WO2015192943A1 - Verfahren zum behandeln einer oberfläche - Google Patents

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WO2015192943A1
WO2015192943A1 PCT/EP2015/001083 EP2015001083W WO2015192943A1 WO 2015192943 A1 WO2015192943 A1 WO 2015192943A1 EP 2015001083 W EP2015001083 W EP 2015001083W WO 2015192943 A1 WO2015192943 A1 WO 2015192943A1
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cylinder
plasma spraying
piston
spraying process
cylinder liner
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Philipp Köser
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/11—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/004—Cylinder liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/20—Other cylinders characterised by constructional features providing for lubrication

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a surface of a
  • Machine element and a crankcase as an example of a machine element, in which at least one cylinder is formed with a cylinder bore having a correspondingly treated surface.
  • the invention further relates to a cylinder liner with appropriately treated cylinder surface.
  • crankcase is regularly referred to the engine block of an internal combustion engine.
  • crankcase in addition to the storage of the crankshaft and the cylinders which are formed in this.
  • Cylinders are again the machine elements of the
  • the tribology examines the occurring interfacial effects under stress of a Solid body by contact and movement against a solid, liquid or gaseous counterpart and the resulting tribological damage
  • Surface layer which is, for example. 150 ⁇ thick, takes place.
  • the plasma injection process produces microstructures in the surface layer, in particular microchambers, which represent oil retention volumes.
  • a surface layer of the machine element is processed or treated.
  • a substance herein is a chemical substance, such as a powder.
  • the substance may also be supplied in the form of a wire, typically a metal wire.
  • the processing takes place in such a way that a defined inhomogeneous surface is created.
  • the surface is at least partially reworked after the plasma injection process. This post-processing may include honing and / or fine turning.
  • the presented method is, for example, for at least sectionally editing a
  • the method can also be used for processing at least one section of an inner side of a cylinder liner. It will thus be the surface of the
  • the cylinder liner is processed, which represents the cylinder surface.
  • crankcase for an internal combustion engine with a cylinder with a cylinder bore presented whose surface is processed by a plasma injection process, in particular according to a method described above, such that the
  • Cylinder runway has a defined inhomogeneous surface.
  • the cylinder has a cylinder liner, the inner surface of which represents the surface of the cylinder bore. In this case, the inside and thus the
  • Plasma injection process in particular according to a method discussed above, is processed such that the inside has a defined inhomogeneous surface.
  • the surface of the inside can be honed.
  • a cylinder liner is an insert in a cylinder of an internal combustion engine
  • a reciprocating engine which represents the running surface for the piston.
  • engine blocks are made, for example, of aluminum or cast iron.
  • piston inside the cylinder does not always run directly in the engine block material, since this material does not meet the required tribological requirements in many cases. For this reason, often a cylinder liner is installed.
  • Cylinder liner is drilled in most cases after installation and finely machined.
  • the presented method is used in particular for optimizing a tribological system, i. H. a tribology pairing.
  • a tribology pairing for example, the mating
  • Cylinder liner / piston considered.
  • plasma spraying process or plasma spraying is a thermal spraying method for
  • Coating a metallic workpiece with a firmly adhering coating of plastic, ceramic or metal called.
  • the substance to be applied for example the powdery material to be applied
  • a plasma burner for example a plasma gun
  • a honing or fine turning can be made.
  • honing or honing a process for the fine machining of metallic workpiece surfaces is referred to in manufacturing technology, in which an improvement of the surface quality and the dimensional and dimensional accuracy is achieved by means of fine-grained grinding body.
  • a substance for example a powder
  • a plasma injection process is very flexible, especially in the selection of coating materials.
  • the spray material is a porous layer structure instead.
  • Oil reservoirs on the highly stressed areas of the tread There can be friction,
  • a cylinder run is made with locally different porosities, in the stroke and circumferential direction, to improve the tribological properties of the system.
  • a cylinder in an internal combustion engine is the machine element in which the energy conversion process is carried out.
  • a piston is moved up and down in the cylinder.
  • the inner surface of the cylinder, along which the piston moves, that is, with which the piston is in contact, is referred to as the cylinder surface.
  • the inside of the cylinder, the surface of which represents the cylinder surface, is referred to as the cylinder bore.
  • a plasma injection process with variable process control is presented in which the porosity can be changed locally by process parameters in order to obtain a different number and size of these porosities.
  • Parameters of the process are, for example, the substance or powder or particle temperature, the particle velocity, the spray distance and the rotational speed of the burner or the raceway to be coated.
  • the thickness of the treated surface layer which is usually porous, is about 150 ⁇ in one embodiment.
  • the thickness can vary between 50 and 200 ⁇ . It should be noted that the surface or the surface layer is different in the stroke and circumferential directions. It can thus create a defined inhomogeneous surface or surface layer. This difference affects u. a. the degree of porosity. If microstructures with pores are created by machining, then the number and size of the pores can vary.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an arrangement for carrying out the
  • Figure 2 shows a cylinder bore after a treatment according to the prior
  • FIG. 3 shows a cylinder bore after a treatment according to the one presented
  • FIG. 4 shows surface profiles
  • FIG. 1 shows an embodiment of an arrangement 10 for carrying out an atmospheric plasma spraying process (APS).
  • the illustration also shows a machine element 12, on which a layer 14 is formed by means of the method.
  • the assembly 10 comprises a cathode 16, a generally water-cooled anode 18, an insulation 20, and a powder / wire feed 22.
  • a powder is supplied as the substance. But it can also be a wire or other materials can be supplied.
  • a plasma gas and stream 24 is supplied, and a generated plasma jet 26 is directed to the workpiece 12.
  • titanium oxide or iron oxide may be used as the material for the powder to be supplied. But there are also other materials suitable.
  • Figure 2 shows a cylinder bore 40, the surface 42 on the inside with a
  • Plasma spraying according to the prior art has been treated. It was the
  • FIG. 3 shows another cylinder liner 60 which has been treated in accordance with the method presented and whose surface 62 on the inside is a load-dependent one
  • a first region 64 above top dead center in the first piston ring shows little or no porosity. Below this is a second region 66 with low porosities.
  • a fourth region 70 below the bottom dead center has many or large porosities.
  • the surface 62 of the cylinder bore 60 is inhomogeneous, ie. H. that the number and / or the size of the porosities varies. It can be considered, which piston speeds are present in which areas, d. H. at which speed the piston moves along the
  • Porosity refers to a one-dimensional quantity that represents the ratio of void volume to total volume of a substance.
  • Dead centers uniquely determined by the geometry of crankshaft, connecting rod and piston. It is differentiated between the top dead center (TDC), in which the piston top is close to the cylinder head, and the bottom dead center (UT), in which the piston top is remote from the cylinder head.
  • TDC top dead center
  • UT bottom dead center
  • Top dead center serves as a reference for the crankshaft position. A crankshaft position of 0 degrees usually corresponds to the ignition TDC position. The top dead center thus indicates the highest point that the piston occupies during its up and down movement in the cylinder.
  • Top dead center In an internal combustion engine is the Top dead center when setting the ignition of importance. Top dead center is the phase before the reversal point of the piston.
  • FIG. 4 shows different surface profiles.
  • a first surface profile 150 shows the surface finish of a conventionally honed cylinder liner.
  • a second surface profile 150 shows the surface finish of a conventionally honed cylinder liner.
  • Surface profile 152 shows an ideal surface finish of a cylinder bore, which is at least approximately desired with the presented method.
  • a first double arrow 160 shows the size Rpk
  • a second double arrow 162 the size Rk
  • a third double arrow 164 the size Rvk.
  • the number and / or size of the porosities is adapted to the loads of the cylinder bore and is controlled by the injection process or be.

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche (62) eines Maschinenelements (eine Zylinderlaufbahn eines Zylinders in einem Kurbelgehäuse oder die Innenfläche einer Zylinderlaufbuchse) vorgestellt. Dabei wird eine Substanz auf die Oberfläche (62) mittels eines Plasma-Spritzprozesses zumindest abschnittsweise aufgebracht, wobei der Plasma-Spritzprozess derart gesteuert wird, dass sich eine definierte inhomogene Oberfläche (62) ergibt.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Oberfläche eines
Maschinenelements und ein Kurbelgehäuse als Beispiel eines Maschinenelements, in dem mindestens ein Zylinder ausgebildet ist mit einer Zylinderlaufbahn, die eine entsprechend behandelte Oberfläche aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zylinderlaufbuchse mit entsprechend behandelter Zylinderlauffläche.
Mit Kurbelgehäuse wird regelmäßig der Motorblock eines Verbrennungsmotors bezeichnet. Somit umfasst das Kurbelgehäuse neben der Lagerung der Kurbelwelle auch die Zylinder, die in diesem ausgebildet sind. Zylinder sind wiederum die Maschinenelemente des
Verbrennungsmotors, in denen die Verbrennung stattfindet und die Umwandlung in kinetische Energie, durch Bewegen eines Kolbens, der in dem Zylinder geführt ist, erfolgt. Der Kolben bewegt sich somit entlang einer Zylinderlaufbahn, die durch die Innenseite des Zylinders bzw. durch das Kurbelgehäuse im Bereich des Zylinders gebildet ist. Die Oberfläche der Innenseite stellt die Zylinderlauffläche dar. Dabei kann eine Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden, die einen Einsatz in den Zylinder darstellt und dann die Lauffläche für den Kolben bildet. Die Zylinderlaufbuchse stellt dann die Zylinderlaufbahn dar. Die Innenfläche der Zylinderlaufbuchse ist die Zylinderlauffläche. Bei der Bewegung des Kolbens entlang dessen Lauffläche kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den beiden Maschinenelementen Kolben und Zylinderlaufbahn, insbesondere in Folge von Reibung, die berücksichtigt werden müssen.
Als Tribologie wird die Wissenschaft von gegeneinander bewegten und aufeinander
einwirkenden Oberflächen bezeichnet. Diese beschäftigt sich mit der wissenschaftlichen
Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung sowie der Entwicklung von
Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen, die auch als wechselwirkende
Oberflächen in relativer Bewegung oder tribologisches System bezeichnet werden. Dabei untersucht die Tribologie die auftretenden Grenzflächenwirkungen bei Beanspruchung eines festen Körpers durch Kontakt und Bewegung gegen einen festen, flüssigen oder gasförmigen Widerpart sowie die daraus resultierenden tribologischen Schäden durch
Oberflächenveränderungen und Materialverlust. Als Tribotechnik wird die technische
Anwendung tribologischer Erkenntnisse bezeichnet.
In der Tribotechnik wird versucht, bspw. bei bewegten Maschinenteilen die Reibung und den Verschleiß herabzusetzen. Insbesondere wird versucht, dies durch Maßnahmen bei der
Konstruktion, der Fertigung, dem Betrieb und der Wartung zu erreichen. Ziel dabei ist grundsätzlich die Werterhaltung und insbesondere bei Maschinen die Vermeidung von
Funktionsbeeinträchtigungen und die Verringerung des Energieverbrauchs.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Kurbelgehäuse nach Anspruch 7 und eine Zylinderlaufbuch.se gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Es wird ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Abschnitts einer Oberfläche eines Maschinenelements vorgestellt, bei dem eine Substanz auf die Oberfläche mittels eines Plasma- Spritzprozesses aufgebracht wird, wobei der Plasma-Spritzprozess derart gesteuert wird, dass sich eine definierte inhomogene Oberfläche ergibt. Es ist zu beachten, dass durch die
Bearbeitung eine Beeinflussung der Oberfläche und sogar eine Beeinflussung einer
Oberflächenschicht, die bspw. 150 μιη dick ist, erfolgt. Durch den Plasma-Spritzprozess entstehen in der Oberflächenschicht Mikrostrukturen, insbesondere Mikrokammern, die Ölhaltevolumen darstellen. Es wird somit bei dem Verfahren eine Oberflächenschicht des Maschinenelements bearbeitet bzw. behandelt.
Eine Substanz ist hierin ein chemischer Stoff, wie bspw. ein Pulver. Die Substanz kann auch in Form eines Drahts, typischerweise eines Metalldrahts, zugeführt werden.
Es können dabei Abschnitte oder Bereiche der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche bearbeitet werden. In jedem Fall erfolgt die Bearbeitung derart, dass eine definierte inhomogene Oberfläche entsteht. In einer weiteren Ausführung wird die Oberfläche nach dem Plasma-Spritzprozess zumindest abschnittsweise nachbearbeitet. Diese Nachbearbeitung kann ein Honen und/oder ein Feindrehen umfassen. Das vorgestellte Verfahren wird bspw. zum zumindest abschnittsweisen Bearbeiten einer
Oberfläche bzw. einer Oberflächenschicht einer Zylinderlaufbahn eines Zylinders, der in einem Kurbelgehäuse ausgebildet ist, eingesetzt.
Das Verfahren kann insbesondere auch zum Bearbeiten zumindest eines Abschnitts einer Innenseite einer Zylinderlaufbuchse eingesetzt werden. Es wird somit die Oberfläche der
Innenseite, die hierin auch als Innenfläche bezeichnet wird, der Zylinderlaufbuchse bearbeitet, welche die Zylinderlauffläche darstellt.
Es wird außerdem ein Kurbelgehäuse für einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder mit einer Zylinderlaufbahn vorgestellt, deren Oberfläche mit einem Plasma-Spritzprozess, insbesondere gemäß einem vorstehend beschriebenen Verfahren, derart bearbeitet ist, dass die
Zylinderlaufbahn eine definierte inhomogene Oberfläche aufweist.
In einer Ausgestaltung weist der Zylinder eine Zylinderlaufbuchse auf, deren Innenfläche die Oberfläche der Zylinderlaufbahn darstellt. In diesem Fall ist die Innenseite und damit die
Oberfläche bzw. die Oberflächenschicht der Innenseite zumindest abschnittsweise entsprechend bearbeitet.
Es wird weiterhin eine Zylinderlaufbuchse mit einer Innenseite vorgestellt, die mit einem
Plasma-Spritzprozess, insbesondere gemäß einem vorstehend erörterten Verfahren, derart bearbeitet ist, dass die Innenseite eine definierte inhomogene Oberfläche aufweist.
In einer Ausgestaltung der Zylinderlaufbuchse ist deren Oberfläche an der Innenseite nach dem Plasma-Spritzprozess nachbearbeitet. So kann ein Feindrehprozess durchgeführt werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Oberfläche der Innenseite gehont werden.
Eine Zylinderlaufbuchse ist ein Einsatz in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Hubkolbenmotors, welche die Lauffläche für den Kolben darstellt. Zu beachten ist, dass Motorblöcke bspw. aus Aluminium- oder Eisenguss hergestellt werden. Der Kolben innerhalb des Zylinders läuft aber nicht immer direkt im Motorblockmaterial, da dieses Material die gestellten tribologischen Anforderungen in vielen Fällen nicht erfüllt. Aus diesem Grund wird oftmals eine Zylinderlaufbuchse eingebaut. Die innere Oberfläche der
Zylinderlaufbuchse wird in den meisten Fällen nach dem Einbau nachgebohrt und feinbearbeitet.
Als Werkstoffe für die Zylinderlaufbuchse kommt Gusseisen, Stahl oder eine
Aluminiumlegierung in Betracht.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Optimieren eines tribologischen Systems, d. h. einer Tribologiepaarung. Als Tribologiepaarung wird bspw. die Paarung
Zylinderlaufbuchse/Kolben betrachtet.
Mit Plasma-Spritzprozess bzw. Plasmaspritzen wird ein thermisches Spritzverfahren zum
Beschichten eines metallischen Werkstücks mit einem festhaftenden Überzug aus Kunststoff, Keramik oder Metall bezeichnet. Beim Plasmaspritzen wird die aufzutragende Substanz, bspw. das aufzutragende, pulverförmige Material, mittels eines Fördergases in den Plasmastrahl eines Plasmabrenners, bspw. einer Plasmapistole, eingebracht, erhitzt, geschmolzen und mit hoher Geschwindigkeit auf die Werkstückoberfläche gespritzt. Als Nachbearbeitungsschritt kann bspw. ein Honen oder Feindrehen vorgenommen werden. Als Honen oder Ziehschleifen wird in der Fertigungstechnik ein Verfahren zur Feinbearbeitung von metallischen Werkstückoberflächen bezeichnet, bei dem mittels feinkörniger Schleifkörper eine Verbesserung der Oberflächenqualität sowie der Maß- und Formgenauigkeit erreicht wird.
Während der Bearbeitung findet zwischen Werkstück und Werkzeug eine oszillierende
Bewegung und gleichzeitig eine Drehbewegung statt.
Bei dem vorgestellten Verfahren wird somit eine Substanz, bspw. ein Pulver, durch einen Plasma-Spritzprozess auf die Laufbahn des Kolbens aufgebracht. Dieser Prozess ist sehr flexibel, insbesondere bei der Auswahl der Beschichtungsmaterialien. Durch die Zuführung, wie bspw. Pulverzuführung, des Spritzmaterials findet ein poröser Schichtaufbau statt. Das ggf.
anschließende Honen legt aus dem Schichtaufbau Kammern frei. Es ergibt sich ein sehr glatter Aufbau mit kleinen Mikrokammern als Ölhaltevolumen. Durch die erfindungsgemäße Steuerung des Spritzprozess entstehen Porositäten bzw.
Ölreservoirs an den hochbeanspruchten Bereichen der Lauffläche. Dort kann Reibung,
Verschleiß und Ölverbrauch gesenkt werden. Bei einer Ausführung erfolgt eine Erstellung einer Zylinderlaufbahn mit lokal unterschiedlichen Porositäten, in Hub- und Umfangsrichtung, zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften des Systems. Ein Zylinder ist in einer Brennkraftmaschine das Maschinenelement, in dem der Energieumwandlungsprozess ausgeführt wird. Hierzu wird in dem Zylinder ein Kolben auf- und abbewegt. Die Innenfläche des Zylinders, entlang derer sich der Kolben bewegt, also mit welcher der Kolben in Kontakt steht, wird als Zylinderlauffläche bezeichnet. Die Innenseite des Zylinders, dessen Oberfläche die Zylinderlauffläche darstellt, wird als Zylinderlaufbahn bezeichnet.
Weiterhin wird ein Plasma-Spritzprozess mit variabler Prozesssteuerung vorgestellt, bei der die Porosität lokal durch Prozessparameter geändert werden kann, um eine unterschiedliche Anzahl und Größe dieser Porositäten zu erhalten.
Parameter des Prozesses sind bspw. die Substanz- bzw. Pulver- bzw. Partikeltemperatur, die Partikelgeschwindigkeit, der Spritzabstand und die Rotationsgeschwindigkeit des Brenners oder der zu beschichtenden Laufbahn.
Die Dicke der behandelten Oberflächenschicht, die in der Regel porös ist, beträgt bei einer Ausführung etwa 150 μηι. Die Dicke kann zwischen 50 und 200 μπι variieren. Zu beachten ist, dass die Oberfläche bzw. die Oberflächenschicht in Hub- und Umfangsrichtung unterschiedlich ist. Es kann somit eine definierte inhomogene Oberfläche bzw. Oberflächenschicht entstehen. Diese Unterschiedlichkeit betrifft u. a. den Grad der Porosität. Werden durch die Bearbeitung Mikrostrukturen mit Poren geschaffen, so können die Anzahl und Größe der Poren variieren.
Weitere Vorteile oder Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung der
Ausführungsformen und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens.
Figur 2 zeigt eine Zylinderlaufbahn nach einer Behandlung gemäß dem Stand der
Technik.
Figur 3 zeigt eine Zylinderlaufbahn nach einer Behandlung gemäß dem vorgestellten
Verfahren
Figur 4 zeigt Oberflächenprofile.
Figur 1 zeigt eine Ausführung einer Anordnung 10 zur Durchführung eines atmosphärischen Plasma-Spritzprozesses (APS). Die Darstellung zeigt weiterhin ein Maschinenelement 12, auf dem mittels des Verfahrens eine Schicht 14 gebildet wird.
Die Anordnung 10 umfasst eine Kathode 16, eine üblicherweise wassergekühlte Anode 18, eine Isolation 20 und eine Pulver-/Drahtzufuhr 22. In diesem Fall wird als Substanz ein Pulver zugeführt. Es kann aber auch ein Draht oder es können andere Materialien zugeführt werden. Ein Plasma Gas und Strom 24 wird zugeführt, ein erzeugter Plasmastrahl 26 wird auf das Werkstück 12 gerichtet.
Als Material für das Pulver, welches zugeführt wird, kann bspw. Titanoxid oder Eisenoxid verwendet werden. Es sind aber auch andere Materialien geeignet.
Figur 2 zeigt eine Zylinderlaufbahn 40, deren Oberfläche 42 an der Innenseite mit einem
Plasmaspritzverfahren gemäß dem Stand der Technik behandel wurde. Dabei wurde das
Verfahren derart durchgeführt, dass sich eine gleichmäßige Verteilung und Größe der
Porositäten ergibt. Figur 3 zeigt eine weitere Zylinderlaufbahn 60, die gemäß dem vorgestellten Verfahren behandelt wurde und deren Oberfläche 62 an der Innenseite eine belastungsabhängige
Anordnung von Porositäten in radialer und axialer Richtung zeigt.
Ein erster Bereich 64 oberhalb des oberen Totpunkts beim ersten Kolbenring zeigt keine oder nur geringe Porositäten. Darunter befindet sich ein zweiter Bereich 66 mit geringen Porositäten. Ein dritter Bereich 68 zwischen oberen Totpunkt und unterem Totpunkt, der einen Abschnitt hoher Kolbengeschwindigkeiten darstellt, weist nur wenige bzw. kleine Porositäten auf. Ein vierter Bereich 70 unterhalb des unteren Totpunkts weist viele bzw. große Porositäten auf.
Durch geeignete Einstellung der Prozessparameter wird erreicht, dass die Oberfläche 62 der Zylinderlaufbahn 60 inhomogen ist, d. h. dass die Zahl und/oder die Größe der Porositäten variiert. Dabei kann berücksichtigt werden, welche Kolbengeschwindigkeiten in welchen Bereichen vorliegen, d. h. mit welcher Geschwindigkeit der Kolben sich entlang der
Zylinderlaufbahn 60 bewegt.
Wird der Plasmaspritzprozess somit mit variabler Prozesssteuerung, bei der die Porosität lokal durch Prozessparameter geändert werden kann, durchgeführt, wird eine unterschiedliche Anzahl und/oder Größe der Porositäten erhalten. Mit Porosität wird eine eindimensionale Größe bezeichnet, die das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Stoffes darstellt.
Unter einem Totpunkt ist zu verstehen, dass bei einem Hebelmechanismus die verbindenden Gelenke und die einwirkenden Kraftvektoren auf einer Linie liegen. Bei einem
Verbrennungsmotor werden als Totpunkte die Stellungen der Kurbelwelle bezeichnet, bei denen der Kolben keine Bewegung mehr in axialer Richtung ausführt. Dabei wird die Lage der
Totpunkte durch die Geometrie von Kurbelwelle, Pleuel und Kolben eindeutig bestimmt. Es wird dabei zwischen dem oberen Totpunkt (OT), bei dem die Kolbenoberseite sich nahe am Zylinderkopf befindet, und dem unteren Totpunkt (UT), bei dem die Kolbenoberseite entfernt vom Zylinderkopf ist, unterschieden. Bei Viertaktmotoren unterscheidet man zusätzlich zwischen dem Ladungswechsel-OT und dem Zünd-OT. Der obere Totpunkt dient als Referenz für die Kurbelwellenlage. Eine Kurbelwellenlage von 0 Grad entspricht in der Regel der Stellung Zünd-OT. Der obere Totpunkt bezeichnet somit den höchsten Punkt, den der Kolben während seiner Auf- und Abbewegung im Zylinder einnimmt. Bei einem Verbrennungsmotor ist der obere Totpunkt beim Einstellen der Zündung von Bedeutung. Der obere Totpunkt ist die Phase vor dem Umkehrpunkt des Kolbens.
Figur 4 zeigt unterschiedliche Oberflächenprofile. Ein erstes Oberflächenprofil 150 zeigt die Oberflächenbeschaffenheit einer herkömmlich gehonten Zylinderlaufbahn. Ein zweites
Oberflächenprofil 152 zeigt eine ideale Oberflächenbeschaffenheit einer Zylinderlaufbahn, die mit dem vorgestellten Verfahren zumindest näherungsweise angestrebt wird.
Bei dem ersten Oberflächenprofil zeigt ein erster Doppelpfeil 160 die Größe Rpk, ein zweiter Doppelpfeil 162 die Größe Rk und ein dritter Doppelpfeil 164 die Größe Rvk. Es gilt:
Rpk = 0,2 - 0,8 μπι (1)
Rk 0,5 - 1,5 μιτι (2)
Rvk = 1,0 - 3,5 μτ (3)
Bei dem zweiten Oberflächenprofil 152 gilt:
Rpk -> 0
Rk -> 0
Rvk nach Anforderung
Zu beachten ist, dass bei dem vorgestellten Verfahren die Anzahl und/oder Größe der Porositäten an die Belastungen der Zylinderlaufbahn angepasst und durch den Spritzprozess gesteuert wird bzw. werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche (62) eines Maschinenelements (12), bei dem eine Substanz auf die Oberfläche (62) mittels eines Plasma-Spritzprozesses zumindest abschnittsweise aufgebracht wird, wobei der Plasma-Spritzprozess derart gesteuert wird, dass sich eine definierte inhomogene Oberfläche (62) ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche (62) nach dem Plasma-Spritzprozess zumindest abschnittsweise nachbearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Oberfläche (62) im Rahmen der Nachbearbeitung gehont wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Oberfläche (62) im Rahmen der Nachbearbeitung feingedreht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das zum Bearbeiten zumindest eines Abschnitts einer Oberfläche (62) einer Zylinderlaufbahn (60) eines Zylinders eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, das zum Bearbeiten zumindest eines Abschnitts einer Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse eingesetzt wird.
7. Kurbelgehäuse für eine Brennkraftmaschine, in dem mindestens ein Zylinder mit einer Zylinderlaufbahn (60) vorgesehen ist, deren Oberfläche (62) mit einem Plasma-Spritzprozess, insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zumindest abschnittsweise derart bearbeitet ist, dass die Zylinderlaufbahn (60) eine definierte inhomogene Oberfläche (62) aufweist.
8. Kurbelgehäuse nach Anspruch 7 mit einer Zylinderlaufbuchse, deren Innenfläche die Oberfläche der Zylinderlaufbahn (60) darstellt.
9. Zylinderlaufbuchse mit einer Innenseite, die mit einem Plasma-Spritzprozess, insbesondere einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zumindest abschnittsweise derart bearbeitet ist, dass die Innenseite eine definierte inhomogene Oberfläche (62) aufweist.
10. Zylinderlaufbuchse nach Anspruch 9, deren Oberfläche (62) an der Innenseite nach dem Plasma-Spritzprozess zumindest abschnittsweise nachbearbeitet ist.
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