DE3636853C2

DE3636853C2 -

Info

Publication number: DE3636853C2
Application number: DE3636853A
Authority: DE
Inventors: Koji Hiroshima Jp Yagii
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-10-30
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1990-04-12
Also published as: DE3636853A1; US4758139A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Seitengehäuses für einen Drehkolbenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Verbindung mit einem derartigen, vorbeschriebenen Verfahren (US-PS 31 55 313) wird erläutert, wie eine Schicht aus einem härteren Material als die Aluminiumlegierung auf die innere Oberfläche der Umfangswand des eigentlichen Motorgehäuses aufgebracht wird. Hierbei wird als vorausgehend und verbesserungswürdig ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine relativ dicke Chromschicht als einzige Lage aufgetragen wird. Als Nachteile werden hierzu angegeben, daß Chrom sehr kostspielig sei und eine solche Chromschicht nach dem Aufbringen ein Schleifen erfordere. Demgegenüber wird in der vorgenannten US-Patentschrift vorgeschlagen, zuerst eine Zwischenschicht aus einem Material mit einer relativ größeren Härte als die Aluminiumlegierung auf die innere Oberfläche durch Flammspritzen aufzutragen und nachfolgend auf diese Zwischenschicht eine relativ dünne Schicht aus Chrom oder einer Chromlegierung oder anderen Metallen mit hoher Abriebfestigkeit aufzubringen. Hierdurch soll der Kostenaufwand für Chrom herabgesetzt und der Aufwand für das Schleifen vermindert werden. Zu diesem Verfahren ist dann noch erwähnt, daß es ebenfalls auf die innere Oberfläche eines Seitengehäuses angewendet werden kann.

Der Kostenaufwand für eine relativ dicke Chromschicht kann zwar durch die Verbindung mit einer Zwischenschicht mit einer dünnen Chromschicht vermindert werden, jedoch auf Kosten des Erfordernisses von zwei getrennten aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen für das Aufbringen der Zwischenschicht und das nachfolgende Aufbringen der inneren Schicht. In den meisten Fällen ist es auch bei der Kombination einer Zwischenschicht mit einer dünnen inneren Schicht erforderlich oder zumindest sinnvoll, die innere Oberfläche einer geeigneten Schleifbehandlung zu unterziehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß es ohne das Erfordernis einer zusätzlichen Zwischenschicht kostengünstiger ausgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Gattungsmerkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zwar ist es dem Metallurgen grundsätzlich bekannt ("Metals Handbook", 8th Ed., Vol. 2, American Society for Metals, 1964, S. 620-621), daß die Abriebfestigkeit durch Hartanodisierung bei Anwendungen, die auch drehende Teile umfassen, erhöht werden kann. Jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß ein Anodisieren der inneren Oberfläche eines Seitengehäuses für einen Drehkolbenmotor den Anforderungen an Standfestigkeit und Verschleißarmut der Dichtungsteile allein nicht genügt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine Einsparung an kostenträchtigem Material durch dessen Einschränkung auf die eigentlichen Gleitbereiche in Verbindung mit einem einfachen Behandlungsvorgang in Form der Anodisierung des Aluminiumlegierungsrohlings ermöglicht, während für das nachfolgende Schleifen unverändert eine gleichzeitige Schleifbehandlung der gesamten inneren Oberfläche möglich bleibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben; in diesen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Seitengehäuses mit einem Rotorgleitteil gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Drehkolbenmotors gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Seitengehäuses einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Seitengehäuses einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Drehkolbenmotor veranschaulicht, bei welchem die Erfindung angewendet werden kann. Der Motor umfaßt ein Seitengehäuse 1, welches mit einem Loch bzw. einer Ausnehmung 2 vorgesehen ist, durch welches die Drehwelle des Motors eingesetzt wird, und ein Motorgehäuse 3, wobei die Gehäuse 1 und 3 eine Rotorkammer 5 zur Aufnahme eines Rotors 4 darin umgrenzen. Das Seitengehäuse 1 ist mit einer Gleitfläche 6 für den Rotor 4 in dem Umfangsteil des Loches bzw. der Ausnehmung 2 ausgebildet. Seitliche Dichtungsglieder, die auf dem Rotor 4 angebracht sind, werden in Reibungskontaktbeziehung mit der Gleitfläche 6 in Eingriff gebracht. Das Seitengehäuse ist weiterhin mit einer seitlichen Ansaugöffnung 7 in der Gleitfläche 6 ausgebildet. Das Seitengehäuse 1 ist mit einer Berührungsfläche bzw. Eingriffsfläche 8 außerhalb der Gleitfläche 6 vorgesehen, durch die das Seitengehäuse 1 mit dem Rotorgehäuse 3 verbunden wird. In der Eingriffsfläche 8 sind Wassermäntel 9, Löcher 10 zum Einsetzen von Spannbolzen und Löcher 11 zum Einsetzen von Positionierbolzen vorgesehen. Das Rotorgehäuse 3 ist mit einer Ausstoßöffnung 12 vorgesehen. Zündkerzen 13 und 14 können in das Rotorgehäuse 3 eingesetzt werden.

Es wird jetzt das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist ein gegossener Rohling für das Seitengehäuse 1 aus einer Aluminiumlegierung mit 8,0-10,0% Si, 0,4-0,8% Mn und jeweils nicht mehr als 0,2% Cu, als 0,2% Zn und als 0,5% Fe sowie im übrigen Al hergestellt worden. Der Rohling ist auf eine Temperatur von 520°C aufgeheizt und dort für 5 Stunden gehalten, durch Anwendung von Wasser gehärtet, danach bei 180°C für 6 Stunden getempert bzw. vergütet und mit Luft gekühlt worden. Ein Anodisierungsprozeß ist auf die Bereiche der Gleitfläche 6 und der Eingriffsfläche 8 angewendet worden, um darauf eine anodisierte Aluminiumschicht mit einer Dicke von 80 Mikron zu bilden. Weiterhin ist eine Abtragbehandlung auf den Bereich der Gleitfläche 6 angewendet worden, um eine Ausnehmung mit einer Tiefe von 200 Mikron zu bilden. Danach ist ein Entfetten und wiederum ein Sandbestrahlen auf den Bereich der Gleitfläche 6 angewendet worden. Weiterhin wurde Cr₃C₂-25NiC_r auf die Gleitfläche 6 flammgespritzt, um eine gespritzte Schicht mit einer Dicke von 250 Mikron zu formen, indem eine Plasma-Flammspritz-Einrichtung verwendet wurde. Eine grobe und feine Oberflächenbehandlung wurden auf das Seitengehäuse 1 angewendet, in dem zwei Arten von Diamant-Schleifsteinen verwendet wurden, um eine Flammspritzschicht von 150 Mikron Dicke zu bilden. Die Oberflächenbehandlung wurde ebenfalls auf die Eingriffsfläche 8 angewendet, um 60 Mikron Dicke abzutragen, um dasselbe Niveau wie die Gleitfläche 6 zu erhalten.

Bei der Flächenbehandlung traten keine Probleme wie ein Festfressen der Diamant-Schleifsteine, Kratzer in der Grundfläche auf. Nach der Oberflächenbehandlung haben die Gleitfläche 6 und die Eingriffsfläche 8 eine Rauhigkeit Ra von 0,5 bzw. 0,3.

Nachfolgend wurde ein Fluorkunststoff auf den Öl-Dichtungs-Gleitteil aufgebracht, während der andere Teil der inneren Oberfläche des Seitengehäuses 1 abgedeckt war. In Fig. 4 ist der Öl-Abdichtungs-Gleitteil durch Linie b und Linie c begrenzt gezeigt, wo das Öldichtglied des Rotors 4 in Eingriff mit dem Seitengehäuse 1 gebracht wird. Die Linie a zeigt das innere Ende eines Bereiches, wo das seitliche Dichtglied des Rotors in Eingriff mit dem Seitengehäuse 1 gebracht wird. Bei dem Beschichtungsprozeß wurde der Fluorkunststoff so angewendet, daß er in Krater, die durch den Flammspritzprozeß gebildet worden sind, eingetaucht wurde. Überschüssiges Beschichtungsmaterial wurde von der Oberfläche abgewischt. Danach wurde das Lösungsmittel des Materials bei 80°C über 20 Stunden verflüchtigt. Das Material wurde bei 160°C für 30 Stunden zur Bildung der Beschichtungslage gebrannt.

Jetzt wird das Ausführungsbeispiel 2 beschrieben. Es ist ein gegossener Rohling aus einer Aluminiumlegierung für ein Seitengehäuse mit der im letzten Absatz auf Seite 4 angegebenen Legierung hergestellt worden, der auf 525°C aufgeheizt und dort 10 Stunden gehalten, dann mit Wasser gekühlt und auf 170°C für 9 Stunden gehalten und nachfolgend mit Luft abgekühlt worden ist. Nachfolgend wurde der Rohling auf dem Bereich der Gleitfläche 6 abgetragen, wie es in Fig. 3 mittels eines gestrichelten Teils gezeigt ist, um eine Aussparung von 200 Mikron Tiefe zu bilden. Ein Flammspritzprozeß wurde auf den Grundteil angewendet, in dem dasselbe Material wie in Beispiel 1 verwendet wurde, um eine flammgespritzte Lage von 250 Mikron Dicke zu formen. Nachdem der Bereich, in dem die flammgespritzte Lage geformt worden war, maskiert bzw. abgedeckt worden war, wurde ein Anodisierungsprozeß auf einen Bereich außerhalb der Gleitfläche 6, d. h. auf die Eingriffsfläche 8 angewendet, um eine anodisierte Aluminiumschicht von 150 Mikron zu bilden. Danach wurden dieselben Prozesse wie im Ausführungsbeispiel 1 angewendet. Bei der Oberflächenbehandlung trat kein Problem auf, um eine gute Beschaffenheit der Oberfläche ebenso wie in Beispiel 1 zu erhalten.

Es wird das Ausführungsbeispiel 3 beschrieben. Ein Seitengehäuse wurde gemäß derselben Weise wie in Beispiel 1 produziert mit der Ausnahme, daß Al₂O₃ als das Flammspritzmaterial verwendet wurde. Bei der Oberflächenbehandlung traten keine Probleme auf.

Es wird das Vergleichsbeispiel 1 beschrieben.

Ein gegossener Rohling aus einer Aluminiumlegierung, wie er im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben worden ist, wurde auf dem Bereich der Gleitfläche 6 abgetragen, um eine Aussparung von 200 Mikron Tiefe zu formen. Dann wurde eine Flammspritzschicht auf dem abgetragenen Teil gebildet. Danach wurde ein Flächenbehandlungsprozeß (im Beispiel 1 als Grob- und Feinbehandlung beschrieben) auf den Seitengehäuse-Rohling angewendet, um eine flache Oberfläche über die gesamte innere Oberfläche des Seitengehäuses zu formen. Bei dem Oberflächenbehandlungsvorgang trat ein Festfreßproblem des Diamant-Schleifsteins und ein Festfressen des Aluminiumpulvers auf. Weiterhin wurden viele Kratzer auf der behandelten Oberfläche erzeugt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden eine Beschichtungslage auf der Öldichtungsgleitfläche gebildet.

Es folgt das Vergleichsbeispiel 2.

Ein Seitengehäuse wurde in der gleichen Weise wie beim Vergleichsbeispiel 1 mit der Ausnahme des Materials für den Flammspritzprozeß hergestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde Al₂O₃ anstelle von Cr₃C₂-25NiCr benutzt. Es trat dasselbe Problem wie beim Vergleichsbeispiel 1 auf.

In bezug auf die Motoren, die durch Verwendung des Seitengehäuses gemäß dem Beispiel 1, 3 und dem Vergleichsbeispiel 1, 2 hergestellt worden sind, wurde die Menge des Ölverbrauchs gemessen.

Die Testbedingungen waren folgende:

Motor:
Typ 13B mit Turbovorverdichter, 200 PS

Betriebsbedingungen:
1 Testzyklus umfaßt einen Betrieb mit 1500 UpM, keine Belastung, 20 Sekunden und einen Betrieb bei 7000 UpM, volle Belastung, 1,25 Minuten. Der Zyklus wurde für jeden Motor 6000mal wiederholt.

Material des Seitendichtgliedes:
Fe-3%C, kalandriertes Material aus gesinterter Legierung.

Verhältnis des Schmieröls zwischen einem direkten Öl, welches der Verbrennungskammer zugeführt wird, und einem getrennten Öl, welches mit der Ansaugluft vermischt wird:
50 : 50.

Das Testergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Seitengehäuses (1) für einen Drehkolbenmotor aus einem Aluminiumlegierungsrohling, auf dessen innere Oberfläche (6, 8) eine Schicht aus einem harten Material aufgebracht wird, die nachfolgend geschliffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die mit den Öldichtungsgliedern des Rotors (4) in Reibberührung kommenden Gleitflächen (6) der inneren Oberfläche mit einer Schicht aus einem harten Material durch Flammspritzen versehen werden und daß zumindest die außerhalb der Gleitflächen (6) verbleibenden Teile (8) der inneren Oberfläche spätestens vor dem Schleifen anodisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche zuerst insgesamt (6, 8) anodisiert, dann die anodisierte Schicht in den Gleitflächen (6) unter Bildung einer Aussparung abgetragen und dort anschließend die flammgespritzte Schicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Gleitflächen (6) eine Aussparung in der inneren Oberfläche gebildet, dann die flammgespritzte Schicht aufgebracht und die innere Oberfläche außerhalb der Gleitflächen (6) anodisiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung durch Sandstrahlen hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material ein Keramikmaterial ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikmaterial ein Material verwendet wird, das auf einer Al₂O₃-, CrC₂-NiCr-, Cr₂O₃- oder WC-Co-Verbindung basiert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material Mo ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material Fe einschließlich C mit 0,8 Gew.-% ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschleifen mit einem Diamant-Schleifstein erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den mit den Öldichtungsgliedern des Rotors (4) in Reibberührung kommenden Gleitabschnitten (zwischen den Linien b+c in Fig. 4) der Gleitfläche (6) eine Glättungsschicht aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Fluorkunststoff für die Bildung der Glättungsschicht benutzt wird.