 1370706 A1 EP1370706 A1 EP 1370706A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
bore
rolling elements
roll pressing
bore wall
machining head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02702330A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter DANNEMANN
Helmut Schäfer
Walter Zwink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1370706A1 publication Critical patent/EP1370706A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
    • F16C2223/30—Coating surfaces
    • F16C2223/42—Coating surfaces by spraying the coating material, e.g. plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for producing coated bores according to the preamble of patent claim 1 and a device for carrying out the same according to the preamble of patent claim 7.
  • the invention has for its object to develop a generic method or a generic device in such a way that a sufficient durability of the coating of the bore wall against mechanical loads can be achieved in a relatively simple manner.
  • the object is achieved by the features of claim 1 with respect to the method and by the features of claim 7 with regard to the device. Due to the machining of the bore wall by means of rolling presses, even slight unevenness in the wall - which does not count towards the roughness of the bore wall material - is leveled, as a result of which the coating material can claw better and more homogeneously in the surface of the wall, so that the adhesive strength of the layer increases considerably becomes, which leads to an increased durability of the coating against mechanical loads. The uniformity of the layer thickness makes a further contribution to durability. On the one hand, these prevent harmful shear stresses, which are caused by the tension or pressure of the friction partner on the layer at sink marks - that is, points with reduced layer thickness.
  • FIG. 1 shows a processing head of a roll pressing device according to the invention with balls as rolling elements in a perspective view
  • FIG. 2 shows a detail of the machining head according to FIG. 1 in a lateral longitudinal section
  • FIG. 3 shows a detail of a machining head according to the invention with rollers as rolling elements in a top view
  • Fig. 4 shows a processing head of a roll pressing device according to the invention with roller rollers as rolling elements in a perspective view.
  • the device according to the invention consists of a tool, not shown in the exemplary embodiments, for forming a bore, for example a casting device, a milling cutter or a turning device, and a plasma spraying device of a conventional type. Furthermore, the device includes a roll pressing tool, which is composed of a motor-operated machining spindle and a machining head 1 fastened to the end thereof, as shown in FIG. 1.
  • the machining head 1 is designed as a cylindrical cage, the dimensions of which are adapted to the bore to be machined and has a plurality of cavities 2 (FIG. 2) open in the radial direction of the cage on its circumference.
  • cavities 2 rolling elements in the form of balls 3 are freely floating, which are radially deployable and whose curvature is adapted to that of the bore wall.
  • the balls 3 are acted upon fluidly via a line system connected to the cavities 2 when the machining head 1 is sunk into the bore in use.
  • the balls 3 are washed up hydraulically in the direction of the arrow and are thus issued for processing in the use position.
  • the cavities 2 are designed in such a way that the balls 3 can penetrate the openings 4 of the cavities 2 to the outside, each with a spherical section 5.
  • the balls 3 are pressed against the cavity wall 6 surrounding the openings 4 in such a way that the balls 3 - lubricated by the hydraulic fluid - can still rotate freely in any direction.
  • the wall of the bore can now be mechanically loaded by the roll pressing tool.
  • the * machining of the bore wall with the machining head 1 equipped with the balls 3 is economical in terms of process and apparatus. dig.
  • the use of balls 3 has the advantage that the specific forming forces acting on the bore wall are locally relatively high, but again, when viewed on the load on the entire surface, are low.
  • the balls 3 are formed from ceramic, for example from SiN, since this material is distinguished by high hardness, high wear resistance and a low adhesive tendency towards the metallic wall material, which may be made of aluminum.
  • the balls 3, which have a uniform diameter of 5 mm to 20 mm, are arranged on the machining head 1 in several adjacent rows 7 running in the circumferential direction of the machining head 1, the rows 7 being offset from one another.
  • resonance vibrations during machining of the bore wall are avoided by mutual extinction of the natural vibrations of the individual balls 3, which would lead to damage to the tool and damage to the bore wall.
  • a large number of short barrel-shaped rollers 8 can also be used as rolling elements, the longitudinal axes 9 of which lie parallel to the longitudinal axis 10 of the machining spindle (FIG. 3) and which are arranged offset on the circumference of the machining head 1.
  • elongated roller burners 11 are also conceivable as rolling elements according to FIG. 4, each of which extends over the longitudinal extent of the machining head 1 and is held on the latter in such a way that it projects through the circumferential surface 12 of the head 1 with a peripheral portion.
  • the rolling bodies can be raised, which - as described above - is fluid, can also be achieved mechanically by means of an expanding cone mandrel.
  • the machining spindle of the roll-pressing tool is formed by that of a honing machine.
  • a tool can thus be saved by simply exchanging the machining head 1 for the honing stone in the pending case.
  • the bore wall is used as the cylinder barrel surface of an internal combustion engine made of die-cast aluminum, pores in this wall material result in a depth of up to 0.3 mm, in some cases even up to 1.2 mm, which, when coated by means of plasma spraying, are on the one hand - seen across the cylinder barrel surface - lead to uneven layer thickness.
  • the pores reduce the adhesive strength of the layer. Therefore, it is advantageous to allow the roll pressing processing to be carried out before plasma spraying in the given application, since the pores are quasi kneaded beforehand by the rolling elements which act on the bore wall with contact pressure and the cylinder running surface thus receives a considerably greater flatness.
  • the thickness of the layer can be applied completely homogeneously, which has a significantly positive effect on the sliding properties.
  • roll pressing is also possible after plasma spraying. Since the pores form an oil retention volume for engine oil, the closing of the pores by means of the rolling press reduces the oil consumption during engine operation and thus the pollutant emissions during combustion in the cylinder. There is still enough oil left in the roughness profile of the cylinder surface to lubricate the cylinder piston.
  • a surface hardening is achieved by the roll pressing, which increases the strength of the light metal die casting, which, as mentioned, can consist of aluminum or magnesium, and thus increases the cylinder barrel.
  • the bore wall as a bearing surface of a bearing block of a crankshaft or as an inner surface of a connecting rod eye of an internal combustion engine, it is expedient to start the roll pressing process after the plasma spraying.
  • the applied layer which has a thickness of about 200 ⁇ m in the plain bearing, is evened out, which improves the sliding properties of the bore wall, and at the same time by the pressure of the layer on the bore wall by the action of the rolling elements based on the roller plating to increase the adhesive strength Connection of the layer with the bore wall reinforced.
  • a measuring device included in the device which works, for example, acoustically, optically or tactilely, can be integrated into the roll pressing device for all areas of application, which measures the diameter of the hole step by step or continuously in the manufacturing process of the bore and, when the predetermined nominal diameter is reached, causes it to do so the roll pressing tool is inoperative or switched off.
  • Signal processing of the device acts here, which detects a control signal emitted by the measuring device and feeds it to a controller of the roll-pressing tool to end the roll-pressing process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Bohrungen, wobei nach Ausbildung der Bohrung die Bohrungswandung mit einem Beschichtungsmeterial plasmagespritzt wird. Um in relativ einfacher Weise eine ausreichende Haltbarkeit der beschichtung der Bohrungswandung gegenüber mechanischen Belastungen zu erreichen, wird vorgeschlagen, da? die Bohrungswandung einer Rolldrückbearbeitung unterzogen wird.

Description

DaimlerChrysler AG Stuttgart
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von beschichteten
Bohrungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Bohrungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Einrichtung zur Durchführung desselben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.
Bei herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen zur Beschichtung von Bohrungen, deren Wandungen dazu plasmagespritzt werden, um diese verschleißfest zu machen und gleichzeitig mit hoher Gleitfähigkeit auszustatten, tritt beim praktischen Einsatz der Schicht im Kontakt mit einem Tribologiepartner aufgrund zu geringer Haftfestigkeit infolge von Schichtunggleichmäßigkeiten eine frühe Überbelastung der Schicht auf, welche hierbei abplatzt oder Rißbildung zeigt. Dies kann zu einem völligen Versagen der betreffenden zusammenwirkenden Funktionsbauteile führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß in relativ einfacher Weise eine ausreichende Haltbarkeit der Beschichtung der Bohrungswandung gegenüber mechanischen Belastungen erreicht werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 7 hinsichtlich der Einrichtung gelöst. Aufgrund der Bearbeitung der Bohrungswandung mittels Rolldrücken werden auch geringe - nicht zur Rauhigkeit des Bohrungs- wandungsmaterials zählende - Unebenheiten der Wandung nivelliert, wodurch sich der Beschichtungswerkstoff- wesentlich besser und homogener in der Oberfläche der Wandung verkrallen kann, so daß die Haftfestigkeit der Schicht erheblich erhöht wird, was zu einer gesteigerten Haltbarkeit der Beschichtung gegenüber mechanischen Belastungen führt. Einen weiteren Beitrag zur Haltbarkeit leistet die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke. Durch diese werden zum einen schädliche Scherspannungen, die durch den Zug oder Druck des Reibungspartners an der Schicht an Einfallstellen - also Stellen mit verminderter Schichtdicke - verursacht werden, verhindert. Zum anderen wird dadurch vermieden, daß durch den Kontakt des Reibungspartners mit in den lichten Querschnitt der Bohrung einstehenden übermäßigen Schichtmaterialansammlungen und damit unzulässig hohen punktuellen mechanischen Beanspruchungen an diesen Stellen Schichtabschnitte herausgelöst werden. Die Bearbeitung erfolgt rotierend mit gleichzeitigem Axialhub des Werkzeuges längs der zu glättenden Bohrung.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die erfindungsgemäße Einrichtung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt :
Fig. 1 einen Bearbeitungskopf einer erfindungsgemäßen Rolldrückvorrichtung mit Kugeln als Wälzkörper in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 einen Ausschnitt des Bearbeitungskopfes nach Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt,
Fig. 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bearbeitungskopfes mit Walzen als Wälzkörper in einer Draufsicht, Fig. 4 einen Bearbeitungskopf einer erfindungsgemäßen Rolldrückvorrichtung mit Rollierwalzen als Wälzkörper in einer perspektivischen Darstellung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem in den Ausführungsbeispielen nicht gezeigten Werkzeug zur Ausbildung einer Bohrung, beispielsweise eine Gießvorrichtung, ein Fräser oder eine Drehvorrichtung, und einer Plasmaspritzvorrichtung üblicher Bauart. Des weiteren beinhaltet die Einrichtung ein Rolldrückwerkzeug, das sich aus einer motorisch betriebenen Bearbeitungsspindel und einem an dieser endseitig befestigten Bearbeitungskopf 1 zusammensetzt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Der Bearbeitungskopf 1 ist als zylindrischer in seinen Abmessungen an die zu bearbeitende Bohrung angepaßter Käfig ausgebildet, der an seinem Umfang eine Vielzahl von in radialer Richtung des Käfigs offenen Hohlräumen 2 (Fig. 2) aufweist. In den Hohlräumen 2 sind Wälzkörper in Form von Kugeln 3 freischwimmend aufgenommen, die radial ausstellbar sind und deren Wölbung der der Bohrungswandung angepaßt ist. Die Kugeln 3 werden hier über ein mit den Hohlräumen 2 verbundenes Leitungssystem fluidisch beaufschlagt, wenn der Bearbeitungskopf 1 im Einsatzfall in die Bohrung eingesenkt wird. Dabei werden die Kugeln 3 gemäß der Pfeilrichtung hydraulisch angeschwemmt und damit zur Bearbeitung in Gebrauchsstellung ausgestellt. Hierzu sind die Hohlräume 2 derart ausgebildet, daß die Kugeln 3 die Öffnungen 4 der Hohlräume 2 nach außen hin mit jeweils einem sphärischen Abschnitt 5 durchdringen können. In Gebrauchsstellung werden die Kugeln 3 an der die Öffnungen 4 umgebenden Hohlraumwandung 6 angepreßt und zwar so, daß sich die Kugeln 3 - geschmiert durch die Hydraulikflüssigkeit - noch ungehindert in jede Richtung drehen können. Die Bohrungswandung ist damit nun durch das Rolldrückwerkzeug mechanisch beaufschlagbar. Die* Bearbeitung der Bohrungswandung mit dem mit den Kugeln 3 ausgestatteten Bearbeitungskopf 1 ist verfahrensökonomisch und apparativ geringaufwen- dig. Die Verwendung von Kugeln 3 erbringt den Vorteil, daß die spezifischen auf die Bohrungswandung wirkenden Umformkräfte lokal relativ hoch sind, jedoch auf die Belastung der Gesamtfläche gesehen wiederum gering. Damit wird eine effektive Bearbeitung der Bohrungswandung ermöglicht ohne daß dies an dieser zu einer Rißbildung führt. Vorteilhaft ist es, die Kugeln 3 aus Keramik, beispielsweise aus SiN auszubilden, da dieser Werkstoff sich durch eine hohe Härte, eine hohe Verschleißfestigkeit und eine geringe adhäsive Neigung zum metallischen gegebenenfalls aus Aluminium bestehenden Wandungsmaterial auszeichnet. Die Kugeln 3, die einen einheitlichen Durchmesser von 5mm bis 20 mm besitzen, sind am Bearbeitungskopf 1 in mehreren nebeneinanderliegenden in Umfangsrichtung des Bearbeitungskopfes 1 verlaufenden Reihen 7 angeordnet sind, wobei die Reihen 7 zueinander versetzt sind. Hierbei werden Resonanzschwingungen bei der Bearbeitung der Bohrungswandung durch gegenseitige Auslöschung der Eigenschwingungen der einzelnen Kugeln 3 vermieden, die zu Schäden am Werkzeug und zu Beschädigungen der Bohrungswandung führen würden. Alternativ zu den Kugeln 3 können auch als Wälzkörper eine Vielzahl von kurzen tonnenförmigen Walzen 8 zum Einsatz kommen, deren Längsachsen- 9 parallel zur Längsachse 10 der Bearbeitungsspindel liegen (Fig. 3) und die auf dem Umfang des Bearbeitungskopfes 1 versetzt angeordnet sind. Des weiteren sind als Wälzkörper gemäß Fig. 4 auch längliche Rollierwalzen 11 denkbar, die sich jeweils über die Längserstreckung des Bearbeitungskopfes 1 hinweg erstrecken und so an diesem gehalten sind, daß sie die Mantelfläche 12 des Kopfes 1 mit einem Umfangsabschnitt durchragen. Die Ausstellbarkeit der Wälzkörper, die - wie oben beschrieben - fluidisch erfolgt, kann auch mechanisch mittels eines Spreizkegeldorns bewerkstelligt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Bearbeitungsspindel des Rolldrückwerkzeuges von der einer Honmaschine gebildet. Damit kann durch einfaches Austauschen des Bearbeitungskopfes 1 für den Honstein im jeweilig anstehenden Bedarfsfall ein Werkzeug eingespart werden. Dazu kommt in günstiger Weise, daß man sich mit der Hon- maschine einer bekannten Technik bedient, deren Parameter wie Drehgeschwindigkeit, Hubgeschwindigkeit und die hydraulischelektrische Zustellung der Wälzkörper sicher beherrschbar sind.
Im Falle der Verwendung der Bohrungswandung als Zylinderlauffläche einer Brennkraftmaschine aus Aluminium-Druckguß ergeben sich Poren in diesem Wandungswerkstoff mit einer Tiefe bis 0,3mm, vereinzelt sogar bis 1,2mm, die bei der Beschichtung mittels Plasmaspritzen zum einen zu einer - über die Zylinderlauffläche gesehen - ungleichmäßigen Schichtdicke führen. Zum anderen wird durch die Poren die Haftfestigkeit der Schicht verringert. Daher bietet es sich in vorteilhafter Weise an, im gegebenen Anwendungsfall die Rolldrückbearbeitung vor dem Plasmaspritzen erfolgen zu lassen, da dadurch vorab die Poren durch die mit Anpreßdruck die Bohrungswandung beaufschlagenden Wälzkörper quasi zugeknetet werden und somit die Zylinderlauffläche eine erheblich größere Ebenheit erhält. Damit vergrößert sich gleichmaßen die Haftfestigkeit der Schicht an der Bohrungswandung als auch die Gleitfähigkeit der Zylinderlauffläche für den Kolbenring des Zylinderkolbens. Des weiteren kann die Schicht völlig homogen in ihrer Dicke aufgetragen werden, was die Gleitfähigkeitseigen- schaften erheblich positiv beeinflußt. Zur Vergleichmäßigung der Schichtdicke ist das Rolldrücken auch nach dem Plasmaspritzen möglich. Da die Poren ein Ölrückhaltevolumen für Motoröl bilden, wird durch das Schließen der Poren mittels des Rolldrückens der Ölverbrauch im Motorbetrieb und damit die Schadstoffemission bei der Verbrennung im Zylinder wesentlich reduziert. Zur Schmierung des Zylinderkolbens bleibt immer noch genügend Öl im Rauhigkeitsprofil der Zylinderlauffläche übrig. Weiterhin wird durch das Rolldrücken eine Oberflächenverfestigung erreicht, was die Festigkeit des Leichtmetalldruckgusses, der wie erwähnt aus Aluminium oder aus Magnesium bestehen kann, und damit der Zylinderlaufbahn steigert . Im Verwendungsfall der Bohrungswandung als Lagerfläche eines Lagerstuhls einer Kurbelwelle oder als Innenfläche eines Pleuelauges einer Brennkraftmaschine ist es zweckmäßig, nach dem Plasmaspritzen die Rolldrückbearbeitung zu beginnen. Hierbei wird die aufgetragene Schicht, die beim Gleitlager etwa eine Dicke von 200μm aufweist, vergleichmäßigt, was die Gleitfähigkeitseigenschaften der Bohrungswandung verbessert, und gleichzeitig durch die Anpressung der Schicht an die Bohrungswandung durch das Einwirken der Wälzkörper in Anlehnung an das Walzplattieren zur Steigerung der Haftfestigkeit die Verbindung der Schicht mit der Bohrungswandung verstärkt. Durch die Aufbringung einer in dieser Weise präzisionsumge- formten Schicht können in bauteilsparender und fertigungsto- leranzoptimierter Weise die Lagerschalen ersetzt werden.
Beim Rolldrücken kann für alle Anwendungsbereiche in die Rolldrückvorrichtung eine von der Einrichtung umfaßte Meßvorrichtung, die beispielsweise akustisch, optisch oder taktil arbeitet, integiert werden, welche im Herstellungsprozeß der Bohrung den Durchmesser der Bohrung schrittweise oder kontinuierlich mißt und bei Erreichen des vorgegebenen Solldurchmessers veranlaßt, daß das Rolldrückwerkzeug funktionslos bzw. abgeschaltet wird. Hierbei wirkt eine Signalverarbeitung der Einrichtung, die ein von der Meßvorrichtung abgegebenes Steuersignal erfaßt und einer Steuerung des Rolldrückwerkzeuges zur Beendigung des Rolldrückvorganges zuführt.
Durch die Variierbarkeit der Schichtdicke im μ-Bereich durch das Rolldrücken kann die bisherige Vielfalt an Pleuelgrundkörpern und damit an Pleuelklassen entscheidend minimiert werden, da Lagerpaarungen entfallen, die unterschiedlichste μm-AbStimmungen mit der Kurbelwelle aufweisen müssen. Grundsätzlich sind auch noch andere Anwendungsbereiche für das erfindungsgemäße Verfahren und Einrichtung denkbar, wie beispielsweise bei Getriebewellen und Zahnrädern im Achsgetriebe.

Claims

DaimlerChrysler AG StuttgartPatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von beschichteten Bohrungen, wobei nach Ausbildung der Bohrung die Bohrungswandung mit einem Beschichtungsmaterial plasmagespritzt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrungswandung einer Rolldrückbearbeitung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rolldrückbearbeitung nach dem Plasmaspritzen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Falle von großporigen Wandungswerkstoffen die Rolldrückbearbeitung vor dem Plasmaspritzen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Bohrungswandung eine Zylinderlauffläche einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Bohrungswandung die Lagerfläche eines Lagerstuhls einer Kurbelwelle oder die Innenfläche eines Pleuelauges einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Rolldrückbearbeitung schrittweise oder kontinuierlich der Durchmesser der Bohrung gemessen wird und daß bei Erreichen eines vorgegebenen Solldurchmessers von der Meßeinrichtung ein Steuersignal ausgegeben wird, das die Rolldrückbearbeitung beendet.
7. Einrichtung zur Herstellung von beschichteten Bohrungen mit einem Werkzeug zur Ausbildung der Bohrung und mit einer Plasmaspritzvorrichtung zur Bildung der Beschichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung ein Rolldrückwerkzeug beinhaltet, mittels dessen die Bohrungswandung beaufschlagbar ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rolldrückwerkzeug sich aus einer motorisch betriebenen Bearbeitungsspindel und einem an dieser endseitig befestigten Bearbeitungskopf (1) zusammensetzt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bearbeitungskopf (1) radial ausstellbare Wälzkörper trägt, deren Wölbung der der Bohrungswandung angepaßt ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper hydraulisch ausstellbar sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper mittels eines Spreizkegeldorns ausstellbar sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper aus einer Vielzahl von kurzen tonnenförmi- gen Walzen (8) bestehen, deren Längsachsen (9) parallel zur Längsachse (10) der Bearbeitungsspindel liegen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper Kugeln (3) sind, die am Bearbeitungskopf (1) frei schwimmend gehalten sind.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kugeln (3) in radial offenen Hohlräumen (2) eines zylindrischen Käfigs gehalten sind, der den Bearbeitungskopf (1) bildet, wobei die Öffnungen (4) der Hohlräume (2) von jeweils einem sphärischen Abschnitt (5) der Kugel (3) durchdringbar ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper aus Keramik bestehen.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper am Bearbeitungskopf (1) in mehreren nebeneinanderliegenden in Umfangsrichtung des Bearbeitungskopfes (1) verlaufenden Reihen (7) angeordnet sind, wobei die Reihen (7) zueinander versetzt sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wälzkörper längliche Rollierwalzen (11) sind, die sich jeweils über die Längserstreckung des Bearbeitungskopfes (1) hinweg erstrecken.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Bearbeitungskopf (1) des Rolldrückwerkzeuges an der Bearbeitungsspindel einer Honmaschine anstelle eines Honsteines angeordnet ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einrichtung eine signalabgebende Meßvorrichtung beinhaltet, mittels der taktil oder optisch der Bohrungsdurchmesser erfaßbar ist, und eine Signalverarbeitung umfaßt, die ein bei Erreichen eines vorgegebenen Bohrungsdurchmessers von der Meßvorrichtung abgegebenes Steuersignal erfaßt und einer Steuerung des Rolldrückwerkzeuges zur Beendigung des Rolldrückvorganges zuführt.
EP02702330A 2001-03-10 2002-01-31 Verfahren und einrichtung zur herstellung von beschichteten bohrungen Withdrawn EP1370706A1 (de)

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