JP2005531693A - 熱スプレーによるキャビティの内部被覆のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな加工物であっても内表面の安全で問題のない被覆が可能にされ、その工程が大きな体積及び短い走行時間の連続生産に適合されるようにする。
【解決手段】 本発明は、熱噴射により加工物（３４）の中空領域（３６）の内部を被覆するための装置及び方法に関する。この発明装置は、被覆物質を噴射するためのバーナ（２４）を含み、このバーナ（２４）が少なくとも１方向に位置付けられ得るような方式で位置決め装置（２２）に受容されていて、回転駆動可能なロータリプレート（１４）を含み、これに受容エレメント（４０）が加工物（３４）のために設けられていてこれがガイド装置（３２）を用いてバーナ（２４）に関して位置付けされ得るようになっている。ガイド装置（３２）は、加工物を受容するエレメント（４０）を位置決めするための第１駆動装置を備えた少なくとも１つの第１リニアガイド（４４、４５）と、釣合い重り（４６、４７）を位置決めするための第２駆動装置を備えた少なくとも１つの第２リニアガイド（４４、４５）を含む。第１及び第２駆動装置（４８、４９、５０、５１）は反対方向に駆動され、これにより加工物がずれたときに質量の釣合いを保証している。スプレーしぶきの連続的な除去を保証するため、ロータリプレート（１４）が回転軸の領域に開口（１７）を備え、これは吸引装置（３８）と協働され得る。

Description

本発明は、加工物の回転対称とくにシリンダ状のキャビティを熱スプレーにより内部被覆するための装置が、被覆原料をスプレーするためのバーナを含み、バーナが少なくとも１方向に位置決めを許容する位置決め装置に受容されていて、更にロータリサポート、とくにロータリプレートを含み、これがロータリ方式で駆動され得るようになっていてそこにガイド装置を用いてバーナに関して位置決めされ得る加工物のための加工物ホルダが設けられている装置に関する。

本発明は、更に、スプレー原料が供給されるバーナを使用した熱スプレーにより、加工物のキャビティを内部被覆するための方法であって、バーナが位置決め装置に受容されて加工物がバーナに関して移動されて回転し、被覆されるべきキャビティがバーナの軸に関して中心付けられている方法に関する。

この種の装置及び方法は、“圧力成形されたアルミニウムクランク室のシリンダライナのための固体潤滑を含む被覆”、Ｍ．Ｂｕｃｈｍａｎｎ等、第１回国際熱スプレー会議会報、２０００年５月８−１１日、モントリオール、３０３−３０８頁に開示されている。

この文献によれば、加工物が回転駆動されるロータリプレートに載置されている間、バーナは静止された方式で位置決め装置に保持されている。

この配置は、通常被覆されるべき加工物のキャビティに例えば直線の搬送ラインで時間調節された方式で進められる静止した加工物と回転するバーナを備えた先行技術で通例使用される装置に対して利点を提供する。要するに、より大きな作業距離で作業することを可能にし、こうしてバーナスプレージェットの出来るだけ大きい拡散が得られ、均一な被覆表面が達成されることを可能にしている。更に、被覆の質を明確に改善する高速のスプレージェットで作業することを可能にしている。
"圧力成形されたアルミニウムクランク室のシリンダライナのための固体潤滑を含む被覆"Ｍ．Ｂｕｃｈｍａｎｎ等、第１回国際熱スプレー会議会報、２０００年５月８−１１日、モントリオール、３０３−３０８頁

しかしながら、先に述べられた非特許文献１は、例えば軽金属エンジンのためのクランク室のシリンダボア又はライナを被覆するとき、大きな加工物であっても安全で問題のない被覆を達成するのに要求される装置の正確な構造を開示していない。

それゆえ、本発明の目的は、大きな加工物であっても内表面の安全で問題のない被覆が可能にされ、その工程が大きな体積及び短い走行時間での連続生産に適合されるような方式で、上記されたタイプの装置及び方法を改良することである。

この目的は、上記されたタイプの装置で達成され、そこでは、ガイド装置が、加工物ホルダを位置決めするための第１駆動手段を備えた少なくとも１つの第１リニアガイドと、少なくとも１つの釣合い重りを位置決めするための第２駆動手段を備えた少なくとも１つの第２リニアガイドを含み、第１駆動手段と第２駆動手段が反対方向に駆動されている。

本発明の目的は、更に、上記された種類の方法で達成され、そこでは、加工物の何らかの移動により引き起こされる不均衡が、少なくとも１つの釣合い重りを移動させることにより相殺されている。

本発明の目的は、こうして十分に解決される。

発明を実施するための形態

これは、本発明によれば、バーナに関して被覆されるべきキャビティを中心付けする必要な工程によって引き起こされる不均衡が、釣合い重りによって相殺されるからである。このようにして、ピストンエンジンのクランク室のような大きな質量及び不均整の形状の加工物でさえ、質量の不均衡による問題を何ら生じることなく、ロータリプレートで回転させられ得る。ロータリプレートにより引き起こされる不均衡が釣合い重りによりいつも自動的に相殺されることが可能であり、ロータリプレートがその回転軸に関して釣合わされ得るようになっているなら、ロータリプレートが高回転速度であっても高い安全性が保証される。質量不均衡の不利な影響が相殺されることにより、振動又は同様な不利益が同じく避けられ、高回転速度であっても高いバランス品質が保証されることが可能であり、結果として被覆のとくに高い均一性が達成され得る。軽金属クランクシャフトハウジングのシリンダライナの被覆の場合、例えばホーニングによる単一スムージング後処理が要求され、他方で、複雑な取り付け具又は装置における切削又はグラインディング操作のような寸法上の後処理は全く必要とされない。

本発明の交替的な形態によれば、その目的は、ロータリプレートがその回転軸の領域でスプレーしぶきのための通路開口を備えるという配置により、上記された種類の装置で達成される。

これは同じく、とくに均一で安全な被覆工程を保証し、被覆の質を損なうことのあるパワー供給されたガス流を用いた高エネルギー被覆及び燃焼行程からの散乱粒子の望ましくない含有がない。

これは、被覆されるべき加工物のキャビティが、ロータリプレートの開口に関して中心付けられ、被覆工程の間遭遇するどのようなスプレーしぶきも、加工物のキャビティ通って及びそれに整列されたロータリプレートの開口を通って下方に退避し、好ましくは排出システムの助けを借りて、素早く除去され得るようになっていることで保証され得るからである。

こうして、連続した製造工程においても、スプレーしぶきによる負の影響すなわちそれにより引き起こされる望ましくない堆積物なく、多くのキャビティを連続して被覆することが可能である。

この方法に関して、本発明の目的は、上記のような方法によるスプレー工程の間に起こるいずれのスプレーしぶきもロータリプレートの中心開口を通って排出されるということに応じて達成される。

本発明による好ましい更なる発展によれば、加工物ホルダが２つの相互に平行な第１リニアガイドに保持され、各々が釣合い重りを備え、第１直線ガイドの２つの外側と平行に配置されている。

２つの釣合い重りは、好ましくはサイズが等しく、第１リニアガイドから同じ距離で配置されていて、好ましくはほぼ際限なく移動されて及び位置決めし得る。

こうして、重い加工物でさえもロータリプレートの回転軸に関して安全に釣合わせることが可能であり、装置の単純な構造という結果となる。

本発明の更にもう１つの形態によれば、第１及び第２駆動手段が、駆動スピンドル、好ましくは自己ロッキング駆動スピンドル、好ましくは自己ロッキング台形スピンドルを含む。

この構成は、被覆されるべきキャビティをロータリプレートの回転軸に対して中心付けるとき、駆動スピンドル、とくに自己ロッキング台形スピンドルの使用により、高い程度の信頼性が保証されるという利点を提供する。更に、加工物又は釣合い重りが高回転速度においてさえも独立して移動しないことで、高度の安全性が保証される。

本発明の更なる形態において、２つの駆動スピンドルがウォームギアを介して共通の駆動部により駆動される。

ウォームギアは、この場合少なくとも１つのコーナギアを介して２つの第１駆動スピンドルと連結されても良い。

こうして単純なやり方で共通の駆動部により両方の駆動スピンドルを駆動させることが可能である。

本発明の追加的な更なる発展によれば、第１及び第２駆動スピンドルが、反対の向きで駆動されるコーナギアを介して連結されている。

このようにして、第１及び第２駆動スピンドルを反対向きに駆動させることが、とくに単純な手段により達成され得る。

本発明の更なる形態によれば、電池電力ＤＣ駆動部が設けられていて、これが共通の操作のための駆動手段と連結されている。

このようにして、とくに単純な構造が達成される。替わりに、ワイパー接触を介した電圧で供給されるライン電力駆動部が駆動手段をともに駆動させるために設けられてよい。

本発明の更なる形態によれば、リミットスイッチが、リニアガイドの端部に設けられている。

これは、釣合い重りの加工物がずらされてリミットスイッチまで動くとき、装置が自動で停止され得る点で、安全性の更なる増加に寄与する。

スプレーしぶきのための通路として役立つロータリプレートの開口は、好ましくは排出システムに接続され得る。

このようにして、スプレーしぶきの効果的な排出が保証され、被覆工程の質を下げる負の影響が全く生じないようになっている。

本発明の更なる形態によれば、バーナが、加工物の外側の位置決め装置に保持されたＨＶＯＦ（酸素／燃料混合物を使用した高速度オープンフレームスプレー）バーナで構成されている。

このようにして、とくに高密度で高品質の被覆を良好な結合効果で達成する事が可能である。このようにして比較的大きなスプレー距離と高運動エネルギーで、超音速領域の速度まで粒子スプレージェットを機能させることが可能であるため、こうして大きな拡散及び最終的に改善された均一性を有するスプレージェット、高密度及び改善された結合を有する被覆が更に達成される。

好ましくは、バーナが、この場合処理されるべき内部加工物表面に関して長円形のパスに沿って位置決め装置により移動され、バーナの軸と内表面の間の衝突角度（φ）が、ほぼ９０°及びほぼ１０°の間、好ましくはほぼ９０°及びほぼ２０°の間で好ましくは可変である。

これは、コンポーネントの周囲及び高さに渡ってとくに均一な被覆が達成されることを許容している。

本発明の更なる形態によれば、バーナに加えて、圧縮エア又はＣＯ_２で加工物を冷却するための少なくとも１つの冷却やりが設けられている。

非常に良好で均一な冷却が、被覆工程の間、とくにＣＯ_２が使用されるとき、保証され得る。これは、一方で、非常に温度に敏感な加工物又は薄い壁厚の基本原料又は軽金属クランク室のような加工物の場合に過熱の問題を防止し、他方で、被覆における熱応力の負の影響が避けられ、又は、熱遷移と原料の点で最適化された工程制御が被覆工程の間可能にされる。

本発明の更なる形態によれば、加工物ホルダが、傾斜装置を含み、これが、バーナの軸に関して加工物を傾斜させ、かつ、ロータリ及び傾斜の組み合わせ動作をインラインエンジン、対向シリンダエンジン、Ｖタイプ及びＷタイプエンジン、又は好ましくは加工物を１８０°転向させるのに適合された自動転向装置のボアの角度位置に応じて実現するのに適合されている。制御の観点のもとで、これらの装置は、ＮＣ工程を用いて及び全被覆システムの一部である蓄積プログラム制御手段を使用して、一体化され得る。

このようにして、Ｖタイプエンジンのためのクランク室でさえ、単純な方法で自動的に被覆され得る。他方、被覆は加工物のためにも可能にされ、そこではキャビティの一部が一方の側から被覆されることになり、キャビティの別の部分が反対側から被覆されることになる。

もしＨＶＯＦバーナが使用されるなら、衝突角度（φ）が、対応するキャビティのＴＤＣ領域におけるほぼ９０°の範囲にある最大角度と、キャビティの深さが増加するにつれて減少する角度との間で可変である。

クランク室のシリンダライナを被覆する場合、ほぼ９０°の最大の衝突角度を対応するキャビティの上端で使用することが可能であり、被覆原料が最大エネルギーで被覆されるべき内表面に衝突して、被覆の最適な品質と密度が後の最大応力に晒される領域で達成され得るような効果がある。

好ましくは、バーナの供給率が、この場合衝突角度φにほぼ比例して制御される。

これは、減少した衝突角度によって生じた減少した被覆の厚さが、さらに減少した回転速度により相殺されて、その結果均一の被覆の厚さがキャビティの全厚さに渡って得られるようになっているという結果を有する。

好ましくは、バーナが、被覆工程の間連続して操作され、複数の加工物を連続して被覆するときのみ、加工物から引っ込められ又はそらされる。

このようにして、バーナの連続操作により、とくに望ましい及び時間節約の工程制御を達成可能である。

ＨＶＯＦバーナを用いるとき、ほぼ１５０〜５００ｍｍ、好ましくはほぼ１５０〜４００ｍｍのスプレー距離が、被覆されるべき加工物の表面に関して好ましくは維持される。

ロータリプレートは、この場合、４０〜１００ｒ．ｐ．ｍ．で好ましくは駆動される。

この種のスプレーパラメータは、とくに高品質の被覆が達成されることを可能にする。

替わりに、被覆が、大気プラズマスプレー（ＡＰＳ）又は電気アークスプレーにより、好ましくは９０°角度バーナを使用する内部バーナを用いて、達成され得る。

この場合、ほぼ２５〜６００ｍｍのスプレー距離が、被覆されるべきキャビティの内表面とバーナの間で好ましくは維持される。

ロータリプレートは、この場合ほぼ８０〜２００ｒ．ｐ．ｍ．で好ましくは駆動される。

有利な被覆は、大気プラズマスプレーによっても得ることができる。

静止したバーナ、とくに被覆されるべきキャビティ内に進入されるアングルヘッドを備えたバーナがこの場合同様に使用されるとすると、このような工程制御は、回転バーナと静止した加工物を使用する従来のスプレー方法よりも高速なスプレージェットを可能にする。

軽金属クランク室に適した有利な被覆は、とくにＴｉＯ_２がスプレー原料として使用されるときに得られ、この場合ＴｉＯ_２−ｘ層が得られ、これは、低い磨耗率に加えて、乾燥摩擦状態のもとで非常に低い摩擦係数を有する。

ＨＶＯＦバーナが使用される場合、被覆工程は、乗用自動車のエンジンの場合に普通はタイトに大きさに従って並べられる各ボアのシリンダ状キャビティの外側に位置するバーナで、外部被覆工程として有利に行われることが可能である。これは更に比較的大きなスプレー距離が使用されることを可能にし、これは均一の被覆の達成に寄与する。加えて、＜５０ｍｍの内径を備えたキャビティの被覆は、このようにして可能にされる。

上記された及びこれから以下に説明される本発明の構成は、示された各組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独で、本発明の範囲を逸脱することなく用いられることが可能であることが理解される。本発明の他の構成及び利点は、本発明の好ましい実施例から明らかとなり、これは図面を参照して以下に説明される。

図１は、本発明による装置を全体的な参照符号１０で示す第１実施例の概略表現である。

防音構成のスプレー室１２の内側には、ロータリプレート１４を見る事ができ、これは外周でテーブル上にローラベアリングに着座されていて回転軸１６の周りで回転する。ロータリプレートは、ベルト２０を介して駆動部１８により駆動可能である。ロータリプレート１４に載置されているのは、ガイド手段であり、全体的に参照符号３２で指呼されていて、これを用いて工作物ホルダ４０がロータリプレート１４の放射方向に往復運動され得る。工作物ホルダ４０は、詳細には示されていない取り付け具を備えていて、図１に点線で示された工作物３４を載置する。工作物は、例えば、内表面が被覆されることになる複数のシリンダライナを含む軽金属クランクシャフトハウジングからなる。

図１において、軽金属クランクシャフトハウジングの全部で４つのキャビティ３６は、その内面がスプレー被覆されることになっていて、一点鎖線で示されている。

ロータリプレート１４は、その中心にスプレーしぶきを排出する役割を果たす開口１７を有する。ロータリプレート１４の下側で、真空源３９に接続された排出システム３８が破線で示されている。

ＨＶＯＦバーナ２４は、多軸ロボットとして構成された位置決め装置２２に受容されている。バーナ２４は、位置決め装置２２を用いて工作物３４に対して位置決めされ得る。２つの冷却やり２８、３０は、冷却ガスの放射方向の放出に適しており、バーナ２４の軸２６と平行に配置されていて、これに沿ってバーナのスプレージェットが射出される。原理上は圧縮エア冷却で十分であるが、冷却やり２８、３０は、この場合ＣＯ_２冷却やりとして構成されていて、明確に改善された冷却効果を達成する。ＣＯ_２冷却工程の高い冷却効果は、ＣＯ_２スノーがその固体から凝集体のガス状態へ昇華することによるものである。更なる利点は、融解されていないスプレーしぶき粒子のクリーニング効果にある。

ガイド手段３２は、工作物ホルダ４０の移動のための２つの相互に平行な第１リニアガイド４２、４３を含む。２つの第２リニアガイド４４、４５が更に設けられていて、これらが２つの第１リニアガイド４２、４３を外側から取り囲んでいる。２つのリニアガイド４４、４５に沿った移動のための釣合い重り４６、４７が設けられている。ガイド手段３２は、電池電力ＤＣモータ５２によって駆動され、これはウォームギア５４を介して２つの９０°コーナギア５６、５７を駆動する。コーナギア５６、５７は、２つの自己ロッキング台形スピンドル４８、４９を駆動し、これらは図示しないスピンドルナットを介して交替的に加工物ホルダ４０を駆動する。コーナギア５６、５７の反対にある台形スピンドル４８、４９の端部の各々は、１８０°コーナギア５８、５９を介して台形スピンドル５０、５１とそれぞれ連結されており、これを通って釣合い重り４６、４７が図示しないスピンドルナットを介して同期状態で駆動される。

リミットスイッチ６０、６１、６２、６３又は６４、６５、６６、６７は、各リニアガイド４２、４３又は４４、４５の端部にそれぞれ設けられている。

図３において、本発明による装置の僅かに修正された実施例が全体の参照符号１０’で示されている。

装置１０’は、図１による装置１０と構造上大部分が対応している。もっとも、加工物ホルダ４０は、傾斜装置を追加的に備えていて、これは単に参照符号７４で線図により示されている。加工物、例えば軽金属クランクシャフトハウジングが、傾斜装置に載置され得るようになっていて、矢印７６で示された方向の一方又は他方の側に傾斜され得る。これは、もしＶタイプ又はＷタイプエンジンのためのクランクシャフトハウジングが被覆されることになる場合に有利である。

対応して、もし例えば（ポルシェボクスターの６気筒エンジンのように）部分的に一方の側から部分的に他方の側に被覆されなければならないクランクシャフトハウジングに被覆がもたらされることになるなら、加工物を１８０°ターンさせるためのターニング装置を設けても良い。

被覆工程は以下により詳細に説明される。

被覆工程として適合されるのは、大気プラズマスプレー（ＡＰＳ）又は電気アークスプレー又は高速オープンフレームスプレー（ＨＶＯＦ）工程である。実際のＡＰＳ内部スプレー工程は、９０°アングルバーナタイプＧＴＶＦ１を使用して行われた。このバーナは、最大レート２５ＫＷ及び最大スプレー距離６００ｍｍを有する。被覆可能なキャビティ深さは、最大５００ｍｍであった。内部被覆工程の間、角度バーナは垂直方向の回転キャビティに入る。Ｆ１アングルバーナの構造上の詳細のために、厳密に言えば、内径が少なくとも８０ｍｍのシリンダボアのみが被覆され得る。こうして、達成可能なスプレー距離は、少なくとも３０ｍｍに等しかった。

Ｆ１プラズマバーナが垂直方向に進められる間、被覆層が回転する加工物に塗布される。キャビティの回転速度は、８０及び２００ｒ．ｐ．ｍ．の間で変化したが、これはスプレー距離及び塗布されるべき層システムによって決まる。２軸供給システムは内部プラズマバーナを垂直方向に進めるのに十分であるが、図示された場合では多軸ロボットの形の位置決め装置２２が使用された。バーナの供給の上下率は、２〜１０ｍｍ／ｓの範囲にあり、これは使用される層システムによって決まる。バーナパスの数は、個々のスプレー原料と要求される層の厚さによって決まり、２及び１０パスの間にある。バーナと基層表面の間のスプレー距離が小さければ小さいほど、粒子ジェットの広がりと被覆される表面積が小さくなる。結果的に、特に小さなスプレー距離の場合、許容範囲の表面品質で均一な構造を得る目的で、高回転速度が加工物のために要求される。被覆工程と同時に、加工物の内表面が冷却される。

冷却は、先に記載されたように、エアジェット圧縮エア冷却システム又はＣＯ_２冷却やり２８、３０のいずれかで達成され得る。

バーナ２４がＨＶＯＦバーナとして構成された場合、ＧＴＶ−ｍｂＨにより市場取引されるＴｏｐＧｕｎ（登録商標）システムが内部被覆に使用された。種々の燃焼室挿入物のため、この種のバーナは、追加的にアセチレンを燃料ガスとして使用する可能性を提供する。この結果、燃料ガス温度がセ氏３，２００°に達せられ得る。これらの温度は、ＭＯ及びＺｒＯ_２のような耐熱性物質でさえも十分に溶融させる。使用されるスプレー原料、燃料／ガス混合物及びガスフローに応じて、ＨＶＯＦバーナ２４でほぼ１５０ｍｍ及び５００ｍｍの間のスプレー距離を達成可能である。これらの大きなスプレー距離の結果として、ＨＶＯＦ工程は外部工程として続行可能であり、これはバーナが被覆工程の全継続時間にわたり加工物３４のキャビティ３６の外側にとどまることを意味する。この外部配置は、被覆されるべき８０ｍｍ未満の内径のボアをも許容している。

ＨＶＯＦスプレー工程の間、バーナ２４は長円形の供給パスに沿って移動する。クランクシャフトハウジングを被覆するため、操作時に最高の熱的及び機械的応力に晒されるシリンダボアのＴＤＣ領域がほぼ９０°で被覆され、対してより低い応力に晒されるシリンダ領域がスプレージェットの衝突の減少角度φで被覆されるような方式で、被覆工程が実行される。

これらの状況が図２に示されている。

図２において、被覆されるべきキャビティ３６は、加工物３４のシリンダボアの形状で示されている。

ボア又はキャビティ３６の上端で、バーナ２４の長手軸２６と内表面３６の間の衝突角度φは、ほぼ９０°に等しい。ボアの深さが増加するにつれて、スプレー角度φがボアの底でほぼ３０°に達するまで小さくなる。

バーナ２４の供給率をスプレージェットの衝突角度φに適合させることにより、被覆されるべき内表面６８の全高さにわたり均一な層構造と層厚さを得ることが可能である。この目的のため、供給率は、ほぼ５０ｍｍ／ｓ（ほぼ９０°の衝突角度φ）と５ｍｍ／ｓ（ほぼ３０°の衝突角度φ）の間の衝突角度に比例して、被覆工程の間変化させられる。

複雑な力学的動作のため、Ｓｔａｅｕｂｌｉによって市場取引されている全自動７軸ロボットシステム（位置決め手段２２）がＨＶＯＦ被覆工程のために使用される。ロボット制御の助けにより、ロータリプレート１４の回転速度（好ましくはほぼ３０−１００ｒ．ｐ．ｍ．の間）、種々の衝突角度φとスプレー距離を、選択されたスプレー原料及び使用される燃料／ガス混合物に応じて、柔軟にプログラムすることが可能である。

ガイド手段３２の動作、ロータリプレート１４の駆動速度及びバーナ２４の動作は、協調された方式でロボット制御により全て制御される。加工物３４がＨＶＯＦ被覆工程で過度に熱せられることを防止する目的で、とくに軽金属クランクシャフトハウジングを被覆するとき、ＣＯ_２冷却やり２４、２８を用いて冷却することが好ましい。

被覆されるべき加工物３４の各キャビティ３６のため、加工物３４の被覆されるべきそれぞれのキャビティ３６が、駆動部５６とそれゆえに台形スピンドル４２、４３の対応する作動により、ロータリプレート１４の回転軸１６に関して中心付けられる。

加工物３４の更なるキャビティが被覆されることになっている、異なる位置への移動の間、釣合い重り４６、４７が加工物３４と同じ距離を反対方向に移動する。これは、加工物が載置工程の間釣合わされるとき、加工物３４の放射方向の位置に関わらず、釣合った位置がいつでも達成されることを可能にしている。一般に、釣合い重り４６、４７と加工物３４は、ロータリプレート１４の操作の間、回転軸１６に関して釣合った位置が得られて、釣合い重り４６、４７の相対移動の結果として加工物３４が移動されるべき時でさえ維持されるように、配置されることが可能である。

先に議論したように、開口１６は、これを通ってスプレーしぶきがロータリプレート１４の下の利用可能な自由空間に排出され得るが、ロータリプレート１４の中心領域に位置付けられ、回転軸１６の中心位置にある。被覆工程の間、被覆されるべきキャビティ３６は、底に向かって開放しているが、その開口１７と整列され、スプレーしぶきの自由な流出が底に向けて許容されていてその結果として被覆工程における望ましくないスプレーしぶきの負の影響が避けられるようになっている。先に述べたように、排出システム３８が開口１８の下に追加的に設けられていても良い。言うまでも無くこの場合、加工物ホルダ４０がいずれにしてもより大きな中心開口を備えない限り、加工物ホルダは開口１７に整列された少なくとも１つの開口を有さなければならない（図２の開口７８と比較せよ）。

被覆工程に先んじて、被覆されるべき内表面３６は、粗ジェットで前処理され、この工程は一般に鋼玉、鋳鋼又は高圧水ジェットを採用する方法で達成され得る。

試験が、多くの異なる層システムで被覆された軽金属クランクシャフトについて行われた。硬度の値（ＨＶ０．０５_Ｍ）又は多孔率の特性（Ｐ_Ｍ）及び弾性のモジュール（Ｅ_Ｍ）が、セラミック層システム、セルメット層システム及び金属層システムについて表１ａ）、１ｂ）、１ｃ）にまとめられている。

軽金属クランクシャフトハウジングに適した基層原料は、ＡｌＭｇ３、マグネシウム（ＡＭ５０）、チタン（Ｔｉ４）、ＡｌＳｉ９Ｃｕ、ＡｌＳｉ１７Ｃｕ４Ｍｇ３（Ａｌｕｓｉｌ登録商標）ＡｌＳｉ２５（Ｓｉｌｉｔｅｃ登録商標）のような全て通常の原料を含む。加えて、鋳鉄から作られるクランク室及び同じ原料のブシュは、大きなディーゼルエンジンのサイズに至る寸法で、同様に内側被覆されて良い。

ＡＰＳ及びＨＶＯＦを使用する被覆試験は、ＡｌＭｇ３、ＡＭ５０、Ｔｉ４、ＡｌＳｉＣｕ９の基層原料で行われた。

理解できるように、特に高密度層が、追加的に特に良い結合効果を示し、ＨＶＯＦ被覆工程により達成され得る。スプレーされた層の摩擦及び磨耗の係数が、潤滑摩擦状態のもと及び乾燥摩擦状態のもとで調査された。このようにして決定された層の摩擦係数は非常に小さいかったため、ＡｌＳｉ１２を除いて、試験された全てのスプレー原料がスライドウェー原料としての使用に適している。

ＦｅＣｒ１７、Ｃｒ_３Ｃ_２／ＮｉＣｒ−８０／２０及びＴｉＯ_２で被覆された別体のブシュの後処理に関して行われた試験は、これらの層システムが市販の樹脂結合されたダイヤモンドホーニングバンドを用いて延長時間無く仕上げ処理され得ることを示した。スプレー層が０．１−０．２ｍｍの厚さで高い均一性を有するため、寸法上の後処理は全く要求されなかった。とくに、ＨＶＯＦ層システムは、その滑らかに磨かれた仕上げ状態で非常に低い層多孔度により、０．０３及び０．０９μｍの間の非常に小さい粗さの値Ｒ_Ａを有する。

乾燥摩擦状態のもとで、二酸化チタンの大気プラズマスプレーにより得られるＴｉＯ_２−ｘ層システムは、とくに興味深い。この場合、非常に小さい摩擦係数が乾燥摩擦状態のもとで測定されることができた。潤滑状態のもとで、全てのシステムが、ＡｌＳｉ１２を除いて、適合される。

ほぼ０．１〜０．２ｍｍのオーダーの薄い層を塗布することとは別に、この軽金属クランクシャフトハウジングの場合のように、記載された装置及び記載された方法（とくにＨＶＯＦ法）は、ほぼ１〜２ｍｍのオーダーの厚い層を塗布のため、及びより好ましい位置すなわち使用状態で特に高い応力に晒されるコンポーネントの位置での局所的なスプレー被覆のために、適合される。

本発明による装置の第１実施例の図式表現を示す。 バーナがボアの内表面を被覆するため長円形パスに沿って移動されるときのスプレー角度の変化を描いた図式表現を示す。 本発明による装置のロータリプレートの単純化された斜視図を示し、図１に描かれた実施例に関して僅かに修正されている。

符号の説明

１０ 装置
１２ スプレー室
１４ ロータリプレート
１６ 回転軸
１７ 開口
１８ 駆動部
２２ 位置決め装置
２４ バーナ
２６ 長手軸
２８、３０ 冷却やり
３２ ガイド手段
３４ 工作物
３６ キャビティ
３８ 排出システム
４０ 工作物ホルダ
４２、４３ 第１リニアガイド
４４、４５ 第２リニアガイド
４６、４７ 釣合い重り
５２ 駆動部
５４ ウォームギア
５６、５７ ９０°コーナギア
５８、５９ １８０°コーナギア
６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７ リミットスイッチ

Claims (32)

1. 加工物（３４）の回転対称とくにシリンダ状のキャビティ（３６）を熱スプレーにより内部被覆するための装置が、被覆原料をスプレーするためのバーナ（２４）を含み、バーナ（２４）が少なくとも１方向に位置決めを許容する位置決め装置（２２）に受容されていて、更にロータリサポート、とくにロータリプレート（１４）を含み、これがロータリ方式で駆動され得るようになっていてそこにガイド装置（３２）を用いてバーナ（２４）に関して位置決めされ得る加工物（３４）のための加工物ホルダ（４０）が設けられている装置において、ガイド装置（３２）が、加工物ホルダ（４０）を位置決めするための第１駆動手段を備えた少なくとも１つの第１リニアガイド（４２、４３）と、少なくとも１つの釣合い重り（４６、４７）を位置決めするための第２駆動手段を備えた少なくとも１つの第２リニアガイド（４４、４５）を含み、第１駆動手段（４８、４９）と第２駆動手段（５０、５１）が反対方向に駆動されることを特徴とする装置。
2. 加工物ホルダ（４０）が、２つの相互に平行な第１リニアガイド（４２、４３）に保持されていて、２つの第２リニアガイド（４４、４５）を備え、各々が釣合い重り（４６、４７）を備えており、第１リニアガイド（４２、４３）の２つの外側と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ２つの釣合い重り（４６、４７）のサイズが等しく、かつ、各々が第１リニアガイド（４２、４３）から同じ距離に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 第１及び第２駆動手段（４８、４９、５０、５１）が、駆動スピンドル、好ましくは自己ロッキング駆動スピンドル、好ましくは自己ロッキング台形スピンドルを含むことを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
5. ２つの第１駆動スピンドル（４８、４９）が、ウォームギア（５４）を介して共通の駆動部（５２）により駆動されることを特徴とする請求項２及び４に記載の装置。
6. ウォームギア（５４）が、少なくとも１つのコーナギア（５６、５７）を介して２つの第１駆動スピンドル（４２、４３）と連結されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 第１（４８、４９）及び第２（５０、５１）駆動スピンドルが、反対の向きで駆動されているコーナギア（５８、５９）を介して連結されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の装置。
8. 電池電力ＤＣ駆動部（５６）が設けられていて、これが共通に駆動される駆動手段（４８、４９、５０、５１）と連結されていることを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
9. ロータリプレート（１４）が、スプレーしぶきのための通路として開口（１７）を含むことを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
10. リミットスイッチ（６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７）が、リニアガイド（４２−４５）の端部に設けられていることを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
11. 加工物（３４）の回転対称とくにシリンダ状のキャビティ（３６）を熱スプレーにより内部被覆するための装置が、被覆原料をスプレーするためのバーナ（２４）を含み、バーナ（２４）が少なくとも１方向に位置決めを許容する位置決め装置（２２）に受容されていて、更にロータリサポート、とくにロータリプレート（１４）を含み、これがロータリ方式で駆動され得るようになっていてそこにガイド装置（３２）を用いてバーナ（２４）の軸（２６）に関して位置決めされ得る加工物（３４）のための加工物ホルダ（４０）が設けられている装置において、ロータリプレート（１４）が、その回転軸（１６）の領域でスプレーしぶきのための通路としての開口（１７）により通過されていることを特徴とする装置。
12. 排出システム（３８）が、開口（１７）に接続され得ることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の装置。
13. バーナ（２４）が、加工物（３４）の外側の位置決め装置（２２）に保持されたＨＶＯＦバーナで構成されていることを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
14. バーナ（２４）が、処理されるべき加工物（３４）の内表面（６８）に関して長円形のパスに沿って位置決め装置（２２）により移動され、バーナ（２４）の軸（２６）と内表面（６８）の間の衝突角度（φ）が、ほぼ９０°及びほぼ１０°の間、好ましくはほぼ９０°及びほぼ２０°の間で可変に構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. バーナが、位置決め装置（２２）を用いて加工物（３４）のキャビティ（３６）内に移動され得るアングルヘッドを含むＡＰＳバーナ又は電気アークバーナで構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
16. バーナ（２４）に加えて、圧縮エア又はＣＯ_２で加工物（３４）を冷却するための少なくとも１つの冷却やり（２８、３０）が設けられていることを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
17. 加工物ホルダ（４０）が、傾斜装置（７４）を含み、これが、バーナ（２４）の軸（２６）に関して加工物（３４）を傾斜させ、かつ、加工物（３４）のロータリ及び傾斜の組み合わせ動作を１８０°で実現するのに適合されていることを特徴とする先述の請求項のいずれかに記載の装置。
18. スプレー原料が供給されるバーナ（２４）を使用した熱スプレーにより、加工物（３４）のキャビティ（３６）を内部被覆するための方法であって、バーナ（２４）が位置決め装置（２２）に受容されて加工物（３４）がバーナ（２４）に関してロータリ方式で移動されていて、被覆されるべきキャビティ（３６）がバーナ（２４）の軸（２６）に関して中心付けられていて、加工物（３４）の何らかの移動により引き起こされる不均衡が、少なくとも１つの釣合い重り（４６、６７）を移動させることにより相殺される方法。
19. 加工物（３４）が、被覆されるべき複数の回転対称のキャビティ（３６）を含み、複数のキャビティ（３６）を継続して被覆するため、加工物（３４）が直線的に移動されてそれによって引き起こされる加工物（３４）の動作が、少なくとも１つの釣合い重り（４６、４７）の反対方向の動作によって相殺されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
20. スプレー原料が供給されるバーナ（２４）を使用した熱スプレーにより、加工物（３４）のキャビティ（３６）を内部被覆するための方法であって、バーナ（２４）が位置決め装置に受容されて加工物（３４）がロータリプレートをロータリ方式で移動されていて、被覆されるべきキャビティがバーナ（２４）の軸（２６）に関して中心付けられていて、スプレーの間に遭遇するスプレーしぶきが、ロータリプレート（１４）の中心開口（１７）を通じて排出される方法。
21. 使用される加工物（１４）が、クランク室、好ましくは軽金属クランク室で構成され、これが複数のシリンダ状キャビティ（３６）を含み、その内表面（６８）がライナとして役立つように意図されていて被覆されることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法。
22. 被覆が高速スプレーにより達成されることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載の方法。
23. バーナが、加工物（３４）に関して長円形のパス（７２）に沿ってスプレーの間移動されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
24. バーナ（２４）の軸（２６）と内表面（６８）の間の衝突角度（φ）が、ほぼ９０°とほぼ１０°の間で可変であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 衝突角度（φ）が、好ましくは対応するキャビティ（３６）のＴＤＣ領域におけるほぼ９０°の範囲にある最大角度と、キャビティ（３６）の深さが増加するにつれて減少する角度との間で可変であることを特徴とする請求項２３〜２５のいずれかに記載の方法。
26. バーナ（２４）の供給率が、衝突角度φにほぼ比例して制御されることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれかに記載の方法。
27. バーナ（２４）が、被覆工程の間連続して操作され、複数の加工物（３４）のキャビティ（３６）を連続して被覆するときのみ、加工物（３４）から引っ込められ又はそらされることを特徴とする請求項２３〜２７のいずれかに記載の方法。
28. ほぼ１５０〜５００ｍｍ、好ましくはほぼ１５０〜４００ｍｍのスプレー距離が、バーナ（２４）と被覆されるべき加工物（３４）の表面との間で維持されていることを特徴とする請求項２３〜２８のいずれかに記載の方法。
29. 加工物（３４）が、被覆の間ほぼ４０〜１００ｒ．ｐ．ｍ．で駆動されることを特徴とする請求項２３〜２９のいずれかに記載の方法。
30. 被覆が、大気プラズマスプレー又は電気アークスプレーにより達成されることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載の方法。
31. ほぼ２５〜６００ｍｍのスプレー距離が、被覆されるべきキャビティの内表面とバーナの間で維持されていることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
32. 加工物が、被覆の間ほぼ８０〜２００ｒ．ｐ．ｍ．で駆動されることを特徴とする請求項３１又は請求項３２に記載の方法。
    
    

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