EP2455510B1 - Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen bei Kurbelgehäusen - Google Patents
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- EP2455510B1 EP2455510B1 EP11189585.0A EP11189585A EP2455510B1 EP 2455510 B1 EP2455510 B1 EP 2455510B1 EP 11189585 A EP11189585 A EP 11189585A EP 2455510 B1 EP2455510 B1 EP 2455510B1
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Definitions
- the invention relates to a device for thermal coating of cylinder inner surfaces in multi-cylinder crankcases, with a matched to the crankcase workpiece holder, with an insertable into the region of at least one of the cylinder inner surfaces coating tool, and connected to a vacuum source, the front side of the cylinder inner surface oppositely arranged suction device with a suction opening directed towards the cylinder inner surface.
- thermal spraying methods can be used.
- cylinder inner surfaces i. Cylinder-crankcase piston liners are suitable for thermal spray coating.
- the relatively thin spray coatings offer advantages, especially in aluminum cylinder crankcases, compared to conventionally used cast iron liners, as residual stresses are reduced, overall weight is reduced, and lower friction between pistons and piston liners during engine operation.
- high thermal and kinetic energy processes are used, such as plasma spraying, wire arc spraying, laser spraying or flame spraying.
- additional reactive gases may be added to assist the process.
- the spraying materials used are introduced into the energy beam either as wire or as powder, and thrown onto or into the substrate. Suitable materials are pure substances, alloys or mixtures of different compositions.
- the material particles are sprayed with high kinetic energy onto the cylinder inner wall previously prepared with a defined roughness, whereby the desired layer thickness of the coating is gradually achieved.
- a method for appropriate preparation of the cylinder inner wall before the coating is z. B. in the WO 2010/015229 A1 described.
- part of the particles bounces off the inner wall and settles on other component parts as an undesirable layer of dirt or leaves the treatment plant together with the exhaust gases. This contamination can negatively affect the process, the plant and the product.
- the suction device is composed of two coaxial suction tubes, whereby a radially inner and a radially outer suction opening are created with different suction sources are connected.
- the suction takes place both to one side and to the other end of the thermally coated cylinder inner surface.
- the suction power of the two suction lines is controlled in dependence on the respective longitudinal position of the coating tool.
- the invention is therefore based on the object to provide a device particularly suitable for use in multi-cylindrical crankcases, with which can be safely removed from the workpiece during the thermal spraying of the cylinder crankcase accumulating gases and dusts.
- a tool shaft carrying the coating tool is passed through the suction device, wherein the suction opening annularly surrounds the tool shank, and that a second suction device, which is part of the workpiece holder, a plurality having suction openings, each of which is associated with one of the suction opening of the cylinder of the crankcase.
- the gases and dusts accumulating during thermal spraying of cylinder crankcases can be reliably removed from the workpiece, that is to say the cylinder inner surfaces of the multi-cylinder crankcase.
- Part of the device is a second suction device, said second suction device is part of the workpiece holder.
- the first and the second suction device with a common; d. H. connected to the same vacuum source.
- the second suction device has a plurality of suction openings, of which each suction opening is associated with one of the cylinders of the crankcase.
- the tool shaft is guided sealed by the suction device.
- the tool shaft is rotatably mounted, and sealed by a rotary seal against the suction device.
- a component of the suction device is a ring surrounding the suction opening, which, facing away from the crankcase, is designed to be flat, and turned away from the crankcase.
- the suction device comprises an at least two-part suction housing, wherein the parts are separable and the tool shank is arranged in the parting plane.
- the suction opening of the second suction device is located at the free end of a projecting into the crankcase, tubular Approach, wherein the outer contour of the approach is adapted to the inner contour of the crankcase.
- the workpiece holder is rotatable between a first and a second coating position such that in the first coating position one or more left-hand cylinder rows and in the second coating position one or more right-hand cylinder rows of a V-engine or a double V-engine can be edited.
- thermal spraying here in addition to the so-called flame spraying in recent times often the so-called plasma spraying or arc spraying is used.
- powder and / or wire particles with high thermal and kinetic energy are thrown or sprayed onto the surface of the substrate to be coated and form there after the temperature dissipation of the desired application layer.
- a wear resistant and low friction tread is created.
- FIGS. 1 to 3 a first embodiment of the device for the thermal coating of cylinder inner surfaces 10 in cylinder crankcases 12 made of cast iron or an aluminum or magnesium alloy, as well as the cylinder crankcase 12 to be machined, here the crankcase of a four-cylinder in-line engine.
- the cylinder crankcase 12 to be machined is supported on a workpiece holder 16. Integrated into this is a first suction device 18.
- the suction device 18 has a separate suction opening 22 for each of the four lower cylinder openings 20 of the crankcase 12. Attached to the inner contour of the crankcase 12 essays 24 of the suction device protrude close to the cylinder inner surfaces 10 to be coated in the crankcase 12 into it, and are provided at its upper end with open to the cylinder inner surfaces 10 toward suction 22.
- FIG. 2 In a further side view of the device and the crankcase, the adaptation of the geometry of the attachments 24 of the lower suction device 18 to the inner contour of the crankcase 12 can be seen more accurately.
- the essays 24 are cylindrical and straight. Often, however, cylinder crankcases are provided with undercuts in which straight designed essays can not be driven sufficiently far. In this case, it may be advantageous to construct the attachments 24 in two or more parts, so that they can be completely retracted even in the case of undercuts of the crankcase, and to be able to extend again after the process has been completed.
- the attachments 24 are designed such that the surrounding contour of the crank space remains a certain gap. Through this gap, a secondary flow is possible, also tolerances between the contour of the cap 24 and the surrounding contour of the crank chamber are compensated in this way.
- Both suction devices 18, 28 are connected to vacuum sources, not shown in the figures, wherein advantageously the same vacuum source supplies both suction devices 18, 28 with negative pressure.
- the suction opening of the suction device 28 is designed as a preferably circular ring opening 30 whose diameter is adapted to the contour of the individual cylinder opening 36 of the crankcase 12.
- the upper suction device 28 on the underside of a suction housing 32 a suction 34 surrounding the ring 34, the opening of which from the suction housing 32 toward the crankcase 12th having decreasing inner diameter. This can lead to improved flow guidance and an improved suction effect.
- the ring 34 is provided with a wreath placed thereon. This ring prevents particles from falling back into the cylinder opening 36.
- the suction device 28 is aligned in each case so that the suction opening 30 and the ring 34 are arranged exactly above a single cylinder opening 36 of the crankcase 12.
- a tool shank 38 which carries a coating tool 39 for thermal spraying, is guided coaxially with the respective cylinder inner surface 10 through the suction housing 32 in such a way that the tool shank 38 leads exactly centered both through the upper suction device 28 and the ring 34, as well as centrally into the respective cylinder of the crankcase 12 leads.
- the tool shaft 38 is sealed relative to the upper suction device 28, wherein it can be rotatable, as well as further vertically translationally displaceable.
- a maintenance of the negative pressure even with a rotation of the tool shaft 38 for uniform coating of the cylinder inner surfaces 10 barder during a linear movement of the tool shaft 38 for insertion and removal of the coating tool 39 in and out of a cylinder, guaranteed.
- the cylindrical inner surface i. H. the prepared to measure or pre-machined bore of the cylinder crankcase processed so that a layer is applied by thermal spraying.
- thermal spraying creates a socket z.
- steel with traces of other elements in the form of a matrix with embedded oxide and very fine pores.
- the finished oversize of this layer should then be about 0.1 to 0.2 mm, whereby after honing this layer a very smooth surface with very fine pores is formed.
- the suction devices 18, 28 are mounted relative to each other displaceable. This makes it possible to move the coating tool 39 along a row of cylinders of a cylinder crankcase 12 to the next cylinder to be coated. In this case, either the upper suction device 28 including the coating tool 39 along the end face 11 of the crankcase 12 can be moved or the lower suction device 18 including the crankcase 12 are moved below the coating tool 39.
- the suction housing 32 is provided with an opening mechanism 40 for cleaning.
- the suction housing 32 is formed in two parts, wherein a vertical dividing plane 42 leads exactly centered through the upper suction opening 30, the ring 34 and the tool shank 38.
- a hinge 44 connecting the two parts of the suction housing 32 is provided on one side and on the other side a clamping closure 46 for opening and closing the upper suction device 28 for cleaning purposes.
- the suction housing 32 is a serving as a filter grid. This retains extracted particles so that they do not get into the area of the exhaust fan.
- the filter or grid can be removed after opening the upper suction device 28 to replace it or to clean it before reinserting.
- the articles 24 and the rings 34 are made of a material which largely prevents particle adhesion. Suitable for this is z. As a copper-nickel alloy.
- FIGS. 4 and 5 a second embodiment of the device for the thermal coating of cylinder inner surfaces 10 in crankcases 12, in which the upper suction device 28 of the in the FIGS. 1 to 3 shown, but the lower suction device 18 is configured such that the cylinder inner surfaces 10 of the various cylinder rows 48, 50 of a V-engine can be coated.
- the lower suction device 18 is integrated into the workpiece holder 16.
- the workpiece holder 16 is between a in FIG. 4 shown first coating position for coating the cylinder inner surfaces 10 of the left cylinder bank 48 and a second coating position for coating the cylinder inner surfaces 10 of the right cylinder row 50 of the V-motor rotatably and stored accordingly on a stationary frame.
- a passage valve 52 Centered in the workpiece holder 16 and in the flow path of the lower suction device 18 is a passage valve 52, which depending on the rotational position of the workpiece holder 16, the negative pressure in the corresponding cylinder row 48, 50, ie in the respective essays 24 directs.
- the passage valve 52 remains substantially unchanged in its position. The switching of the corresponding flow path through the lower suction device 18 takes place by rotation via an actuator from one to the other coating position.
- the passage valve 52 is disposed on the rotation axis 54 of the workpiece holder 16, so that the workpiece holder 16 rotates about the flow axis of the passage valve 52, and no connections must be changed or re-set in the context of the rotation of the workpiece holder.
- only one coating tool is provided for each cylinder crankcase, and the suction takes place only in the region of the cylinder inner surface surrounding this tool.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen bei mehrzylindrigen Kurbelgehäusen, mit einer an das Kurbelgehäuse angepassten Werkstückaufnahme, mit einem in den Bereich mindestens einer der Zylinderinnenflächen einführbaren Beschichtungswerkzeug, und mit einer mit einer Unterdruckquelle verbundenen, der Stirnseite der Zylinderinnenfläche gegenüberliegend angeordneten Absaugeinrichtung mit einer zu der Zylinderinnenfläche hin gerichteten Absaugöffnung.
- Zum Auftragen von Beschichtungen auf Gussteiloberflächen können thermische Spritzverfahren eingesetzt werden. Besonders die Zylinderinnenflächen, d.h. Kolbenlaufflächen von Zylinderkurbelgehäusen sind für eine Beschichtung durch thermisches Spritzen geeignet. Die relativ dünnen Spritzschichten bieten vor allem bei Zylinderkurbelgehäusen aus Aluminium im Vergleich zu konventionell eingesetzten Laufbuchsen aus Gusseisen Vorteile, da Eigenspannungen reduziert werden, das Gewicht insgesamt verringert wird, und sich im Motorbetrieb günstigere Reibungswerte zwischen Kolben und Kolbenlaufflächen zeigen.
- Zum Beschichten werden mit hoher thermischer und kinetischer Energie arbeitende Verfahren eingesetzt, z.B. das Plasmaspritzen, das Lichtbogendrahtspritzen, das Laserspritzen oder das Flammspritzen. Bei Durchführung des Beschichtungsverfahrens können zusätzlich reaktive Gase zur Unterstützung des Prozesses zugegeben werden. Die verwendeten Spritzmaterialien werden entweder als Draht oder als Pulver in den Energiestrahl eingeführt, und auf oder in das Substrat geschleudert. Als Werkstoffe kommen reine Stoffe, Legierungen oder Materialgemische unterschiedlicher Zusammensetzung in Betracht. Beim thermischen Beschichten von Zylinderinnenflächen bei Kurbelgehäusen werden die Materialteilchen mit hoher kinetischer Energie auf die zuvor mit definierter Rauhigkeit vorbereitete Zylinderinnenwand gesprüht, wodurch nach und nach die gewünschte Schichtdicke der Beschichtung erreicht wird. Ein Verfahren zur entsprechenden Vorbereitung der Zylinderinnenwand vor der Beschichtung ist z. B. in der
WO 2010/015229 A1 beschrieben. Bei der thermischen Beschichtung prallt ein Teil der Partikel von der Innenwand ab und schlägt sich als unerwünschte Schmutzschicht auf anderen Bauteilpartien nieder oder verlässt zusammen mit den Abgasen die Behandlungsanlage. Diese Verschmutzung kann den Prozess, die Anlage und das Produkt negativ beeinflussen. - Absaugeinrichtungen zur Beseitigung der bei Beschichtungsprozessen anfallenden Abgase sind aus der
JP 2005/179723 A WO 01/08812 A1 WO 01/08812 A1 - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders für den Einsatz bei mehrzylindrischen Kurbelgehäusen geeignet Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die beim thermischen Spritzen des Zylinderkurbelgehäuses anfallenden Gase und Stäube sicher aus dem Werkstück entfernen lassen.
- Hierzu wird bei einer Vorrichtung für das thermische Beschichten mit den eingangs angegebenen Merkmalen vorgeschlagen, dass ein das Beschichtungswerkzeug tragender Werkzeugschaft durch die Absaugeinrichtung hindurchgeführt ist, wobei die Absaugöffnung den Werkzeugschaft ringförmig umgibt, und dass eine zweite Absaugeinrichtung, die Bestandteil der Werkstückaufnahme ist, eine Mehrzahl an Absaugöffnungen aufweist, von denen jede Absaugöffnung einem der Zylinder des Kurbelgehäuses zugeordnet ist.
- Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich die beim thermischen Spritzen von Zylinderkurbelgehäusen anfallenden Gase und Stäube sicher aus dem Werkstück, also den Zylinderinnenflächen des mehrzylindrigen Kurbelgehäuses, entfernen. Bestandteil der Vorrichtung ist eine zweite Absaugeinrichtung, wobei diese zweite Absaugeinrichtung Bestandteil der Werkstückaufnahme ist. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Absaugeinrichtung mit einer gemeinsamen; d. h. derselben Unterdruckquelle verbunden. Die zweite Absaugeinrichtung weist eine Mehrzahl an Absaugöffnungen auf, von denen jede Absaugöffnung einem der Zylinder des Kurbelgehäuses zugeordnet ist.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Werkzeugschaft abgedichtet durch die Absaugeinrichtung hindurchgeführt. Vorzugsweise ist der Werkzeugschaft rotierend gelagert, und über eine Drehdichtung gegenüber der Absaugeinrichtung abgedichtet.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist Bestandteil der Absaugeinrichtung ein die Absaugöffnung umgebender Ring, der dem Kurbelgehäuse zugewandt flach, und dem Kurbelgehäuse abgewandt ansteigend gestaltet ist.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Absaugeinrichtung ein mindestens zweiteiliges Absauggehäuse, wobei die Teile trennbar sind und der Werkzeugschaft in der Trennebene angeordnet ist.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung befindet sich die Absaugöffnung der zweiten Absaugeinrichtung am freien Ende eines in das Kurbelgehäuse hineinragenden, rohrförmigen Ansatzes, wobei die Außenkontur des Ansatzes an die Innenkontur des Kurbelgehäuses angepasst ist.
- Gemäß, einer weiteren Ausgestaltung ist die Werkstückaufnahme derart zwischen einer ersten und einer zweiten Beschichtungsposition rotierbar, dass in der ersten Beschichtungsposition eine oder mehrere linke Zylinderreihen, und in der zweiten Beschichtungsposition eine oder mehrere rechte Zylinderreihen eines V-Motors oder eines Doppel-V-Motors bearbeitet werden können.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
- Fig. 1
- in einer ersten Ausführungsform einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung, angesetzt an das Kurbelgehäuse eines Reihenmotors;
- Fig. 2
- einen im Vergleich zu
Fig. 1 um 90° gedrehten, zweiten vertikalen Querschnitt der ersten Ausführungsform; - Fig. 3
- eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform;
- Fig. 4
- in einer zweiten Ausführungsform einen vertikalen Querschnitt durch die Vorrichtung, angesetzt in einer ersten Beschichtungsposition an das Kurbelgehäuse eines V-Motors;
- Fig. 5
- eine der
Fig. 4 vergleichbare Seitenansicht der zweiten Ausführungsform, in einer zweiten Beschichtungsposition. - Zur Lösung bestimmter technischer Probleme, insbesondere tribologischer Probleme, ist es häufig erwünscht, Oberflächen eines Trägermaterials mit einem Werkstoff zu beschichten, der ganz bestimmte, an die jeweiligen Einsatzbedingungen optimal angepasste Eigenschaften hat. Derartige Beschichtungen haben im Vergleich zu Lösungen, bei denen mehrere Komponenten entweder mechanisch oder durch Klebe- oder Lötverbindungen zusammengefügt werden, den Vorteil einer äußerst kompakten Bauweise kombiniert mit einer verhältnismäßig großen Kontaktoberfläche der angrenzenden Werkstoffe, wodurch sich eine derartige Verbindungstechnik insbesondere für thermisch hoch beanspruchte Komponenten anbietet. Über die Beschichtung ergibt sich ein sehr guter Stoffschluss, so dass thermische Energie besonders gut abgeführt werden kann.
- Im Bereich der metallischen Werkstoffe werden solche Beschichtungen häufig durch sogenanntes "thermisches Spritzen" aufgebracht, wobei hier neben dem sogenannten Flammspritzen in jüngerer Zeit häufig das sogenannte Plasmaspritzen oder das Lichtbogenspritzen zur Anwendung kommt. Dabei werden Pulver- und/oder Drahtpartikel mit hoher thermischer und kinetischer Energie auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats geschleudert bzw. gespritzt und bilden dort nach der Temperaturabführung die gewünschte Auftragsschicht.
- Neben einer genauen Einhaltung der Prozessparameter zur Vermeidung von sogenannten Aufbauporositäten, d.h. der Einlagerung von nicht mehr auffüllbaren Hohlräumen oder von sogenanntem "Overspray", bei dem ein Teil der nicht aufgeschmolzenen Teilchen nicht am Substrat haften bleibt sondern abprallt, kommt es für eine zuverlässige Nutzung dieses Herstellungsverfahrens entscheidend auf die mechanische Verklammerung zwischen Beschichtung und Substrat an, um ein ausreichend hohes Niveau der Schichthaftung zu erreichen. Es besteht in einem solchen Fall das Bedürfnis, die Substratoberfläche mit einer Oberflächenstruktur vorbestimmter Geometrie auszubilden, damit die Schicht sich über die gesamte zu beschichtende Oberfläche gleichmäßig mechanisch verzahnt. Dabei hat sich gezeigt, dass es vielfach nicht ausreicht, die Substratoberfläche beispielsweise durch Sandstrahlen oder Wasserstrahlen aufzurauen und/oder zu aktivieren.
- Wenn beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse mit geeigneten Beschichtungen versehen wird, die durch thermisches Spritzen aufgebracht werden, entsteht eine verschleißfeste und reibungsarme Lauffläche.
- In den
Fign. 1 bis 3 dargestellt ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen 10 bei Zylinderkurbelgehäusen 12 aus Eisenguss oder aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, sowie das zu bearbeitende Zylinderkurbelgehäuse 12, hier das Kurbelgehäuse eines Reihenmotors mit vier Zylindern. - Das zu bearbeitende Zylinderkurbelgehäuse 12 stützt sich auf einer Werkstückaufnahme 16 ab. In diese integriert ist eine erste Absaugeinrichtung 18. Die Absaugeinrichtung 18 weist für jede der hier vier unteren Zylinderöffnungen 20 des Kurbelgehäuses 12 eine separate Absaugöffnung 22 auf. An die Innenkontur des Kurbelgehäuses 12 angepasste Aufsätze 24 der Absaugeinrichtung ragen bis nahe zu den zu beschichtenden Zylinderinnenflächen 10 in das Kurbelgehäuse 12 hinein, und sind an ihrem oberen Ende mit zu den Zylinderinnenflächen 10 hin offenen Absaugöffnungen 22 versehen. In
Figur 2 ist in einer weiteren Seitenansicht der Vorrichtung und des Kurbelgehäuses die Anpassung der Geometrie der Aufsätze 24 der unteren Absaugeinrichtung 18 an die Innenkontur des Kurbelgehäuses 12 genauer zu erkennen. - In den
Figuren 1 und2 sind die Aufsätze 24 zylindrisch und gerade gestaltet. Häufig jedoch sind Zylinderkurbelräume mit Hinterschnitten versehen, in die gerade gestaltete Aufsätze nicht ausreichend weit hineingefahren werden können. Für diesen Fall kann es von Vorteil sein, die Aufsätze 24 zwei- oder mehrteilig auszuführen, um so auch bei Hinterschnitten des Kurbelraums vollständig darin einfahren, und nach Abschluss des Prozesses wieder ausfahren zu können. - Die Aufsätze 24 sind derart gestaltet, dass zur umgebenden Kontur des Kurbelraums ein gewisser Spalt verbleibt. Durch diesen Spalt hindurch ist eine Sekundärströmung möglich, außerdem werden auf diese Weise Toleranzen zwischen der Kontur des Aufsatzes 24 und der umgebenden Kontur des Kurbelraums ausgeglichen.
- Am anderen Ende, hier also oberhalb des Kurbelgehäuses 12 und damit dort, wo beim späteren Verbrennungsmotor der Zylinderkopf sitzt, befindet sich eine an einer Halterung 26 festgelegte zweite Absaugeinrichtung 28 mit hier lediglich einer Absaugöffnung 30, die also nur zu einer der Zylinderöffnungen 36 hin offen ist.
- Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel können aber auch mehrere Zylinder des Zylinderkurbelgehäuses 12 gleichzeitig behandelt, d. h. darin gearbeitet und daraus abgesaugt werden.
- Beide Absaugeinrichtungen 18, 28 sind mit in den Figuren nicht gezeigten Unterdruckquellen verbunden, wobei vorteilhafterweise die gleiche Unterdruckquelle beide Absaugeinrichtungen 18, 28 mit Unterdruck versorgt.
- Die Absaugöffnung der Absaugeinrichtung 28 ist als vorzugsweise kreisrunde Ringöffnung 30 ausgestaltet, deren Durchmesser an die Kontur der einzelnen Zylinderöffnung 36 des Kurbelgehäuses 12 angepasst ist. Zur besseren Abdichtung des Übergangs zwischen der oberen Absaugeinrichtung 28 und der Zylinderöffnung 36 weist die obere Absaugeinrichtung 28 an der Unterseite eines Absauggehäuses 32 einen die Absaugöffnung 30 umgebenden Ring 34 auf, dessen Öffnung einen vom Absauggehäuse 32 in Richtung Kurbelgehäuse 12 abnehmenden Innendurchmesser aufweist. Dies kann zu verbesserter Strömungsführung und einem verbesserten Saugeffekt führen. Von zusätzlichem Vorteil ist es, wenn der Ring 34 mit einem darauf aufgesetzten Kranz versehen ist. Dieser Kranz verhindert, dass Partikel wieder in die Zylinderöffnung 36 zurückfallen.
- Durch entsprechende Prozesssteuerung wird die Absaugeinrichtung 28 jeweils so ausgerichtet, dass die Absaugöffnung 30 und der Ring 34 exakt über einer einzelnen Zylinderöffnung 36 des Kurbelgehäuses 12 angeordnet sind. Ein ein Beschichtungswerkzeug 39 zum thermischen Spritzen tragender Werkzeugschaft 38 ist derart koaxial zu der jeweiligen Zylinderinnenfläche 10 durch das Absäuggehäuse 32 hindurch geführt, dass der Werkzeugschaft 38 exakt mittig sowohl durch die obere Absaugeinrichtung 28 und den Ring 34 führt, als auch zentrisch in den jeweiligen Zylinder des Kurbelgehäuses 12 führt.
- Vorzugsweise ist der Werkzeugschaft 38 gegenüber der oberen Absaugeinrichtung 28 abgedichtet, wobei er drehbar, sowie ferner vertikal translativ verschiebbar sein kann. Dadurch ist eine Aufrechterhaltung des Unterdrucks, auch bei einer Rotation des Werkzeugschafts 38 zur gleichmäßigen Beschichtung der Zylinderinnenflächen 10 öder bei einer linearen Bewegung des Werkzeugschafts 38 zum Ein- und Ausführen des Beschichtungswerkzeuges 39 in und aus einem Zylinder, gewährleistet.
- Mit dem Werkzeug 39 wird die zylindrische Innenoberfläche, d. h. die auf Maß vorbereitete bzw. vorbearbeitete Bohrung des Zylinderkurbelgehäuses derart bearbeitet, dass eine Schicht durch thermisches Spritzen aufgebracht wird. Durch diesen Materialauftrag durch sogenanntes thermisches Spritzen entsteht eine Buchse z. B. aus Stahl mit Spuren von anderen Elementen, und zwar in Form einer Matrix mit eingelagerten Oxidnestern und sehr feinen Poren. Das fertige Aufmaß dieser Schicht soll dann bei etwa 0,1 bis 0,2 mm liegen, wobei nach dem Honen dieser Schicht eine sehr glatte Oberfläche mit sehr feinen Poren entsteht.
- Die Absaugeinrichtungen 18, 28 sind relativ zueinander verschiebbar gelagert. Dies ermöglicht es, das Beschichtungswerkzeug 39 entlang einer Zylinderreihe eines Zylinderkurbelgehäuses 12 zu dem nächsten zu beschichtenden Zylinder zu bewegen. Dabei kann entweder die obere Absaugeinrichtung 28 inklusive des Beschichtungswerkzeuges 39 entlang der Stirnseite 11 des Kurbelgehäuses 12. verfahren werden oder die untere Absaugeinrichtung 18 inklusive des Kurbelgehäuses 12 unterhalb des Beschichtungswerkzeugs 39 verschoben werden.
- Insbesondere der
Figur 3 ist zu entnehmen, dass das Absauggehäuse 32 mit einem Öffnungsmechanismus 40 zur Reinigung versehen ist. Dazu ist das Absauggehäuse 32 zweiteilig ausgebildet, wobei eine vertikale Trennebene 42 exakt mittig durch die obere Absaugöffnung 30, den Ring 34 und den Werkzeugschaft 38 führt. Auf der Außenkontur des Absauggehäuses 32 ist auf einer Seite ein die beiden Teile des Absauggehäuse 32 verbindendes Scharnier 44 und auf der anderen Seite ein Spannverschluss 46 zum Öffnen und Schließen der oberen Absaugeinrichtung 28 zu Reinigungszwecken vorgesehen. - In dem Absauggehäuse 32 befindet sich ein als Filter dienendes Gitter. Dieses hält abgesaugte Partikel zurück, so dass diese nicht mit in den Bereich des Absauggebläses gelangen. Das Filter bzw. Gitter lässt sich nach dem Öffnen der oberen Absaugeinrichtung 28 herausnehmen, um es auszuwechseln oder vor dem Wiedereinsetzen zu säubern.
- Die Aufsätze 24 und die Ringe 34 bestehen aus einem Material, welches Partikelanhaftungen weitgehend verhindert. Hierfür geeignet ist z. B. eine Kupfer-Nickel-Legierung.
- In
Figuren 4 und 5 dargestellt ist eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen 10 bei Kurbelgehäusen 12, bei der die obere Absaugeinrichtung 28 der in denFiguren 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform entspricht, jedoch die untere Absaugeinrichtung 18 derart ausgestaltet ist, dass die Zylinderinnenflächen 10 der verschiedenen Zylinderreihen 48, 50 eines V-Motors beschichtet werden können. Dazu ist, wie bei der ersten Ausführungsform, die untere Absaugeinrichtung 18 in die Werkstückaufnahme 16 integriert. Die Werkstückaufnahme 16 ist zwischen einer inFigur 4 gezeigten ersten Beschichtungsposition zur Beschichtung der Zylinderinnenflächen 10 der linken Zylinderreihe 48 und einer zweiten Beschichtungsposition zur Beschichtung der Zylinderinnenflächen 10 der rechten Zylinderreihe 50 des V-Motors drehbar und entsprechend an einem ortsfesten Gestell gelagert. Dies hat den Vorteil, dass die obere Absaugung 28 samt den Elementen und Werkzeugen der thermischen Beschichtungsanlage nicht gedreht werden muss, um alle Zylinderreihen 48, 50 des V-Motors zu beschichten. Die Vorrichtung nach denFiguren 4 und 5 eignet sich nicht nur für die Bearbeitung von V-Motoren, sondern für alle Motoren mit Mehrbank-Zylinderanordnung, wie z. B. auch Doppel-V-Motoren. - Mittig integriert in die Werkstückaufnahme 16 und in den Strömungsverlauf der unteren Absaugeinrichtung 18 ist ein Durchlassventil 52, welches je nach Drehlage der Werkstückaufnahme 16 den Unterdruck in die entsprechende Zylinderreihe 48, 50, also in die jeweiligen Aufsätze 24 leitet. Dabei bleibt das Durchlassventil 52 in seiner Stellung im Wesentlichen unverändert. Das Schalten des entsprechenden Strömungsverlaufs durch die untere Absaugeinrichtung 18 erfolgt durch Rotation über einen Aktuator aus der einen in die andere Beschichtungsposition.
- Das Durchlassventil 52 ist auf der Rotationsachse 54 der Werkstückaufnahme 16 angeordnet, sodass die Werkstückaufnahme 16 um die Strömungsachse des Durchlassventils 52 rotiert, und keine Anschlüsse im Rahmen der Rotation der Werkstückaufnahme geändert oder neu gelegt werden müssen.
- Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist für jedes Zylinderkurbelgehäuse nur jeweils ein Beschichtungswerkzeug vorgesehen, und die Absaugung erfolgt nur im Bereich der dieses Werkzeug umgebenden Zylinderinnenfläche. Im Rahmen der Erfindung ist es aber ebenso möglich, zugleich mehr als nur einen Zylinder des Kurbelgehäuses zu beschichten und hierbei die beschriebene Absaugung durchzuführen.
-
- 10
- Zylinderinnenfläche
- 11
- Stirnseite
- 12
- Kurbelgehäuse
- 16
- Werkstückaufnahme
- 18
- untere Absaugeinrichtung
- 20
- untere Zylinderöffnung
- 22
- untere Absaugöffnung
- 24
- Aufsätze
- 26
- Halterung
- 28
- obere Absaugeinrichtung
- 30
- Absaugöffnung / Ringöffnung
- 32
- Absauggehäuse
- 34
- Ring
- 36
- Zylinderöffnung
- 38
- Werkzeugschaft
- 39
- Beschichtungswerkzeug
- 40
- Öffnungsmechanismus
- 42
- Trennebene
- 44
- Scharnier
- 46
- Spannverschluss
- 48
- linke Zylinderreihe
- 50
- rechte Zylinderreihe
- 52
- Durchlassventil
- 54
- Rotationsachse
Claims (8)
- Vorrichtung für das thermische Beschichten von Zylinderinnenflächen (10) bei mehrzylindrigen Kurbelgehäusen (12), mit einer an das Kurbelgehäuse (12) angepassten Werkstückaufnahme (16), mit einem in den Bereich mindestens einer der Zylinderinnenflächen (10) einführbaren Beschichtungswerkzeug (39), und mit einer mit einer Unterdruckquelle verbundenen, der Stirnseite (11) der Zylinderinnenfläche (10) gegenüberliegend angeordneten Absaugeinrichtung (28) mit einer zu der Zylinderinnenfläche (10) hin gerichteten Absaugöffnung (30), dadurch gekennzeichnet, dass ein das Beschichtungswerkzeug (39) tragender Werkzeugschaft (38) durch die Absaugeinrichtung (28) hindurchgeführt ist, wobei die Absaugöffnung (30) den Werkzeugschaft (38) ringförmig umgibt, und dass eine zweite Absaugeinrichtung (18), die Bestandteil der Werkstückaufnahme (16) ist, eine Mehrzahl an Absaugöffnungen (22) aufweist, von denen jede Absaugöffnung (22) einem der Zylinder (14) des Kurbelgehäuses (12) zugeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschaft (38) abgedichtet durch die Absaugeinrichtung (28) hindurchgeführt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugschaft (38) rotierend gelagert und über eine Drehdichtung gegenüber der Absaugeinrichtung (28) abgedichtet ist.
- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteil der Absaugeinrichtung (28) ein die Absaugöffnung (30) umgebender Ring (34) ist, der dem Kurbelgehäuse (12) zugewandt flach, und dem Kurbelgehäuse (12) abgewandt zur Absaugöffnung (30) abfallend gestaltet ist.
- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (28) ein mindestens zweiteiliges Absauggehäuse (32) umfasst, wobei die Teile trennbar sind und der Werkzeugschaft (38) in der Trennebene (42) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Absaugöffnung (22) der zweiten Absaugeinrichtung (18) am freien Ende eines in das Kurbelgehäuse (12) hineinragenden, rohrförmigen Aufsatzes (24) befindet, und dass die Außenkontur des Aufsatzes (24) an die Innenkontur des Kurbelgehäuses (12) angepasst ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (16) derart zwischen einer ersten und einer zweiten Beschichtungsposition rotierbar ist, dass in der ersten Beschichtungsposition eine linke Zylinderreihe (48) und in der zweiten Beschichtungsposition eine rechte Zylinderreihe (50) eines V-Motors oder Doppel-V-Motors bearbeitbar ist.
- Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in der Absaugeinrichtung (28, 18) angeordnetes, auswechselbares Filter.
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