EP3290125A1 - Verfahren zum beschichten einer bohrungswand, etnsprechende vorrichtung und motorblock - Google Patents

Verfahren zum beschichten einer bohrungswand, etnsprechende vorrichtung und motorblock Download PDF

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EP3290125A1
EP3290125A1 EP16186802.1A EP16186802A EP3290125A1 EP 3290125 A1 EP3290125 A1 EP 3290125A1 EP 16186802 A EP16186802 A EP 16186802A EP 3290125 A1 EP3290125 A1 EP 3290125A1
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EP
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coating
bore
workpiece
guard ring
ring
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EP16186802.1A
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Marc Kesting
Tobias Birkner
Ralf VÖLLINGER
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Sturm Maschinen und Anlagenbau GmbH
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Sturm Maschinen und Anlagenbau GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for coating a bore wall of a bore in a workpiece, in particular a cylinder bore in an engine block, in which a coating lance of a coating device is driven into the bore from one side of the workpiece, with coating particles being dispensed, wherein the bore wall is provided with a coating is, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a device according to the preamble of claim 13.
  • the invention further relates to an engine block having a base body, in which at least one cylinder bore is arranged on a support side, wherein the support side is machined to form a planar sealing surface, according to the preamble of claim 15.
  • a generic method for coating a bore wall on an engine block is from the EP 3 047 914 A1 known.
  • a coating device with a movable coating lance is provided, through which a metal plasma jet is generated for forming a coating of metal particles.
  • the coating lance is surrounded by an annular receiving unit, which is placed on a plan machined sealing surface of the machined engine block.
  • the sleeve-shaped receiving unit serves to receive a so-called overspray of metal particles when retracting the coating lance into the bore to be coated. This is to prevent metal particles from settling on the engine block outside the cylinder bore to be coated, in particular on a flat sealing surface. Because such missing particles are to remove the coating of the cylinder bores in a complex manner, such as by a repeated machining of the entire sealing surface of the engine block.
  • the sealing surface is preferably a laying a cylinder head gasket.
  • a contact side of the receiving unit can be contaminated by metal particles. This can affect a reliable application of the receiving unit to the next engine block, which also requires additional cleaning steps on the receiving unit and the subsequent engine block.
  • the invention has for its object to provide a method for coating, a device for this and an engine block in which a particularly efficient and low-pollution coating a bore wall is made possible.
  • the method according to the invention is characterized in that before the coating at the edge of the bore, an annular protective ring is provided, which protrudes axially relative to the side of the workpiece.
  • a basic idea of the invention is to provide a protective ring on the inlet side for the coating lance which protrudes axially.
  • the metal particles from the coating lance leave them substantially in a radial direction.
  • the annular protective element thus prevents the metal particles from being injected directly onto the surface of the inlet side.
  • the metal particles flying radially in the direction of the side thus accumulate on the guard ring and thus can no longer reach the surface of the inlet side.
  • the guard ring may be spaced directly at the edge or up to a few millimeters radially therefrom.
  • a device may be used for carrying out the method, as described in the aforementioned EP 3 047 914 A1 is taught.
  • the protective ring is removed after coating.
  • the desired geometry of the workpiece is not affected by the guard ring.
  • the guard ring may be a separate element which is provided on the engine block for covering the butt joint. According to one embodiment of the invention, it is particularly advantageous that the guard ring is formed directly on the workpiece.
  • the guard ring can be formed without joints in particular during a casting or machining of the engine block.
  • the guard ring is formed by non-cutting forming of a ductile material of the workpiece.
  • the workpiece in particular an engine block for an internal combustion engine for vehicles, is made of a ductile metal material, in particular aluminum or steel.
  • a ductile metal material in particular aluminum or steel.
  • Such metals are to a certain extent non-cutting deformable.
  • a push pin or spinning mandrel which is pressed along an upper edge of the cylinder bore to be coated in the material of the workpiece and moved in a circular shape, a non-cutting material displacement to the free sealing or support side projecting guard ring are formed.
  • the guard ring is thus integrally formed on the workpiece.
  • Such a chipless forming process is simple and precise feasible.
  • the dimensioning of the guard ring depends on the particular workpiece and its dimensions. It is particularly preferred that the guard ring is formed with an axial length of 0.05 mm to 3 mm. In certain cases, deviating lengths can also be set.
  • the guard ring In principle, it is possible to form the guard ring with a certain radial distance to the inner wall of the bore to be coated. According to a variant embodiment of the invention, it is particularly advantageous for the guard ring to be formed with an inner diameter which corresponds to an inner diameter of the bore. The guard ring thus represents a certain axial extension of the inner wall of the bore.
  • guard ring and the bore wall are provided with the coating. Since the guard ring represents an extension of the bore wall, this reliably produces a good coating of the bore wall up to the actually desired edge area. This ensures a particularly stable coating on the bore wall.
  • the protective ring is removed by machining after coating. This achieves the desired geometry of the engine block, in particular a plane attachment side of the engine block, which is required in particular for a cylinder head gasket.
  • this is further improved according to a development of the invention in that a chamfer is formed on removal of the guard ring at the edge of the bore.
  • a chamfer in particular with a chamfer angle of 15 ° to 30 °, counteracts a shearing off of the coating particularly well.
  • a further preferred variant of the method according to the invention is that the side is machined flat before forming the guard ring.
  • the plan processing is carried out in particular by machining, in particular by milling. In this case, already preferably the Endbelitzung of the engine block done, since no further cleaning measure the side with flat sealing surface is needed.
  • a plan processing of the page can also be made only after or during the removal of the guard ring. Due to the improved sealing effect of the protective ring during coating, a support ring of the coating device can be placed on a rougher surface.
  • the coating can be applied to the bore wall by any suitable coating method.
  • the coating is applied by means of plasma coating or thermal coating.
  • Such coating methods allow a particularly good adhesion of the metal particles to a metallic bore wall.
  • a further preferred variant of the method of the invention is that the coating device is placed with a support ring on the side of the workpiece, wherein the support ring rests on impact on the side and an edge of the bore to be coated surrounds annular, and that the guard ring is a butt joint between the Support ring and the side of the workpiece axially covered.
  • the guard ring can be a few tenths or a few millimeters, in extreme cases even a few centimeters away from the butt joint.
  • the guard ring prevents the metal particles from penetrating directly into the butt joint.
  • both the flat sealing surface of the page and the bearing surface of the support ring are kept clean of metal particles. It also metallic connection effects between the side and the support ring are avoided, which can cause damage to the sealing surface or the support surface when lifting the support ring.
  • a pressing element which can be moved along an edge of a bore in a workpiece and pressed into the workpiece, wherein a axially projecting guard ring is non-cutting ausformbar.
  • the pressing element is preferably designed as a pin-shaped pin as a push-pin, which is preferably rotatably mounted.
  • the rotatable push pin can with a corresponding feed device with application of a corresponding radial directed force along the edge of the bore are moved. This results in a certain indentation, wherein the desired axially projecting guard ring is created at the edge of the bore by the thus displaced material.
  • a delivery device in particular a basically known CNC milling machine or a CNC machining center can be used, but instead of a cutting milling head, the pin-shaped pressing element formed according to the invention is used. This can be actively rotated by a driven spindle on the feed device or passively by rolling on the workpiece.
  • the object mentioned above is achieved in terms of the engine block according to the invention in that at one edge of the at least one cylinder bore to the attachment side of the sealing surface axially projecting guard ring is integrally formed on the body.
  • the engine block can be the end workpiece or preferably an intermediate form.
  • the generation of the guard ring can be done during the casting or machining of the engine block before coating the cylinder bore.
  • the at least one guard ring is formed after a plan machining of the sealing surface by non-cutting forming of the base body.
  • the non-cutting forming can be effected in particular by a pressing operation.
  • an annular groove is formed in the bore wall at an upper edge region of the bore.
  • a material displacement is effected, which leads to the free bearing side to form or axial bulging of the guard ring along the edge of the bore.
  • the guard ring formed in this way can be removed together with the indented groove at the upper edge of the bore by machining, in particular by chamfering.
  • a workpiece 10 to be coated with at least one bore 12 with a bore wall 14 to be coated is in Fig. 1 shown.
  • a main body 11 of the metallic workpiece 10 which is preferably formed as an engine block of an internal combustion engine, a plurality of bores 12 may be provided as cylinder bores.
  • the workpiece 10 has on an upper side a plane-machined side 16, which serves, for example, for receiving a flat gasket, in particular a cylinder head gasket.
  • an annular groove 22 is pressed.
  • the non-cutting impressions of the groove 22 leads due to the ductile metallic material of the base body 11 to a material displacement.
  • the material displacement can be selectively generated to form an axially projecting guard ring 20 at the upper edge of the bore 12.
  • the dimensioning of the guard ring 20 depends on the size of the groove 22 and the material displacement caused thereby.
  • the axial length and the radial width of the guard ring 20 can range from a few tenths of a millimeter to a few millimeters.
  • a coating device 50 with an approximately cylindrical housing 54 and a centric support ring 56 attached.
  • the support ring 56 has on its underside a planar support surface 58.
  • An inner diameter of the support ring 56 is preferably slightly larger than an outer diameter of the molded guard ring 20.
  • a rod-shaped coating lance 52 is axially extended out of the cylindrical housing 54 of the coating device 50.
  • the coating lance 52 is already in the housing 54 in a spraying operation, wherein at a lower end of the coating lance 52 melted metal particles emerge at a high speed, which is sprayed by 53 in Fig. 3 is clarified.
  • the butt joint 5 is located in a spray shadow, which is formed by the axially projecting guard ring 20. This reliably prevents plasma particles from penetrating into the butt joint 5 and contaminating the side 16 of the workpiece 10 or the bearing surface 58 of the support ring 56.
  • a chamfered deflection surface 59 is provided, through which metal particles of the plasma jet are deflected axially in the direction of the interior of the housing 54.
  • the housing 54 is designed to receive such metal particles and can be changed at certain intervals for emptying.
  • the coating lance 52 enters the bore 12, rotating the coating lance 52.
  • a coating 30 is formed on the bore wall 14 in a targeted manner, as in FIG Fig. 4 is shown.
  • the coating lance 52 is withdrawn from the bore 12 and the coating apparatus is removed from the workpiece 10 as a whole.
  • the axially projecting guard ring 20 can be removed by a machining operation. It may be on the edge of Coating 30 a bevel or chamfer 32 are formed. In this case, the area can be removed with the groove 22, as far as this should be necessary.
  • a final surface processing of the side 16 of the workpiece 10 is not necessary in the inventive method or at best to a very reduced extent necessary.
  • FIG. 5 is a highly schematic part of a device 40 according to the invention for processing a bore wall 14 of a bore 12 in a workpiece 10 shown.
  • the device 40 has a pin-shaped pressing element 42 which is rotatably driven in a delivery unit 44. With the feed unit 44, the pressing member 42 can be moved in a circle along the edge of the bore 12, wherein a molding is formed. By the displaced material 21 of the indentation, a protective ring 20 is formed at the upper edge of the bore 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Bohrungswand (14) einer Bohrung (12) in einem Werkstück (10), insbesondere einer Zylinderbohrung in einem Motorblock, bei dem eine Beschichtungslanze (52) unter Abgabe von Beschichtungspartikeln in die Bohrung (12) eingefahren wird, wobei die Bohrungswand (14) mit einer Beschichtung versehen wird. Gemäß der Erfindung wird vor dem Beschichten an dem Rand der Bohrung ein ringförmiger Schutzring (20) vorgesehen, welcher gegenüber einer Seite des Werkstücks axial vorsteht. Die Erfindung umfasst weiterhin einen Motorblock, bei dem an einem Rand der mindestens einen Zylinderbohrung zu einer Seite ein axial vorstehender Schutzring einstückig an einem Grundkörper des Motorblocks ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Bohrungswand einer Bohrung in einem Werkstück, insbesondere einer Zylinderbohrung in einem Motorblock, bei dem eine Beschichtungslanze einer Beschichtungsvorrichtung unter Abgabe von Beschichtungspartikeln in die Bohrung von einer Seite des Werkstücks eingefahren wird, wobei die Bohrungswand mit einer Beschichtung versehen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin einen Motorblock mit einem Grundkörper, in welchem an einer Auflageseite mindestens eine Zylinderbohrung angeordnet ist, wobei die Auflageseite zum Bilden einer planen Dichtfläche bearbeitet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
  • Ein gattungsgemäßes Verfahren zum Beschichten einer Bohrungswand an einem Motorblock ist aus der EP 3 047 914 A1 bekannt. Dabei ist eine Beschichtungsvorrichtung mit einer verfahrbaren Beschichtungslanze vorgesehen, durch welche ein Metall-Plasmastrahl zum Bilden einer Beschichtung aus Metallpartikeln erzeugt wird. Die Beschichtungslanze ist von einer ringförmigen Aufnahmeeinheit umgeben, welche auf einer plan bearbeiteten Dichtfläche des zu bearbeitenden Motorblocks aufgesetzt wird. Die hülsenförmige Aufnahmeeinheit dient dazu, einen sogenannten Overspray an Metallpartikeln beim Einfahren der Beschichtungslanze in die zu beschichtende Bohrung aufzunehmen. Hierdurch soll verhindert werden, dass sich Metallpartikel an dem Motorblock außerhalb der zu beschichtenden Zylinderbohrung, insbesondere auf einer ebenen Dichtfläche, absetzen. Denn derartige Fehlpartikel sind nach der Beschichtung der Zylinderbohrungen in aufwändiger Weise zu entfernen, etwa durch eine nochmalige spanabhebende Bearbeitung der gesamten Dichtfläche des Motorblocks. Die Dichtfläche dient vorzugsweise einem Auflegen einer Zylinderkopfdichtung.
  • Selbst beim Aufsetzen einer ringförmigen Aufnahmeeinrichtung auf Stoß auf den Motorblock kann zwar ein Großteil des Oversprays zuverlässig in der Aufnahmeeinheit aufgenommen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass in bestimmten Fällen Metallpartikel der Beschichtungslanze, welche mit Überschallgeschwindigkeit die Düse der Beschichtungslanze verlassen, auf die Dichtfläche des Motorblocks gelangen. Hierdurch kann trotz der Aufnahmeeinheit die Dichtfläche des Motorblocks mit Metallpartikeln verschmutzt werden. Dies kann eine abermalige Reinigung oder nochmalige spanabhebende Bearbeitung der Dichtfläche des Motorblocks erfordern. Dieser zusätzliche Bearbeitungsschritt ist mit zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden.
  • Zudem kann auch eine Kontaktseite der Aufnahmeeinheit durch Metallpartikel verschmutzt werden. Dies kann ein zuverlässiges Anlegen der Aufnahmeeinheit an den nächsten Motorblock beeinträchtigen, was ebenfalls zusätzliche Reinigungsschritte an der Aufnahmeeinheit und dem nachfolgenden Motorblock erforderlich macht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten, eine Vorrichtung hierfür sowie einen Motorblock anzugeben, bei welchen eine besonders effiziente und verschmutzungsarme Beschichtung einer Bohrungswand ermöglicht ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und mit einem Motorblock mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichten an dem Rand der Bohrung ein ringförmiger Schutzring vorgesehen wird, welcher gegenüber der Seite des Werkstücks axial vorsteht.
  • Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, an der Eintrittsseite für die Beschichtungslanze einen Schutzring vorzusehen, welcher axial vorsteht. Die Metallpartikel aus der Beschichtungslanze verlassen diese im Wesentlichen in einer radialen Richtung. Durch das ringförmige Schutzelement wird somit ein Einschießen der Metallpartikel unmittelbar auf die Oberfläche der Eintrittsseite verhindert. Die radial in Richtung der Seite fliegenden Metallpartikel lagern sich somit an dem Schutzring an und können so nicht mehr auf die Oberfläche der Eintrittsseite gelangen. Der Schutzring kann unmittelbar an dem Rand oder bis zu einigen Millimetern radial davon beabstandet sein.
  • Im Übrigen kann zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung verwendet werden, wie sie in der eingangs genannten EP 3 047 914 A1 gelehrt ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass nach dem Beschichten der Schutzring entfernt wird. Damit ist die gewünschte Geometrie des Werkstücks durch den Schutzring nicht beeinträchtigt.
  • Grundsätzlich kann der Schutzring ein separates Element sein, welcher auf den Motorblock zum Abdecken der Stoßfuge vorgesehen wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass der Schutzring unmittelbar an dem Werkstück ausgebildet wird. Der Schutzring kann dabei insbesondere bei einem gießenden oder spanabhebenden Bearbeiten des Motorblocks an diesem fugenlos ausgebildet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung, dass der Schutzring durch spanloses Umformen aus einem duktilen Material des Werkstücks gebildet wird. Das Werkstück, insbesondere ein Motorblock für einen Verbrennungsmotor für Fahrzeuge, ist aus einem duktilen Metallmaterial, insbesondere Aluminium oder Stahl hergestellt. Derartige Metalle sind bis zu einem gewissen Grad spanlos umformbar. Beispielsweise kann mittels eines Drückstiftes oder Drückdornes, welcher entlang einem oberen Rand der zu beschichtenden Zylinderbohrung in das Material des Werkstücks eingedrückt und kreisförmig verfahren wird, durch spanlose Materialverdrängung ein zur freien Dicht- oder Auflageseite vorspringender Schutzring ausgeformt werden. Der Schutzring ist somit einstückig an dem Werkstück ausgebildet. Ein derartiges spanloses Umformverfahren ist einfach und präzise durchführbar. Die Dimensionierung des Schutzringes ist abhängig vom jeweiligen Werkstück und dessen Dimensionierungen. Besonders bevorzugt ist es, dass der Schutzring mit einer axialen Länge von 0,05 mm bis 3 mm ausgebildet wird. In bestimmten Fällen können auch abweichende Längen eingestellt werden.
  • Grundsätzlich ist es möglich, den Schutzring mit einem gewissen radialen Abstand zur Innenwand der zu beschichtenden Bohrung auszubilden. Besonders vorteilhaft ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung, dass der Schutzring mit einem Innendurchmesser ausgebildet wird, welcher einem Innendurchmesser der Bohrung entspricht. Der Schutzring stellt somit eine gewisse axiale Verlängerung der Innenwand der Bohrung dar.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Schutzring und die Bohrungswand mit der Beschichtung versehen werden. Da der Schutzring eine Verlängerung der Bohrungswand darstellt, wird hierdurch zuverlässig eine gute Beschichtung der Bohrungswand bis zum eigentlich gewünschten Randbereich erzeugt. Dies gewährleistet eine besonders stabile Beschichtung an der Bohrungswand.
  • Dabei ist es nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung besonders vorteilhaft, dass der Schutzring nach dem Beschichten spanabhebend entfernt wird. Damit wird die gewünschte Geometrie des Motorblocks, insbesondere eine plane Aufsatzseite des Motorblocks, welche insbesondere für eine Zylinderkopfdichtung benötigt wird, erreicht. Durch das spanabhebende Entfernen des Schutzringes, insbesondere wenn dieser mit der Beschichtung versehen wurde, wird ein definierter sauberer Randabschluss der Beschichtung an der Bohrungswand erzielt. Dies ist für eine Langlebigkeit der Beschichtung vorteilhaft.
  • In bevorzugter Weise ist dies nach einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch verbessert, dass beim Entfernen des Schutzrings an dem Rand der Bohrung eine Fase ausgebildet wird. Eine Fase, insbesondere mit einem Fasenwinkel von 15° bis 30°, wirkt einem Abscheren der Beschichtung besonders gut entgegen.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante nach der Erfindung besteht darin, dass vor einem Ausbilden des Schutzrings die Seite plan bearbeitet wird. Die Planbearbeitung erfolgt insbesondere durch spanabhebendes Bearbeiten, insbesondere durch Abfräsen. Dabei kann bereits bevorzugterweise die Endbemaßung des Motorblocks erfolgen, da keine weitere Reinigungsmaßnahme der Seite mit ebener Dichtfläche benötigt wird. Alternativ kann eine Planbearbeitung der Seite auch erst nach oder bei dem Entfernen des Schutzrings erfolgen. Durch die verbesserte Dichtwirkung des Schutzrings beim Beschichten kann ein Auflagering der Beschichtungsvorrichtung auf eine rauere Oberfläche aufgesetzt werden.
  • Grundsätzlich kann die Beschichtung mit jeder geeigneten Beschichtungsmethode auf die Bohrungswand aufgebracht werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass die Beschichtung mittels Plasmabeschichtung oder thermischer Beschichtung aufgetragen wird. Derartige Beschichtungsweisen ermöglichen eine besonders gute Anhaftung der Metallpartikel an einer metallischen Bohrungswand.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante der Erfindung besteht darin, dass die Beschichtungsvorrichtung mit einem Auflagering auf die Seite des Werkstücks aufgesetzt wird, wobei der Auflagering auf Stoß auf der Seite aufliegt und einen Rand der zu beschichtenden Bohrung ringförmig umschließt, und dass der Schutzring eine Stoßfuge zwischen dem Auflagering und der Seite des Werkstücks axial überdeckt. Der Schutzring kann je nach seiner axialen Größe einige Zehntel oder einige Millimeter, im Extremfall sogar einige Zentimeter von der Stoßfuge entfernt sein. Durch den Schutzring wird ein Einschießen der Metallpartikel unmittelbar in die Stoßfuge verhindert. Hierdurch werden sowohl die ebene Dichtfläche der Seite als auch die Auflagefläche des Auflagerings von Metallpartikeln sauber gehalten. Es werden auch metallische Verbindungseffekte zwischen der Seite und dem Auflagering vermieden, welche beim Abheben des Auflagerings Beschädigungen an der Dichtfläche oder der Auflagefläche bewirken können.
  • Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bohrungswand einer Bohrung, insbesondere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Drückelement vorgesehen ist, welches entlang eines Randes einer Bohrung in einem Werkstück verfahrbar und in das Werkstück eindrückbar ist, wobei ein axial vorstehender Schutzring spanlos ausformbar ist. Das Drückelement ist vorzugsweise stiftförmig als ein Drückstift ausgebildet, der vorzugsweise drehbar gelagert ist. Der drehbare Drückstift kann mit einer entsprechenden Zustellvorrichtung unter Aufbringung einer entsprechenden radial gerichteten Kraft entlang des Randes der Bohrung verfahren werden. Hierbei entsteht eine gewisse Einformung, wobei durch das so verdrängte Material der gewünschte axial vorstehende Schutzring am Rand der Bohrung erstellt wird.
  • Als Zustellvorrichtung kann insbesondere eine grundsätzlich bekannte CNC-Fräsmaschine oder ein CNC-Bearbeitungszentrum verwendet werden, wobei jedoch statt eines spanabhebenden Fräskopfes das nach der Erfindung ausgebildete stiftförmige Drückelement eingesetzt ist. Diese kann aktiv durch eine angetriebene Spindel an der Zustellvorrichtung oder passiv durch Abrollen an dem Werkstück gedreht werden.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird hinsichtlich des Motorblocks gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass an einem Rand der mindestens einen Zylinderbohrung zu der Aufsatzseite ein von der Dichtfläche axial vorstehender Schutzring einstückig an dem Grundkörper ausgebildet ist. Der Motorblock kann dabei das Endwerkstück oder vorzugsweise eine Zwischenform sein. Das Erzeugen des Schutzringes kann beim Gießen oder spanabhebenden Bearbeiten des Motorblocks vor einer Beschichtung der Zylinderbohrung erfolgen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine Schutzring nach einer Planbearbeitung der Dichtfläche durch spanloses Umformen aus dem Grundkörper angeformt ist. Das spanlose Umformen kann insbesondere durch einen Drückvorgang bewirkt werden. Dabei wird an einem oberen Randbereich der Bohrung eine ringförmige Nut in die Bohrungswand eingeformt. Hierdurch wird eine Materialverdrängung bewirkt, welche an der freien Auflageseite zu einem Ausbilden oder axialen Aufwölben des Schutzringes entlang des Bohrungsrandes führt. Nach einer Beschichtung kann der so ausgebildete Schutzring zusammen mit der eingedrückten Nut am oberen Rand der Bohrung durch spanabhebendes Bearbeiten, insbesondere durch AnFasen, entfernt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine Teilquerschnittsansicht eines Werkstücks mit einer zu beschichtenden Bohrung;
    Fig. 2
    eine Teilquerschnittsansicht des Werkstücks nach dem Ausbilden eines Schutzrings;
    Fig. 3
    eine Teilquerschnittsansicht des Werkstücks von Fig. 2 mit aufgesetzter Beschichtungsvorrichtung; und
    Fig. 4
    eine Teilquerschnittsansicht des beschichteten Werkstücks nach Entfernen des Schutzrings, und
    Fig. 5
    eine schematische Detailansicht zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Ein zu beschichtendes Werkstück 10 mit mindestens einer Bohrung 12 mit einer zu beschichtenden Bohrungswand 14 ist in Fig. 1 dargestellt. In einen Grundkörper 11 des metallischen Werkstücks 10, welcher vorzugsweise als ein Motorblock eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist, können mehrere Bohrungen 12 als Zylinderbohrungen vorgesehen sein. Wie bei einem Motorblock üblich, weist das Werkstück 10 an einer Oberseite eine plan bearbeitete Seite 16 auf, welche beispielsweise zum Aufnehmen einer Flachdichtung, insbesondere einer Zylinderkopfdichtung, dient.
  • Vor dem Aufbringen einer Beschichtung wird gemäß Fig. 2 nahe der Seite 16 an einem oberen Randbereich der Bohrung 12 in die Bohrungswand 14 eine ringförmige Nut 22 eingedrückt. Das spanlose Eindrücken der Nut 22 führt aufgrund des duktilen metallischen Materials des Grundkörpers 11 zu einer Materialverdrängung. Durch eine entsprechende Gestaltung einer Drückvorrichtung mit verfahrbarem Drückdorn und mit Abstützflächen an der Bohrungswand 14 kann die Materialverdrängung gezielt zum Ausbilden eines axial vorstehenden Schutzrings 20 am oberen Rand der Bohrung 12 erzeugt werden. Die Dimensionierung des Schutzrings 20 hängt von der Größe der Nut 22 und der dadurch bewirkten Materialverdrängung ab. Die axiale Länge und die radiale Breite des Schutzrings 20 kann von einigen zehntel Millimetern bis zu einigen Millimetern reichen. Durch entsprechende Abstützelemente oder Abstützringe der vorgesehenen Drückeinrichtung kann eine gezielt Ausgestaltung des Schutzrings durch das verdrängte Material bewirkt werden.
  • Zum Aufbringen der Beschichtung wird gemäß Fig. 3 auf die plane Seite 16 eine Beschichtungsvorrichtung 50 mit einem etwa zylindrischen Gehäuse 54 und einem zentrischen Auflagering 56 aufgesetzt. Der Auflagering 56 weist an seiner Unterseite eine plane Auflagefläche 58 auf. Beim Kontaktieren der planen Auflagefläche 58 des Auflagerings 56 auf der planen Seite 16 des Werkstücks 10 bildet sich eine Kontakt- oder Stoßfuge 5 aus. Ein Innendurchmesser des Auflagerings 56 ist vorzugsweise geringfügig größer als ein Außendurchmesser des ausgeformten Schutzrings 20. Durch den axial vorstehenden Schutzring 20 wird in einer radialen Richtung eine Abdeckung oder ein Schutz der Stoßfuge 5 gegen ein radiales Eindringen von Plasmapartikeln bewirkt.
  • Zum Beschichten der Bohrungswand 14 wird eine stabförmige Beschichtungslanze 52 aus dem zylindrischen Gehäuse 54 der Beschichtungsvorrichtung 50 axial ausgefahren. Vorzugsweise befindet sich die Beschichtungslanze 52 bereits in dem Gehäuse 54 in einem Sprühbetrieb, wobei an einem unteren Ende der Beschichtungslanze 52 aufgeschmolzene Metallpartikel mit hoher Geschwindigkeit austreten, was durch Sprühstrahlen 53 in Fig. 3 verdeutlicht ist. Es ist ersichtlich, dass sich die Stoßfuge 5 in einem Sprühschatten befindet, welcher durch den axial vorstehenden Schutzring 20 gebildet ist. Hierdurch wird zuverlässig verhindert, dass Plasmapartikel in die Stoßfuge 5 eindringen und die Seite 16 des Werkstücks 10 oder die Auflagefläche 58 des Auflagerings 56 verunreinigen.
  • An einer Innenseite des Auflagerings 56 ist eine abgeschrägte Ablenkfläche 59 vorgesehen, durch welche Metallpartikel des Plasmastrahls axial in Richtung des Inneren des Gehäuses 54 abgelenkt werden. Das Gehäuse 54 ist zum Aufnehmen derartiger Metallpartikel ausgebildet und kann in bestimmten Zeitabständen zum Entleeren gewechselt werden.
  • Zum Bilden der Beschichtung 30 fährt die Beschichtungslanze 52 in die Bohrung 12 ein, wobei die Beschichtungslanze 52 gedreht wird. Hierdurch wird gezielt eine Beschichtung 30 an der Bohrungswand 14 ausgebildet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
  • Nach einem Beenden des Beschichtens wird die Beschichtungslanze 52 aus der Bohrung 12 zurückgezogen und die Beschichtungsvorrichtung insgesamt von dem Werkstück 10 entfernt. Abschließend kann der axial vorstehende Schutzring 20 durch eine spanabhebende Bearbeitung entfernt werden. Es kann am Rand der Beschichtung 30 eine Abschrägung oder Fase 32 ausgebildet werden. Dabei kann auch der Bereich mit der Nut 22 entfernt werden, soweit dies notwendig sein sollte.
  • Eine abschließende flächige Bearbeitung der Seite 16 des Werkstücks 10 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht oder allenfalls in einem sehr reduzierten Umfang notwendig.
  • In Fig. 5 ist stark schematisiert ein Teil einer erfindungsgemäße Vorrichtung 40 zum Bearbeiten einer Bohrungswand 14 einer Bohrung 12 in einem Werkstück 10 dargestellt. Die Vorrichtung 40 weist ein stiftförmiges Drückelement 42 auf, welches drehbar angetrieben in einer Zustelleinheit 44 gelagert ist. Mit der Zustelleinheit 44 kann das Drückelement 42 kreisförmig entlang des Randes der Bohrung 12 verfahren werden, wobei eine Einformung gebildet wird. Durch das verdrängte Material 21 der Einformung wird am oberen Rand der Bohrung 12 ein Schutzring 20 ausgebildet.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Beschichten einer Bohrungswand (14) einer Bohrung (12) in einem Werkstück (10), insbesondere einer Zylinderbohrung in einem Motorblock, bei dem
    - eine Beschichtungslanze (52) einer Beschichtungsvorrichtung (50) unter Abgabe von Beschichtungspartikeln in die Bohrung (12) von einer Seite (16) des Werkstücks (10) eingefahren wird, wobei die Bohrungswand (14) mit einer Beschichtung (30) versehen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass vor dem Beschichten an dem Rand der Bohrung (12) ein ringförmiger Schutzring (20) vorgesehen wird, welcher gegenüber der Seite (16) des Werkstücks (10) axial vorsteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach dem Beschichten der Schutzring (20) entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) unmittelbar an dem Werkstück (10) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) durch spanloses Umformen aus einem duktilen Material des Werkstücks (10) gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) mit einer axialen Länge von 0,05 mm bis 3 mm ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) mit einem Innendurchmesser ausgebildet wird, welcher etwa einem Innendurchmesser der Bohrung (12) entspricht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) und die Bohrungswand (14) mit der Beschichtung (30) versehen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schutzring (20) nach dem Beschichten spanabhebend entfernt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Entfernen des Schutzrings (20) an dem Rand der Bohrung (12) eine Fase (32) ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor einem Ausbilden des Schutzrings (20) die Seite (16) des Werkstücks (10) zum Bilden einer planen Fläche bearbeitet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Beschichtung (30) mittels Plasmabeschichtung oder thermischer Beschichtung aufgetragen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Beschichtungsvorrichtung (50) mit einem Auflagering (56) auf die Seite (16) des Werkstücks (10) aufgesetzt wird, wobei der Auflagering (56) auf Stoß auf der Seite (16) aufliegt und einen Rand der zu beschichtenden Bohrung (12) ringförmig umschließt, und
    dass der Schutzring (20) eine Stoßfuge (5) zwischen dem Auflagering (56) und der Seite (16) des Werkstücks (10) axial überdeckt.
  13. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Bohrungswand (14) einer Bohrung (12), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Drückelement (42) vorgesehen ist, welches entlang eines Randes einer Bohrung in einem Werkstück (10) verfahrbar und in das Werkstück (10) eindrückbar ist, wobei ein axial vorstehender Schutzring (20) spanlos ausformbar ist.
  14. Motorblock mit einem Grundkörper (11), in welchem an einer Seite (16) mindestens eine Zylinderbohrung (12) angeordnet ist, wobei die Seite (16) zum Bilden einer planen Fläche bearbeitet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an einem Rand der mindestens einen Zylinderbohrung (12) zu der Seite (16) ein axial vorstehender Schutzring (20) einstückig an dem Grundkörper (11) ausgebildet ist.
  15. Motorblock nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Schutzring (20) nach einer Planbearbeitung der Seite (16) durch spanloses Umformen aus dem Grundkörper (11) angeformt ist.
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