KR20180104604A - 코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법 및 툴, 및 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트 - Google Patents

코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법 및 툴, 및 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트 Download PDF

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KR20180104604A
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토비아스 비르크너
올리버 쿨
마르크 케스팅
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마그 이아스 게엠베하
슈투름 머쉬넨- ＆ 안라겐바우 게엠베하
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Abstract

컴포넌트(1)의 코팅되는 원통형 보어 월(5)을 거칠게 하기 위한 방법에서, 상기 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 적어도 하나의 그루브(6), 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹(7)은 중심 세로 축을 향해 지시되는 방사 방향으로 도포되는 코팅(S)을 위한 제 1 언더컷(11)을 형성하도록 발생된다. 더욱이, 원통형 보어 월(5)에서 적어도 하나의 그루브(6)에 가로로 이어지는 축 그루브(12)는 중심 세로 축에 관한 주변 방향(Φ)으로, 적어도 하나의 그루브 웹(7)이 도포되는 코팅을 위한 각각의 제 2 언더컷(15)을 형성하도록 발생된다. 축 그루브(12)의 결과로서, 주변 방향(Φ)으로 도포되는 코팅의 접착은 간단한 방식으로 개선되어, 컴포넌트(1) 및 도포되는 코팅의 서로 다른 열 팽창으로 인한 스트레스 크랙 또는 분리가 회피된다.

Description

코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법 및 툴, 및 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트
본 특허 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2015 226 062.3의 우선권을 주장하고, 그 내용은 본원에 인용에 의해 포함된다.
본 발명은 코팅되는 원통형 보어 월(cylinder bore wall)을 거칠게 하기 위한 방법 및 툴에 관한 것이다. 본 발명은 또한 원통형 피스톤을 가이드(guiding)하기 위한 컴포넌트(component)에 관한 것이다.
(US 2010/0326270 A1에 대응하는) EP 2 267 178 A2로부터, 원통형 블록(cylinder block)의 코팅되는 금속 표면(metal surface)을 거칠게 하기 위한 방법이 알려져 있다. 금속 표면은 원통형 보어를 바운딩(bound)한다. 선회 툴(turning tool)에 의해, 주변 방향(peripheral direction)으로 이어져있는 나선형 그루브(helical groove)가 금속 표면에 발생된다. 나선형 구성으로 인해, 그루브 웹(groove web)에 의해 그루브가 측면으로 바운딩된다. 그루브 웹은 플라스틱 변형되어, 원통형 보어의 중심 세로 축을 향해 지시된 방사 방향(radial direction)으로 언더컷(undercut)을 형성한다. 단면에서, 그루브는 언더컷으로 인해 방사 방향으로 테이퍼링한다. 결과적으로, 거칠게 된 금속 표면에 후속적으로 도포되는 코팅이 개선된 접착을 나타낸다.
DE 10 2014 209 054 A1으로부터, 원통형 라이너(cylinder liner)의 피스톤 주행 표면(piston running surface)을 기계적으로 거칠게하기 위한 방법이 알려져 있다. 제 1 동작에서, 그루브-형성 툴이 표면을 따라 축방향으로 이동되어, 축 그루브가 표면에 형성될 수 있다. 후속적인 제 2 동작에서, 제 1 동작에서 도달된 축방향 포지션에서 그루브-형성 툴이 실린더 축에 관한 사전정의된 회전 각을 통해 회전되고, 그에 의해 주변 그루브가 표면에 형성되고, 그 주변 그루브가 축 그루브를 교차한다. 축 그루브 및 주변 그루브가 더브테일(dovetail) 형상으로 언더컷된다.
본 발명의 목적은 코팅되는 실린더 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 그 방법은 실린더 보어 월에 도포되는 코팅의 개선된 접착을 간단한 방식으로 가능하게 하는 것이다.
이 목적은 청구범위 제1항의 피처를 가지는 방법에 의해 달성된다. 원통형 보어 월에서, 적어도 하나의 원주 그루브 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹이 발생된다. 적어도 하나의 그루브는 적어도 하나의 그루브 웹에 의해 측면으로 바운딩된다. 적어도 하나의 그루브 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹은 특히, 나선형 구성이다. 적어도 하나의 그루브의 발생은 바람직하게는 금속-컷팅 머시닝 툴(metal-cutting machining tool)에 의한 머시닝 및/또는 쉐이핑 머시닝 툴(shaping machining tool)에 의한 플라스틱 변형 머시닝을 포함한다. 머시닝 툴은 중심 세로 축에 관하여 컴포넌트에 대해 회전되고, 추가로 특히 중심 세로 축을 따라 선형으로 이동된다. 적어도 하나의 그루브 웹은 중심 세로 축을 향해 지시된 방사 방향으로, 먼저 도포되는 코팅을 위한 언더컷을 형성하도록 프로파일되어 구성된다. 적어도 하나의 그루브의 발생시에, 그루브 웹은 프로파일링되고 및/또는 플라스틱 변형에 의해 프로파일링되도록 구성된다. 예를 들어, 적어도 하나의 그루브는 프로파일링된 컷팅 에지(profiled cutting edge)를 가지는 금속-컷팅 머시닝 툴에 의해 발생되어, 그루브 바닥부로부터 시작하여, 적어도 하나의 그루브가 방사 방향으로 테이퍼링하고, 적어도 하나의 관련 그루브 웹이 제 1 언더컷의 형성을 위해 프로파일링된다. 더욱이, 적어도 하나의 그루브는 예를 들어, 직사각형 단면의 금속-컷팅 머시닝 툴에 의해 발생되고, 제 1 언더컷을 형성하도록 적어도 하나의 관련 그루브 웹이 후속적으로 플라스틱 변형된다. 적어도 하나의 그루브 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹의 결과로서, 도포되는 코팅은 방사 방향으로 그리고 중심 세로 축에 병렬인 축 방향으로 양호한 접착을 가진다.
실린더 보어 월에서의 적어도 하나의 그루브에 가로로 이어지는 축 그루브의 발생을 통해, 적어도 하나의 그루브 웹은 중심 세로 축에 관하여 주변 방향으로, 도포되는 코팅을 위한 각각의 제 2 언더컷을 추가로 형성한다. 가로로 이어지는 축 그루브는 축 그루브가 적어도 하나의 그루브를 교차하도록 적어도 하나의 그루브에 특히, 수직으로 또는 90°로부터 벗어난 각도로 이어진다. 축 그루브는 적어도 하나의 그루브 웹을 적어도 부분적으로 중단시키고, 중단 구역에서, 각각의 제 2 언더컷이 형성된다. 축 그루브의 결과로서, 주변 방향으로 언더컷 또는 중단부가 발생되어, 주변 방향으로의 코팅의 접착을 개선시킨다. 이것은 컴포넌트가 예를 들어, 알루미늄인 가벼운 금속으로 이루어지고, 도포되는 컴포넌트 및 코팅 재료가 두드러지게 다른 열 팽창 계수를 가지는 경우에 특히 유용하다. 이는 예를 들어, 컴포넌트가 가벼운 금속으로 이루어지고 코팅 재료가 철을 포함하는 경우이다. 컴포넌트가 열 코팅의 과정에서 강하게 가열되기 때문에, 코팅 및 후속하는 냉각 동안 기계적 스트레스가 발생된다. 주변 방향으로 실린더 보어 월에 대한 제 2 언더컷 및 개선된 코팅의 접착의 결과로서, 코팅에서 중심 세로 축에 병렬로 이어지는 스트레스 크랙(stress crack), 또는 컴포넌트로부터의 코팅의 분리를 유도하지 않는다. 컴포넌트는 특히, 원통형 크랭크케이스(cylinder crankcase) 또는 원통형 라이너이다. 원통형 라이너 및 원통형 크랭크케이스 둘 다는 낮은 질량으로 인해 열적 코팅의 과정에서 강하게 가열한다. 소위 다운사이징(downsizing)의 결과로서 그리고 원하는 중량 감소의 결과로서, 비교적 낮은 질량을 가지기 때문에, 강한 가열이 특히 또한 원통형 크랭크케이스에 관련한다.
축 그루브 중 적어도 하나 외에, 바람직하게는 복수의 축 그루브 외에, 적어도 하나의 그루브 웹이 적어도 하나의 재료 돌출부를 형성하기 때문에, 도포되는 코팅에 대해 확대된 접착 면적이 제공된다. 특히, 모든 축 그루브 외의 적어도 하나의 그루브 웹은 각각의 재료 돌출부를 형성한다. 축 그루브가 적어도 하나의 그루브 웹의 플라스틱 변형에 의해 발생되면, 관련 재료 돌출부가 축 그루브와 함께 재료 이동에 의해 형성된다. 각각의 재료 돌출부는 도포되는 코팅에 대해 추가의 언더컷을 형성하여, 접착이 추가로 개선된다.
먼저, 원통형 보어 월에 이어지는 적어도 하나의 그루브가 발생되어, 후속적으로 축 그루브는 적어도 하나의 그루브 웹에서만 발생되어야 한다. 축 그루브는 예를 들어, 플라스틱 변형에 의해, 예를 들어, 밀링, 슬롯팅(slotting), 브로우칭(broaching) 또는 호닝(honing)과 같은 머시닝에 의해, 및/또는 에너지 조사, 예를 들어, 레이저 조사(laser irradiation)에 의해 발생된다. 축 그루브는 바람직하게는 이들이 원통형 보어 월의 주변 전체에 걸쳐 분포하도록 발생된다.
언더컷의 발생 후에, 원통형 보어 월이 열적으로 코팅된다. 열적 코팅에서 냉각후에, 코팅을 형성하는 코팅 재료가 도포된다. 언더컷의 결과로서, 코팅은 세가지 방향, 즉 중심 세로 축을 향해 지시되는 방사 방향으로, 중심 세로 축에 병렬인 축 방향으로, 그리고 중심 세로 축에 관한 주변 방향으로 개선된 접착을 나타낸다. 코팅 동안 그리고 코팅 후에, 특히 모터-파워링 동작에서, 코팅에서의 스트레스 크랙 및 코팅의 플레이킹(flaking)이 회피된다. 더욱이, 적어도 하나의 유입 및 송출 그루브의 구역에서, 원통형 보어 월의 최상부 챔퍼(chamfer) 및/또는 바닥부 챔퍼에 대한 코팅의 접착이 개선된다.
청구항 제2항에 따른 방법은 간단한 방식으로 도포되는 코팅의 개선된 접착을 보장한다. 그루브 깊이(TN)는 적어도 하나의 그루브의 그루브 바닥부로부터 시작하여 원통형 보어 월까지 정의된다. 대응적으로, 그루브 깊이(TA)는 각각의 축 그루브의 그루브 바닥부로부터 원통형 보어 월까지 정의된다. 비율 TA/TN의 결과로서, 한편으로 주변 방향으로의 코팅의 충분히 고도의 접착 및 다른 한편으로 축 그루브의 간단한 발생이 보장된다.
청구항 제3항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 축 그루브가 각각 그루브 웹 폭의 전체에 걸쳐 연장하기 때문에, 제 2 언더컷은 최대 가능 범위를 가지고 따라서 도포되는 코팅에 큰 접착 면적을 제공한다. 더욱이, 축 그루브의 발생이 쉽게 가능하다.
청구항 제4항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 적어도 하나의 그루브는 최대 그루브 폭(BN)을 정의한다. 대응적으로, 축 그루브는 최대 그루브 폭(BA)을 정의한다. 비율 BA/BN에 의해, 한편으로 도포되는 코팅은, 축 그루브의 구역에서, 충분한 재료 두께를 가지고, 따라서 충분한 강도를 가져, 주변 방향으로 개선된 접착이 획득가능한 것이 보장된다. 다른 한편으로, 비율(BA/BN)에 의해, 축 그루브의 간단한 발생이 보장된다.
청구항 제5항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 작은 각도(α)만큼, 한편으로 축 그루브가 주변 방향에 실질적으로 수직으로 이어지는 것을 보장한다. 다른 한편으로, 각도(α)는 예를 들어, 축 운동에 의해 축 그루브의 빠르고 간단한 발생을 보장하고, 필요에 따라 α는 컴포넌트에 대한 툴의 회전 운동과 겹친다.
청구항 제6항에 따른 방법은 적어도 하나의 그루브 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹의 간단한 발생을 보장한다. 적어도 하나의 그루브는 금속-컷팅 머시닝 툴의 조합된 선형 및 회전 운동에 의해 발생된다. 제 1 언더컷의 형성은 금속-컷팅 머시닝 툴의 프로파일된 컷팅 에지에 의해 및/또는 쉐이핑 머시닝 툴에 의한 플라스틱 변형에 의해 실현된다.
청구항 제7항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 각도 간격은 축 그루브의 수에 대응한다. 각도 간격이 더 작을수록, 축 그루브의 수가 더 커진다. 각도 간격은 한편으로, 충분히 많은 축 그루브가 원통형 보어 월의 주변 전체에 걸쳐 분포되도록 선택된다. 다른 한편으로, 각도 간격은 2개의 인접한 축 그루브 사이의 적어도 하나의 그루브 웹이 충분한 재료 두께를 가지고, 따라서 충분한 강도를 가지도록 선택된다. 각도 간격의 결과로서, 도포되는 코팅을 위한 개선된 접착이 주변 방향으로 보장된다.
청구항 제8항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 축 그루브는 적어도 하나의 그루브 웹으로부터 시작하여, 각각의 축 그루브의 그루브 바닥부 방향으로 테이퍼링하는 단면을 가진다. 여기서, 도포되는 코팅 재료는 그루브 바닥부만큼 멀리 각각의 축 그루브 내로 관통할 수 있음이 보장된다. 더욱이, 테이퍼링 단면의 축 그루브가 예를 들어, 적어도 하나의 그루브 웹의 플라스틱 변형에 의해 용이하게 발생될 수 있다.
청구항 제9항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 적어도 하나의 그루브 웹은 나선형 또는 원주형 구성이고 360°에 걸쳐 주변 방향으로 연장하는 복수의 그루브 웹 와인딩(winding)을 가진다. 직선을 따른 그루브 웹 와인딩에 배향된 축 그루브는 중심 세로 축을 따른 툴의 선형 운동에 의해 간단한 방식으로 발생된다.
청구항 제10항에 따른 방법은 간단한 방식으로 축 그루브의 발생을 보장한다. 축 그루브는 적어도 하나의 변형 롤러(deformation roller)를 가지는 툴이 중심 세로 축을 따른 컴포넌트에 대해 이동된다는 점에서, 적어도 하나의 그루브 웹의 플라스틱 변형에 의해 발생된다. 적어도 하나의 변형 롤러가 원통형 보어 월에 대해 지탱하고, 툴의 선형 운동으로 인해, 중심 세로 축에 횡단하여, 특히 수직으로 이어지는 회전 축에 관하여 회전하여, 접촉 압력으로 인해, 특히 적어도 하나의 그루브 웹에서, 원통형 보어 월의 플라스틱 변형이 실현된다.
청구항 제11항에 따른 방법은 간단한 방식으로 개선된 접착을 보장한다. 툴 메인 바디(main body)에 방사상으로 이동가능한 적어도 하나의 변형 롤러의 결과로서, 원통형 보어 월에 대해 지탱하는 적어도 하나의 변형 롤러의 접촉 압력이 간단한 방식으로 조정된다. 결과적으로, 축 그루브는 조정가능한 그루브 깊이로 발생될 수 있다.
청구항 제12항에 따른 방법은 접착의 개선을 위한 축 그루브의 빠르고 간단한 발생을 보장한다. 컴포넌트에 대한 툴의 제 1 선형 운동의 결과로서, 먼저 축 그루브의 제 1 부분은 특히 적어도 하나의 그루브 웹의 원통형 보어 월의 플라스틱 변형에 의해 발생된다. 적어도 하나의 변형 롤러가 원통형 보어 월로부터 떼어지면, 툴은 피벗 각도(pivot angle)를 통해 피벗된다. 이후에, 제 2 선형 운동에 의해, 축 그루브의 제 2 부분이 발생된다. 피벗팅 및 축 그루브의 후속적인 발생은 특히 축 그루브가 원통형 보어 월의 주변 전체를 따라 발생될 때까지 반복된다. 선형 운동은 회전 운동과 겹쳐질 수 있어, 축 그루브는 중심 세로 축으로 각도 α를 형성한다. 연속적인 선형 운동은 특히 반대 방향을 가진다.
본 발명의 추가 목적은 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트를 제공하는 것이고, 그 컴포넌트는 간단한 방식으로 원통형 보어 월에 도포되는 코팅의 개선된 접착을 가능하게 한다.
이 목적은 청구항 제13항의 피처를 가지는 컴포넌트에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 컴포넌트의 장점은 본 발명에 따른 방법의 이미 설명된 장점에 대응한다. 본 발명에 따른 컴포넌트는 특히, 청구항 제1항 내지 제12항 중 적어도 하나의 피처로 개선될 수 있다. 컴포넌트는 예를 들어, 원통형 크랭크케이스(cylinder crankcase) 또는 원통형 라이너이다.
본 발명의 추가 목적은 툴이 간단한 방식으로 원통형 보어 월에 도포되는 코팅의 개선된 접착을 가능하게 하는, 코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 툴을 제공하는 것이다.
이 목적은 제14항의 피처를 가지는 툴에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 툴에 의해, 축 그루브는 간단한 방식으로 원통형 보어 월에 발생될 수 있다. 발생된 축 그루브는 원통형 보어의 중심 세로 축에 관하여, 주변 방향으로 원통형 보어 월에 도포되는 코팅의 개선된 접착을 가능하게 한다. 툴은 바람직하게는 메인 바디의 중심 세로 축이 원통형 보어의 중심 세로 축에, 특히 동심원으로 병렬로 이어지도록 원통형 보어 내로 삽입된다. 삽입된 상태에서, 적어도 하나의 변형 롤러가 원통형 보어 월에 대해 지탱한다. 중심 세로 축의 방향에서의 툴의 선형 이동의 결과로서, 적어도 하나의 변형 롤러에 의해 축 그루브가 원통형 보어 월의 플라스틱 변형에 의해 발생된다. 본원의 적어도 하나의 변형 롤러는 원통형 보어 월에 대한 접촉 압력을 지탱하고, 선형 운동 때문에, 메인 바디의 중심 세로 축에 가로로 이어지는 관련된 회전 축에 관하여 회전한다. 적어도 하나의 변형 롤러가 메인 바디의 중심 세로 축에 방사상으로 바람직하게 이동가능하기 때문에, 접촉 압력이 조정가능하여, 각각의 축 그루브의 그루브 깊이가 조정가능하다. 바람직하게는, 툴은 그 위에 회전가능하게 툴 메인 바디의 주변 위에 분포되어 배치되는 복수의 변형 롤러를 가진다. 본 발명에 따른 툴은 플라스틱 변형에 의한 원통형 보어 월에 축 그루브의 간단한 발생을 가능하게 한다.
본 발명의 추가적인 피처, 장점 및 상세는 복수의 예시적 실시예의 다음의 설명으로부터 나타난다.
도 1은 제 1 예시적 실시예에 따른, 원통형 보어를 바운딩하는 원통형 보어 월을 가지는 컴포넌트 또는 원통형 피스톤을 가이딩하는 부분 상면도이다.
도 2는 나선형 그루브 및 관련 그루브 웹을 가지고, 가로로 이어지는 축 그루브를 가지는 원통형 보어 월의 사시도를 도시하고, 여기서 원통형 보어 월은 더 양호한 도시를 위해 일 평면에 나타난다.
도 3은 도 2에 따른 원통형 보어 월의 상면도를 도시한다.
도 4는 도 3에서의 단면 선 IV-IV를 따른 원통형 보어 월을 통한 단면을 도시한다.
도 5는 도 3에서의 단면 선 V-V를 따른 원통형 보어 월을 통한 단면을 도시한다.
도 6은 제 2 예시적 실시예에 따른 원통형 보어 월의 사시도를 도시하고, 일 평면에서, 도 2에 따른 원통형 보어 월이 나타난다.
도 7은 원통형 보어 월을 거칠게 하고 축 그루브를 발생시키기 위한 툴의 측면도를 도시한다.
도 8은 도 7에서의 단면 선 VIII-VIII을 따른 툴을 통한 단면을 도시한다.
이하에서, 도 1 내지 5를 참조하여 본 발명의 제 1 예시적 실시예가 설명된다. 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트(1)는 적어도 하나의 원통형 보어(3)가 구성되는 메인 바디(2)를 가진다. 원통형 보어(3)는 중심 세로 축(4)을 가진다. 원통형 보어(3)는 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 원통형 보어 월(5)에 의해 바운딩된다. 컴포넌트(1)는 예를 들어, 원통형 크랭크케이스 또는 내연 기관의 원통형 라이너이다. 컴포넌트(1) 또는 메인 바디(2)는 바람직하게는 특히 알루미늄과 같은 가벼운 금속으로 형성된다.
원통형 보어 월(5)에서 중심 세로 축(4) 주변으로 나선형으로 이어지고 관련된 나선형으로 이어지는 그루브 웹(7)에 의해 바운딩되는 그루브(6)가 구성된다. 원통형 보어 월(5)은 차례로, 중심 세로 축(4)에 수직으로 이어지는 평면(E)에서 이어지는 주변 방향(Φ)을 정의한다. 주변 방향(Φ)에서의 포지션은 각도(φ)를 특징으로 한다. 그루브(6)는 주변 방향(Φ)으로 나사선 각도(β)로 형성되고, 나사선 각도(β)에 대해: 0°<β≤4°, 특히 0.1°≤β≤3°및 특히 0.2°≤β≤2°이다.
그루브(6)는 그루브 바닥부(8) 및 그 측면에 배치되는 그루브 플랭크(groove flank)(9, 10)를 가진다. 그루브 바닥부(8)는 원통형 보어 월(5)에 대해 그루브 깊이(TN)를 정의한다. 그루브 플랭크(9, 10)는 그 사이의 그루브 폭(BN)을 정의한다. 그루브 폭(BN)은 그루브 바닥부(8)의 방향으로 증가하여, 그루브 플랭크(9, 10)는 중심 세로 축(4)을 향해 지시되는 방사 방향(R)으로 도포되는 코팅(S)을 위한 제 1 언더컷(11)을 형성한다. 이것은 도 4에 도시된다. 그루브 플랭크(9, 10)는 동시에 그루브 웹 측벽을 형성한다. 도포되는 코팅(S)은 도 1, 4 및 5에 표시된다.
원통형 보어 월(5)에서, 축 그루브(12)가 더 구성된다. 축 그루브(12)는 그루브(6)에 가로로 이어지고 따라서 그루브 웹(7)에 구성된다. 축 그루브(12)는 특히, 서로 병렬이고 및/또는 그루브(6)에 수직으로 이어진다. 축 그루브(12)는 중심 세로 축(4)으로 각도(α)를 형성하고, -60°≤α≤60°, 특히 -20°≤α≤20°, 및 특히 -10°≤α≤10°이다. 축 그루브(12)는 적어도 하나의 그루브(6)로 각도(γ)를 형성하고, 바람직하게는: 30°≤γ≤150°, 특히 70°≤γ≤110°, 및 특히 80°≤γ≤100°이다.
축 그루브(12)는 각각의 그루브 바닥부(13)의 방향으로 테이퍼링하는 단면을 가지고 웨지-형상 구성이다. 축 그루브(12)는 각각의 그루브 바닥부(13)로부터 시작하여 원통형 보어 월(5)까지 그루브 깊이(TA)를 가진다. 그루브 깊이(TA/TN)의 비에 대해: 0.05≤TA/TN≤2, 특히 0.1≤TA/TN≤1, 및 특히 0.2≤TA/TN≤0.9이다. 추가로, 축 그루브(12)는 각각의 그루브 플랭크(14)를 가진다. 각각의 그루브 플랭크(14) 사이에서, 축 그루브(12)는 각각의 그루브 폭(BA)을 가진다. 최대 그루브 폭(BA/BN)의 비에 대해: 0.05≤BA/BN≤2, 특히 0.2≤BA/BN≤1.5, 및 특히 0.4≤BA/BN≤1이다.
그루브 웹(7)은 주변 방향(Φ)으로 360°에 걸쳐 각각 연장하는 복수의 그루브 웹 와인딩(W)을 가진다. 축 그루브(12)는 그루브 웹 와인딩(W)에서 직선(G)을 따라 구성된다. 그루브 웹(7)은 그루브 웹 폭(BS)을 가진다. 축 그루브(12)는 따라서 그루브 웹 폭(BS) 전체에 걸쳐 연장한다. 축 그루브(12)는 주변 방향(Φ)으로 떨어진 거리에 배치된다. 축 그루브(12)는 원통형 보어 월(5)의 주변 전체에 걸쳐 주변 방향(Φ)으로 특히 분포된다. 축 그루브(12)는 각도 간격(Δφ)을 가지고, 여기서 0.5°≤Δφ≤24°, 특히 0.5°≤Δφ≤15°, 및 특히 0.5°≤Δφ≤2°이다. 바람직하게는, 축 그루브(12)는 직선(G)을 따라 이어지고, 및/또는 주변 방향(Φ)으로 인접한 축 그루브(12)가 서로 병렬로 이어진다.
각각의 축 그루브(12)의 그루브 플랭크(14)는 도포되는 코팅(S)을 위해, 주변 방향(Φ)으로 각각의 제 2 언더컷(15)을 형성한다. 그루브 플랭크(14)는 동시에, 도포되는 코팅(S)에 대해, 주변 방향(Φ)으로 접착을 가능하게 하는 그루브 웹 월을 형성한다. 이것은 도 5에 도시된다.
중심 세로 축(4)에 병렬로 이어지는 축 방향(A)에서, 그루브(6)가 추가로 제 3 언더컷을 형성한다. 제 3 언더컷(16)은 특히 동시에 그루브 웹 측벽인 그루브 플랭크(9, 10)에 의해 형성된다. 이것은 도 5에 도시된다.
이하에, 본 발명의 제 2 예시적 실시예가 도 6을 참조하여 설명된다. 제 1 예시적 실시예에 따른 컴포넌트(1)와 달리, 축 그루브(12) 외의 그루브 웹(7)은 그루브(6) 내로 연장하는 각각의 재료 돌출부(17)를 형성한다. 재료 돌출부(17)는 도포되는 코팅(S)을 위한 각각의 제 4 언더컷(18)을 주변 방향(Φ)으로 형성한다. 본 발명에 따른 컴포넌트(1)의 추가 구조 및 추가 작업 방법은 이전의 예시적 실시예를 참조한다.
이하에, 코팅되는 원통형 보어 월(5)을 거칠게 하기 위한 방법이 설명된다:
원통형 보어 월(5)에서, 나선형으로 이어지는 그루브(6) 및 관련 그루브 웹(7)이 발생된다. 이를 위해, 머시닝 툴이 원통형 보어(3) 내로 삽입되고, 그 툴은 중심 세로 축(4)에 관하여 컴포넌트(1)에 대해 회전하고, 동시에 중심 세로 축(4)을 따라 선형으로 이동된다. 머시닝 툴은 금속-컷팅 머시닝 툴 및/또는 쉐이핑 머시닝 툴로서 구성된다. 그루브(6)는 따라서 원통형 보어 월(5)의 머시닝 및/또는 플라스틱 변형에 의해 발생된다. 그루브(6)는 예를 들어, 프로파일된 컷팅 에지를 가지는 금속-컷팅 머시닝 툴에 의한 머시닝에 의해서만 발생된다. 제 1 언더컷(11)은 특히, 금속-컷팅 머시닝 툴의 프로파일된 컷팅에지에 의해 및/또는 쉐이핑 머시닝 툴에 의해 발생된다. 나사선 각도(β)는 머시닝 툴의 회전 속도 대 선형 속도의 비에 의해 설정된다.
더욱이, 축 그루브(12)가 발생된다. 이를 위해, 이후에 또한 거칠기 툴(roughening tool)로 지칭되는 툴(19)이 원통형 보어(3) 내로 삽입되고, 축 그루브(12)의 발생을 위해, 중심 세로 축(4)을 따라 컴포넌트(1)에 대해 이동된다. 추가로, 거칠기 툴(19)은 중심 세로 축(4)에 관하여 회전될 수 있어서, 축 그루브(12)는 중심 세로 축(4)으로 각도(α)를 형성한다.
축 그루브(12)의 발생은 그루브(6)의 발생 전 또는 후에 실현될 수 있다. 바람직하게는, 축 그루브(12)의 발생은 그루브(6)의 발생 후에 실현된다. 축 그루브(12)의 발생은 머시닝 및/또는 에너지 조사 및/또는 플라스틱 변형에 의해 실현될 수 있다. 바람직하게는, 축 그루브(12)의 발생이 그루브 웹(7)의 플라스틱 변형에 의해 실현된다.
이하에, 원통형 보어 월(5)의 플라스틱 변형에 의해 축 그루브(12)를 발생시키기 위한 거칠기 툴(19) 뿐 아니라, 원통형 보어 월(5)을 거칠게 하기 위한 대응하는 방법이 설명된다. 거칠기 툴(19)은 실질적으로 원통형 툴 메인 바디(20)를 가지고, 머신-측 단에, 머신 툴의 툴 스핀들 내로 클램핑하기 위한 종래의 방식으로 구성된다. 툴 메인 바디(20)는 메인 바디 중심 세로 축(21)을 가지고, 그 축을 따라 구동 로드(actuating rod)(22)가 툴 메인 바디(20) 내에 축방향으로 이동가능한 방식으로 실장된다. 워크피스-측 단에서, 툴 메인 바디(20) 상에, 주변에서, 복수의 변형 롤러(23)가 각각 관련된 회전 축(24)에 관하여 회전가능하게 실장된다. 거칠기 툴(19)은 예를 들어, 4개의 변형 롤러(23)를 가진다. 회전 축(24)은 메인 바디 중심 세로 축(21)에 수직으로 이어진다. 변형 롤러(23)는 메인 바디 중심 세로 축(21)에 방사상으로 구동 로드(22)에 의해 이동가능하다. 이를 위해, 구동 로드(22)는 예를 들어, 원뿔꼴로 구성되어, 메인 바디 중심 세로 축(21)을 따른 구동 로드(22)의 선형 운동이 변형 롤러(23)의 방사 운동을 발생시킨다. 거칠기 툴(19)의 대안적인 실시예는 구동 로드(22) 대신에, 툴 메인 바디(20) 상에 스프링-실장된 변형 롤러(23)를 가지고, 따라서 이들은 메인 바디 중심 축(21)에 방사상으로 이동가능하다. 변형 롤러(23)의 방사 변위(radial displacement)에 의해, 원통형 보어 월(5)에 대한 변형 롤러(23)의 접촉 압력이 설정가능하다.
각각의 변형 롤러(23)는 롤러 메인 바디(25)를 가지고, 그 위에 회전 축(24) 주변으로 이어지는 적어도 하나의 변형 돌출부(26)가 구성된다. 도 8에서, 복수의 변형 돌출부(26)가 예시로서 표현된다. 변형 돌출부(26)가 원통형 보어 월(5) 또는 그루브 웹(7)의 플라스틱 변형을 위해 기능한다. 따라서, 변형 돌출부(26)는 축 그루브(12)의 원하는 단면에 따라 구성된다.
이하에, 거칠기 툴(19)에 의한 축 그루브(12)의 발생이 설명된다.
거칠기 툴(19)이 원통형 보어(3) 내로 삽입된다. 변형 롤러(23)는 원통형 보어 월(5)에 대해 원하는 접촉 압력을 지탱하도록 구동 로드(22) 또는 스프링 디바이스에 의해 방사상으로 이동된다. 거칠기 툴(19)은 중심 세로 축(4)의 방향으로 선형으로 컴포넌트(1)에 대해 이동된다. 추가로, 컴포넌트(1)에 대한 거칠기 툴의 회전 운동은 선형 운동 상에 겹쳐질 수 있다. 변형 롤러(23)의 변형 돌출부(26)에 의해, 원통형 보어 월(5) 또는 그루브 웹(7)이 플라스틱 변형되어, 축 그루브(12)의 제 1 부분이 발생된다. 접촉 압력에 의해, 웨지-형상 축 그루브(12)의 그루브 깊이(TA) 및 그루브 폭(BA)이 설정된다. 축 그루브(12)의 제 1 부분이 발생된다면, 그 후에 거칠기 툴(19)이 원통형 보어 월(5)로부터 분리된다. 이것은 예를 들어, 구동 로드(22)의 변위를 통해, 원통형 보어(3) 또는 변형 롤러(23) 밖에 거칠기 툴(19)이 위치되어, 더 이상 원통형 보어 월(5)에 대해 플라스틱 변형 방식으로 지탱한다는 사실에 의해 실현된다. 이후에, 거칠기 툴(19)이 메인 바디 중심 으로 축(21)에 관하여 피벗팅되어, 더 이상 축 그루브(12)가 발생되지 않는 원통형 보어 월(5)의 구역에 변형 롤러(23)가 배치된다.
다음으로, 축 그루브(12)의 제 2 부분이 발생된다. 이를 위해, 변형 롤러(23)는 구동 로드(22) 또는 스프링 디바이스에 의해 바깥으로 방사상으로 이동되어, 원통형 보어 월(5)에 대해 원하는 접촉 압력으로 지탱한다. 이후에, 거칠기 툴(19)은 중심 세로 축(4)을 따라 선형으로 다시 이동되어, 변형 돌출부(26)가 원통형 보어 월(5)을 플라스틱 변형하고 축 그루브(12)의 제 2 부분을 발생시킨다. 거칠기 툴(19)의 선형 운동은 회전 운동에 의해 다시 한번 겹쳐질 수 있다. 바람직하게는, 축 그루브(12)의 제 1 부분은 제 1 방향으로의 변위에 의해 발생되는 한편, 축 그루브(12)의 제 2 부분이 반대의 제 2 방향으로의 변위에 의해 발생된다. 그루브 웹(7)의 플라스틱 변형을 통해, 메인 바디(2)의 재료는 그루브(6) 내로 이동되어, 재료 돌출부(17)가 획득된다. 거칠기 툴(19)에 의해, 축 그루브(12) 및 재료 돌출부(17)는 따라서 간단한 방식으로 발생될 수 있다.
그 코팅이 표시되는, 후속적으로 도포되는 코팅(S)에 대해, 예시로서, 도 1, 4 및 5에서, 그루브(6) 및 관련 그루브 웹(7)뿐 아니라 축 그루브(12)가 언더컷(11, 15, 16 및 18)을 형성하여, 코팅(S)이 방사 방향(R)으로, 축 방향(A) 및 특히 또한 주변 방향(Φ)으로의 양호한 접착을 가진다. 축 그루브(12) 및 재료 돌출부(17)에 의해, 특히 주변 방향(Φ)으로의 접착이 현저하게 개선되어, 열적으로 유발된 스트레스 크랙 또는 분리가 효과적으로 회피된다. 열적 코팅 및/또는 모터-파워링(motor-powered) 동작의 결과로서, 컴포넌트(1)가 큰 온도 변동을 받는다. 컴포넌트(1)가 낮은 질량을 가지기 때문에, 온도 변동이 특히 나타난다. 더욱이, 컴포넌트(1)는 가벼운 금속으로 이루어지고, 따라서 철-함유 코팅(S)과 비교하여, 열 팽창의 상당히 더 큰 계수를 가진다. 거칠기를 위한 본 발명에 따른 컴포넌트(1)뿐 아니라 본 발명에 따른 방법은 따라서 원통형 보어 월(5)에 도포되는 코팅(S)의 두드러지게 개선된 접착을 가능하게 한다.

Claims (14)

  1. 코팅되는 원통형 보어 월(cylinder bore wall)을 거칠게 하기 위한 방법에 있어서,
    - 원통형 보어(3) 및 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 원통형 보어 월(5)을 가지는 컴포넌트(1)의 제공 단계;
    - 중심 세로 축(4)를 향해 지시되는 방사 방향(R)으로 적어도 하나의 그루브 웹(7)이 도포되는 코팅(S)을 위한 제 1 언더컷(undercut)(11)을 형성하도록, 상기 원통형 보어 월(5)에서의 상기 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 적어도 하나의 그루브(6) 및 적어도 하나의 관련 그루브 웹(7)의 발생 단계; 및
    - 상기 중심 세로 축(4)에 관한 주변 방향(Φ)으로, 적어도 하나의 그루브 웹(7)이 도포되는 코팅(S)을 위한 각각의 제 2 언더컷(15)을 형성하고, 축 그루브(12)의 적어도 하나 외의 적어도 하나의 그루브 웹(7)이 적어도 하나의 그루브(6) 내로 연장하는 적어도 하나의 재료 돌출부(17)를 형성하고, 주변 방향(Φ)으로 도포되는 코팅(S)을 위한 각각의 추가 언더컷(18)을 형성하도록, 상기 원통형 보어 월(5)에서 상기 적어도 하나의 그루브(6)에 가로로 이어지는 축 그루브(12)의 발생 단계를 포함하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브(6)는 그루브 깊이(TN)를 가지고 상기 축 그루브(12)는 그루브 깊이(TA)를 가지며, 여기서 0.05≤TA/TN≤2, 특히 0.1≤TA/TN≤1, 및 특히 0.2≤TA/TN≤0.9인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)은 그루브 웹 폭(BS)을 가지고 상기 축 그루브(12)가 상기 그루브 웹 폭(BS) 전체 위로 연장하는 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브(6)는 그루브 폭(BN)을 가지고 상기 축 그루브(12)는 그루브 폭(BA)을 가지며, 여기서 0.05≤BA/BN≤2, 특히 0.2≤BA/BN≤1.5, 및 특히 0.4≤BA/BN≤1인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축 그루브(12)는 상기 중심 세로 축(4)으로 각도(α)를 형성하고, 여기서 -60°≤α≤60°, 특히 -20°≤α≤20°, 및 특히 -10°≤α≤10°인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브(6)의 발생 단계는 머시닝 단계를 포함하고, 및/또는 상기 적어도 하나의 그루브(6)는 나사선 각(β)을 가지고, 여기서 0°<β≤4°, 특히 0.1°≤β≤3°, 및 특히 0.2°≤β≤2°인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    주변 방향(Φ)으로, 인접한 축 그루브(12)는 각도 간격(Δφ)을 가지고, 여기서 0.5°≤Δφ≤24°, 특히 0.5°≤Δφ≤15°, 및 특히 0.5°≤Δφ≤2°인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축 그루브(12)는 테이퍼링 단면(tapered cross section)을 가지고, 특히, 웨지-형상(wedge-shaped) 구성인 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)은 360°에 걸쳐 주변 방향(Φ)으로 연장하는 복수의 그루브 웹 와인딩(W)을 가지고, 상기 그루브 웹 와인딩(W)에 구성된 상기 축 그루브(12)가 직선(G)을 따라 배향되는 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축 그루브(12)의 발생을 위해, 적어도 하나의 변형 롤러(deformation roller)(23)를 가지는 툴(19)이 상기 중심 세로 축(4)을 따라 이동되고, 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)는 상기 원통형 보어 월(5) 상에, 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)가 상기 원통형 보어 월(5), 특히 축 그루브(12)의 형성을 위한 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)을 플라스틱 변형하도록 상기 중심 세로 축(4)에 가로로 이어지는 회전 축(24)에 관하여 회전하는 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)는 툴 메인 바디(20) 상에 회전가능하게 실장되고 상기 툴 메인 바디(20)에 대해 방사상으로 이동가능한 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축 그루브(12)의 발생 단계는:
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)가 상기 원통형 보어 월(5), 특히 상기 축 그루브(12)의 제 1 부분의 형성을 위한 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)을 플라스틱 변형하도록, 상기 중심 세로 축(4)을 따라 적어도 하나의 변형 롤러(23)를 가지는 툴(19)의 이동 단계;
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)가 상기 원통형 보어 월(5)로부터 분리되는 경우에 상기 툴(19)의 피벗팅(pivoting) 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)가 상기 원통형 보어 월(5), 특히 상기 축 그루브(12)의 제 2 부분의 형성을 위한 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)을 플라스틱 변형하도록 상기 중심 세로 축(4)을 따른 상기 툴(19)의 이동 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법.
  13. 특히 내연 기관(internal combustion engine)의 원통형 피스톤(cylinder piston)을 가이드하기 위한 컴포넌트에 있어서,
    - 메인 바디(2),
    - 상기 메인 바디(2)에 구성되는 적어도 하나의 원통형 보어(3),
    - 상기 적어도 하나의 원통형 보어(3)의 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 원통형 보어 월(5), 및
    - 상기 원통형 보어 월(5)에서 상기 중심 세로 축(4) 주변으로 이어지는 적어도 하나의 그루브(6) 및 상기 중심 세로 축(4)을 향해 지시된 방사 방향(R)으로, 도포되는 코팅(S)을 위한 제 1 언더컷(11)을 형성하는 적어도 하나의 관련 그루브 웹(7)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)에서 상기 적어도 하나의 그루브(6)에 가로로 이어지는 복수의 축 그루브(12)가 구성되고, 상기 축 그루브(12)로 인해, 상기 중심 세로 축(4)에 관한 주변 방향(Φ)으로 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)은 도포되는 코팅(S)을 위한 각각의 제 2 언더컷(15)을 형성하고,
    상기 축 그루브(12) 중 적어도 하나 외의 상기 적어도 하나의 그루브 웹(7)은 상기 적어도 하나의 그루브(6) 내로 연장하는 적어도 하나의 재료 돌출부(17)를 형성하고 상기 주변 방향(Φ)으로 도포되는 상기 코팅(S)을 위한 각각의 추가 언더컷(18)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관의 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트.
  14. 코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 툴에 있어서,
    - 툴 스핀들(tool spindle)에 클램핑하기 위한 툴 메인 바디(20),
    - 상기 툴 메인 바디(20) 상에 회전가능하게 실장되는 적어도 하나의 변형 롤러(deformation roller)(23)를 포함하고,
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)가 상기 툴 메인 바디(20) 상의 주변에 배치되고,
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)의 회전 축(24)은 메인 바디 중심 세로 축(21)에 수직으로 이어지고, 및
    - 상기 적어도 하나의 변형 롤러(23)는 특히, 상기 메인 바디 중심 세로 축(21)에 방사상으로 이동가능한,
    코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 툴.
KR1020187017235A 2015-12-18 2016-12-12 코팅되는 원통형 보어 월을 거칠게 하기 위한 방법 및 툴, 및 원통형 피스톤을 가이드하기 위한 컴포넌트 KR102628220B1 (ko)

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