DE102011078591A1

DE102011078591A1 - Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats

Info

Publication number: DE102011078591A1
Application number: DE201110078591
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg Maier; Adam Nagorka; Anto Tadic
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats, mit folgenden Schritten: – Aufbringen der Beschichtung auf einen ersten und einen zweiten Teilbereich des Substrats in einem thermischen Spritzverfahren, – Bearbeiten der Beschichtung in dem zweiten Teilbereich durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl, wobei die Beschichtung durch das Besprühen abgetragen und das Substrat in dem zweiten Teilbereich wieder freigelegt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Aus der DE 10 2009 051 262 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer thermisch gespritzten Zylinderlaufbahn für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei auf eine Innenseite eines Zylinders durch ein thermisches Spritzverfahren eine Beschichtung aufgebracht wird. Die Beschichtung wird durch ein spanendes Verfahren und danach durch einen Hochdruckwasserstrahl mit einem Druck von bis zu 1.000 bar bearbeitet.
Durch thermisches Spritzen aufgebrachte Zylinderlaufflächenbeschichtungen sind extrem hart. Eine spanende (Nach-)Bearbeitung eines beschichteten Kurbelgehäusebereichs ist daher mit sehr hohem Werkzeugverschleiß verbunden. Nichtsdestotrotz müssen bestimmte Bereiche eines Kurbelgehäuses nach dem Beschichten der Zylinderlaufflächen spanend bearbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest teilweise beschichteten Substrats, insbesondere einer Innenfläche eines Zylinders eines Kurbelgehäuses, anzugeben, das in spanend zu bearbeitenden Bereichen frei von Beschichtungsmaterial ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen „Substrats”. Bei dem „Substrat” kann es sich z. B. um eine Innenfläche einer Zylinderwand eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors handeln. Dementsprechend kann es sich um ein Substrat aus Aluminium, aus aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer anderen Leichtmetalllegierung handeln.
Zunächst wird auf einen ersten und einen zweiten Teilbereich des Substrats eine Beschichtung in einem thermischen Spritzverfahren aufgebracht. Bei dem thermischen Spritzverfahren kann es sich beispielsweise um „Lichtbogendrahtspritzen” handeln. „Lichtbogendrahtspritzen” ist ein dem Fachmann geläufiges Verfahren und braucht daher nicht näher erläutert werden. Der ”zweite Teilbereich” des Substrats ist ein Bereich, der anschließend spanend (nach-)bearbeitet werden muss. Vor einer spanenden Bearbeitung wird der zweite Teilbereich durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl, z. B. einem Hochdruckwasserstrahl, bearbeitet.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die in dem zweiten Teilbereich aufgebrachte Beschichtung durch Besprühen mit dem Hochdruckfluidstrahl abgetragen wird, so dass das darunter befindliche Substrat wieder freigelegt wird. Auf diese Weise kann das den zweiten Teilbereich bildende Substrat mit vergleichsweise geringem Werkzeugverschleiß spanend bearbeitet werden.
Theoretisch könnte der Beschichtungsvorgang zwar auf den ersten Teilbereich beschränkt werden. Dies würde voraussetzen, dass der zweite Teilbereich in geeigneter Weise „maskiert” wird, um sicherzustellen, dass dort kein Beschichtungsmaterial auftrifft. Versuche haben gezeigt, dass ein „Aussparen” eines zweiten Teilbereichs mit erheblichen Problemen verbunden ist. Günstiger ist es, zunächst beide Teilbereiche zu beschichten und anschließen das auf den zweiten Teilbereich aufgebrachte Beschichtungsmaterial wieder abzutragen.
Sofern es sich bei dem Substrat um eine Zylinderwand eines Zylinders eines Kurbelgehäuses handelt, kann der zweite Teilbereich durch einen kurbelwellenseitigen Endabschnitt des Zylinders gebildet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird während des Aufbringens der Beschichtung auf den ersten und den zweiten Teilbereich der Zylinderwand des Zylinders der ”darunter befindliche” Bereich des Kurbelwellengehäuses mittels eines Absaugrohrs oder eines Absaugschlauchs geschützt. Hierzu ist zwischen dem zweiten Teilbereich und dem unteren Bereich des Kurbelgehäuses, in dem später die Kurbelwelle eingebaut wird, ein sich in Richtung der Mittellängsachse des Zylinders nach innen ragender Steg vorgesehen. Der Steg wird beim Gießen des Kurbelgehäuses erzeugt. Er dient als ”Anlage” für das Absaugrohr. Das Absaugrohr wird von der Stegunterseite, d. h. von derjenigen Seite des Stegs, auf der später die Kurbelwelle eingebaut wird, an den Steg angesetzt. Das Absaugrohr überdeckt dabei den Zylinder. Anschließend wird in dem Absaugrohr ein Unterdruck erzeugt. Dadurch werden überschüssige Beschichtungsmaterialpartikel nach unten abgesaugt und verhindert, dass diese sich im Bereich der Kurbelwelle an der Innenseite des Kurbelgehäuse niederschlagen können. Ohne eine derartige Absaugung müsste das Kurbelgehäuses im Bereich unterhalb der Zylinder aufwändigst gereinigt, d. h. von Beschichtungsmaterialpartikeln befreit werden, was äußerst kostenintensiv wäre.
Der Steg wird lediglich als Anlage für das Absaugrohr benötigt und muss nach dem Beschichten der Zylinderlauffläche entfernt werden. Da der Steg zumindest teilweise mit Beschichtungsmaterial überzogen ist, wäre ein Entfernen des Stegs durch spanende Bearbeitung mit einem extrem hohen Werkzeugverschleiß und mit entsprechend hohen Werkzeugkosten verbunden.
Aus diesem Grund wird, wie oben bereits erwähnt, der zweite Teilbereich und gegebenenfalls auch der Steg durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl von der Beschichtung befreit. Anders ausgedrückt, wird die Beschichtung im Bereich des zweiten Teilbereichs und gegebenenfalls des Stegs durch Besprühen mit dem Hochdruckfluidstrahl vollständig oder nahezu vollständig abgetragen. Anschließend kann der Steg mit geringem Werkzeugverschleiß durch spanende Bearbeitung entfernt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der zweite Teilbereich spanend nachbearbeitet, wobei in Bezug auf die Radialrichtung des Zylinders ein Materialabtrag stattfindet. Mit der Nachbearbeitung wird ein sogenannter Honfreigang, d. h. eine ringartige Aussparung, erzeugt. Nach Erzeugen des Honfreigangs kann die auf den ersten Teilbereich aufgebrachte Beschichtung gehont werden. Der Honfreigang wird benötigt, so dass das Honwerkzeug sauber „auslaufen” kann.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Einen Querschnitt eines Zylinders eines nachzubearbeitenden Kurbelgehäuses für einen Verbrennungsmotor;
2 den Zylinder der 1 nach vollendeter Nachbearbeitung.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Zylinder 1 eines Kurbelgehäuses 2 für einen Verbrennungsmotor. Der Zylinder 1 weist eine Zylinderwandung 3 auf. Auf eine Oberseite 4 des Kurbelgehäuses 2 wird später ein Zylinderkopf (nicht dargestellt) aufgeschraubt.
Der Zylinder 1 weist eine Mittellängsachse 5 auf. In Richtung seiner Mittellängsachse 5 betrachtet kann er in einen ersten bzw. oberen Teilbereich 6 und einen zweiten, sich daran anschließenden unteren oder zweiten Teilbereich 7 unterteilt werden. Der obere Teilbereich 6 ist der Oberseite 4 des Kurbelgehäuses 2, d. h. dem dort später zu montierenden Zylinderkopf zugewandt. Der untere Teilbereich 7 ist einem unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 zugewandt, in dem später eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) eingebaut wird.
Zwischen dem unteren Teilbereich 7 und dem unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 ist ein radial nach innen zur Mittellängsachse 5 hin abstehender Steg 9 vorgesehen. Der Steg 9 wird beim Gießen des Kurbelgehäuses 2 hergestellt.
Nach dem Gießen des Kurbelgehäuses 2 wird eine Innenseite 10 des Zylinders aufgeraut. Das Aufrauen kann beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Hochdruckfluidstrahl oder mittels eines Profilierungswerkzeugs erfolgen.
Nach dem Aufrauen der Innenfläche 10 wird auf diese mittels eines thermischen Spritzverfahrens (z. B. Lichtbogendrahtspritzen) eine Beschichtung aufgebracht. Die Beschichtung wird aus Qualitätssicherungsgründen auf der gesamten Länge des Zylinders 1, d. h. auf den Teilbereichen 6 und 7 aufgebracht. Dabei wird zumindest auch ein Teil des Stegs 9 mit Beschichtungsmaterial überzogen.
Um zu verhindern, dass überschüssiges Beschichtungsmaterial in den unteren Bereich 8 des Kurbelgehäuses 2 gelangt und sich dort auf der Innenwandung des Kurbelgehäuses 2 niederschlägt, wird während des Beschichtungsvorgangs ein Absaugrohr 11 von unten her an den Steg angesetzt. Über das Absaugrohr 11 wird überschüssiges Beschichtungsmaterial abgesaugt.
Nach dem Beschichten der Innenfläche 10 des Zylinders 1 muss der Steg 9 entfernt und in dem unteren Bereich 7 ein Honfreigang für eine spätere Honbearbeitung des ersten Bereichs 6 erzeugt werden.
Hierzu wird zunächst der untere Bereich 7 durch Bestrahlen mit einem Hochdruckfluidstrahl bearbeitet. „Bearbeiten” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die in dem Bereich 7 aufgebrachte Beschichtung vollständig oder nahezu vollständig abgetragen wird, so dass das darunter liegende Substrat, d. h. die Zylinderwand 3, wieder freigelegt wird. Dieser durch Hochdruckfluidstrahlen zu bearbeitende Bereich ist in 2 durch eine Schraffur 12 gekennzeichnet. Der Bereich 12 umfasst auch den Steg 9.
Nachdem die Beschichtung in dem Bereich 7 und im Bereich des Stegs 9 entfernt wurde, kann der Steg 9 durch spanende Bearbeitung entfernt werden. Dies kann in einem Bearbeitungszentrum erfolgen. Im selben Bearbeitungszentrum oder mittels eines anderen Werkzeugs kann im Bereich 7 in radialer Richtung Material abgetragen werden, wodurch ein Honfreigang bzw. eine Aussparung 13 erzeugt wird. Anschließend kann die Innenfläche 10 im Bereich 6 mittels eines Honwerkzeugs gehont werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009051262 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines bereichsweise mit einer Beschichtung versehenen Substrats (3), mit folgenden Schritten: – Aufbringen der Beschichtung auf einen ersten und einen zweiten Teilbereich (6, 7) des Substrats (3) in einem thermischen Spritzverfahren, – Bearbeiten der Beschichtung in dem zweiten Teilbereich (7) durch Besprühen mit einem Hochdruckfluidstrahl, wobei die Beschichtung durch das Besprühen abgetragen und das Substrat (3) in dem zweiten Teilbereich (7) wieder freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat (3) um eine Zylinderwand eines Zylinders (1) eines nachzubearbeitenden Kurbelgehäuses (2) für einen Verbrennungsmotor handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (7) ein kurbelwellenseitiger Endabschnitt des Zylinders (1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Teilbereich (7) und einem Bereich (8) des Kurbelgehäuses (2), in dem später eine Kurbelwelle eingebaut wird, ein in Bezug auf eine Längsachse (5) des Zylinders (1) radial nach innen ragender Steg (9) vorgesehen ist, wobei während des thermischen Spritzens an den Steg (9) ein Absaugrohr (11) angesetzt wird, über das überschüssiges Beschichtungsmaterial aus dem Zylinder (1) abgesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (9) nach dem Abtragen der auf dem zweiten Teilbereich (7) befindlichen Beschichtung durch eine spanende Bearbeitung entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilbereich (7) nach dem Entfernen des Stegs (9) spanend bearbeitet wird, wobei ein Hohnfreigang (13) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erzeugen des Honfreigangs (13) die auf den ersten Teilbereich (6) aufgebrachte Beschichtung gehont wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung gegossen worden ist.