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EP1350862A1 - Process and apparatus for thermally coating a surface - Google Patents

Process and apparatus for thermally coating a surface Download PDF

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Publication number
EP1350862A1
EP1350862A1 EP03405150A EP03405150A EP1350862A1 EP 1350862 A1 EP1350862 A1 EP 1350862A1 EP 03405150 A EP03405150 A EP 03405150A EP 03405150 A EP03405150 A EP 03405150A EP 1350862 A1 EP1350862 A1 EP 1350862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
workpiece
cylinder
transport system
coated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP03405150A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ralph Herber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Metco AG
Original Assignee
Sulzer Metco AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer Metco AG filed Critical Sulzer Metco AG
Priority to EP03405150A priority Critical patent/EP1350862A1/en
Publication of EP1350862A1 publication Critical patent/EP1350862A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16Wires; Tubes

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for thermal Coating a surface of a workpiece and using a such a device or such a method for coating Inner surfaces, in particular cylinder running surfaces in cylinder bores Cylinder crankcase.
  • a device for thermal coating is therefore in accordance with the invention proposed a surface of a workpiece with a torch Generating a coating jet, with the burner in one Processing station is arranged so that the coating jet in the extends essentially perpendicular to the perpendicular direction, as well as with adjusting means, which align the workpiece so that the surface to be coated perpendicular to the coating jet during the coating process stands.
  • the adjustment means comprise one Adjustment device with which the transport system at least in the area the processing station can be tilted and / or pivoted. So that can Transport system including the workpiece located and fixed on it be aligned so that the surface to be coated is perpendicular to the Coating jet stands.
  • one is used as the adjusting means Lifting device is provided with which the workpiece at least can be partially lifted off the transport system. So the workpiece is defined tiltable relative to the transport system.
  • An advantageous measure consists of at least two burners to coat two surfaces at the same time. This allows Depending on the application, increase the efficiency of the device because the total Processing time reduced.
  • a preferred use of the device according to the invention or the The method according to the invention is the coating of inner surfaces, in particular cylinder running surfaces in cylinder bores Cylinder crankcase, especially a cylinder crankcase that has at least two cylinder bores, the longitudinal axes of which are not are parallel to each other.
  • the Continuous plant 10 comprises several processing stations 11, 12, 13, 14, 15, through which the workpiece 20 to be coated by means of a Transport system 16, for example as a conveyor belt or roller conveyor is designed, transported.
  • Fig. 3 shows the cylinder crankcase 20 of a V-engine, which here as a six-cylinder engine is designed.
  • V-engine which here as a six-cylinder engine is designed.
  • In contrast to the VR engine are two inclined cylinder head surfaces 211 and 212 provided.
  • the longitudinal axes A1 of the first row of Cylinder bores 22 are each perpendicular to the first Cylinder head surface 211 and the longitudinal axes A2 of the second row of Cylinder bores 22 are each perpendicular to the second Cylinder head surface 212.
  • FIGS. 5 and 6 show the workpiece 20, here the cylinder crankcase one VR motors (as shown in Fig. 2) in the processing station 14, in which the thermal coating takes place. It is a burner 2 for generating one Coating jet provided, symbolically by the arrow P is pictured.
  • the burner 2 is designed as a rotatable plasma torch and comprises a rod 3 which extends in the direction of the longitudinal axis B of the Brenners 2 extends. At the bottom of the rod as shown a nozzle 4 is provided from which the coating jet P emerges.
  • the Nozzle 4 is arranged such that the coating jet P is perpendicular to the Longitudinal axis B of the burner emerges.
  • the burner 2 is in the Processing station 14 arranged so that its longitudinal axis B perpendicular runs. As a result, the coating jet P is substantially perpendicular to the Plumb direction.
  • the workpiece 20 in the processing station 14 aligned so that the to be coated Surface, here the cylinder surface 23, during the coating process is aligned perpendicular to the coating jet P and thus perpendicular.
  • the vertical alignment of the surface to be coated according to the invention is preferably carried out automatically.
  • the necessary tilting or Rotations of the workpiece 20 are entered or programmed, for example into the control and monitoring device 17. After the workpiece 20 has entered the processing station, the workpiece 20 is then automatically brought into the correct orientation by means of the adjusting means 20 or successively brought into the different coating position.
  • optical ones can be provided.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

The burner (2) is arranged in a workstation (14) to project the coating jet (P) horizontally. Actuators (40,45) orientate the workpiece (20) to keep the surface being coated at right angles to the coating jet. An Independent claim is included for the corresponding coating method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Werkstücks sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung bzw. eines solchen Verfahrens zum Beschichten von Innenflächen, insbesondere Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen eines Zylinderkurbelgehäuses.The invention relates to a device and a method for thermal Coating a surface of a workpiece and using a such a device or such a method for coating Inner surfaces, in particular cylinder running surfaces in cylinder bores Cylinder crankcase.

Das thermische Beschichten ist eine gut etablierte Methode zur gezielten Vergütung oder Konditionierung von Oberflächen. Insbesondere die thermischen Spritzverfahren wie Lichtbogenspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF: high velocity oxy-fuel) und Plasmaspritzen sind Methoden, die heute in vielen Bereichen der Industrie zur Herstellung hochwertiger Beschichtungen eingesetzt werden, beispielsweise als Verschleissschutz-, Wärmedämm- oder elektrische Isolationsschichten. Dem Plasmaspritzen kommt dabei eine besondere Rolle zu, weil es aufgrund der Vielfältigkeit der verarbeitbaren Werkstoffe und der Reproduzierbarkeit des Schmelz- bzw. des Beschichtungsprozesses eine enorme Flexibilität aufweist. Somit kann die Beschichtung optimal an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.Thermal coating is a well-established method for targeted Remuneration or conditioning of surfaces. especially the thermal spraying processes such as arc spraying, flame spraying, High velocity oxy-fuel (HVOF) and Plasma spraying are methods that are used in many areas of industry today are used to produce high-quality coatings, for example as wear protection, thermal insulation or electrical Insulation layers. Plasma spraying plays a special role here too because it is due to the diversity of workable materials and the Reproducibility of the melting or coating process has enormous flexibility. Thus, the coating can optimally match the be adapted to the respective needs.

Die Entwicklung neuer Spritztechnologien wie beispielsweise das rotative Plasmaspritzen eröffnen diesen Beschichtungsverfahren immer neue Anwendungsgebiete. Beim rotativen Plasmaspritzen wird der Plasmabrenner um eine Achse rotiert, so dass der Plasmastrahl auf einer Kreisbahn umläuft. Hiermit lassen sich in hervorragender Weise Innenbeschichtungen, das heisst Beschichtungen von Flächen eines Innenraums oder innere Oberflächen eines Werkstücks beschichten.The development of new spraying technologies such as the rotative Plasma spraying opens up new coating processes Application areas. With rotary plasma spraying, the plasma torch is used rotates around an axis so that the plasma jet rotates on a circular path. This means that interior coatings can be excellently, that is Coatings of surfaces of an interior or inner surfaces of a workpiece.

Ein sehr wichtiges Anwendungsgebiet ist in der Automobilindustrie die Zylinderlaufflächenbeschichtung in den Zylinderbohrungen des Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Dazu wird ein rotierender Plasmabrenner entlang der Achse der Zylinderbohrung bewegt, so dass auf der Oberfläche der Zylinderbohrung eine Beschichtung generiert wird, die üblicherweise in einem anschliessenden Bearbeitungsschritt, beispielsweise durch Honen, nachbearbeitet wird. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise Beschichtungen erzeugen lassen, die den hohen tribologischen Anforderungen an die Zylinderlaufflächen in Brennkraftmaschinen dauerhaft gewachsen sind.A very important area of application is in the automotive industry Cylinder surface coating in the cylinder bores of the Cylinder crankcase of an internal combustion engine. This will be a rotating Plasma torch moves along the axis of the cylinder bore, so that on a coating is generated on the surface of the cylinder bore, which usually in a subsequent processing step, for example by honing. It has been shown to focus on this Wise coatings that have the high tribological Requirements on the cylinder liners in internal combustion engines are permanent have grown.

In der Automobilindustrie muss wegen der Notwendigkeit niedrieger Fabrikationskosten neben preisgünstigen Werkstoffen auch nach möglichst effizienten und wirtschaftlichen Herstellungsmethoden gesucht werden. Im Hinblick auf die thermische Beschichtung von Zylinderlaufflächen werden Anstrengungen unternommen, diesen Prozess für die industrielle Massenproduktion einsatzfähig zu machen. In der WO-A-00/37703, beispielsweise, wird eine Bearbeitungsstation zum thermischen Beschichten von Zylinderlaufflächen in Form einer Durchlaufanlage offenbart, bei welcher die Zylinderkurbelgehäuse von einer Transportstrecke durch mehrere Bearbeitungsabschnitte transportiert werden, wobei in einem dieser Abschnitte die thermische Beschichtung erfolgt.In the automotive industry, the need for lower prices Manufacturing costs in addition to inexpensive materials, if possible efficient and economical manufacturing methods are sought. in the With regard to the thermal coating of cylinder running surfaces Efforts have been made to bring this process to the industrial Make mass production operational. In WO-A-00/37703, for example, a processing station for thermal coating disclosed by cylinder running surfaces in the form of a continuous system, in which the cylinder crankcase from one transport route through several Processing sections are transported, being in one of these Sections the thermal coating is done.

Ein Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum thermischen Beschichten bereitzustellen, welche ein effizienteres und wirtschaftlicheres Beschichten von Flächen, speziell von Zylinderlaufflächen in Zylinderkurbelgehäusen, ermöglichen. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen insbesondere auch für den Einsatz in der industriellen Massenproduktion geeignet sein.An object of the invention is to provide an apparatus and a method for provide thermal coating, which is a more efficient and more economical coating of surfaces, especially cylinder surfaces in cylinder crankcases. The method and the device are also intended in particular for use in industrial Be suitable for mass production.

Die diese Aufgabe in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet. This task in terms of apparatus and process engineering Solving objects of the invention are characterized by the features of marked independent claim of the respective category.

Erfindungsgemäss wird also eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Werkstücks vorgeschlagen, mit einem Brenner zum Erzeugen eines Beschichtungsstrahls, wobei der Brenner in einer Bearbeitungsstation so angeordnet ist, dass sich der Beschichtungsstrahl im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung erstreckt, sowie mit Justiermitteln, welche das Werkstück so ausrichten, dass die zu beschichtende Fläche während des Beschichtungsvorgangs senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl steht.A device for thermal coating is therefore in accordance with the invention proposed a surface of a workpiece with a torch Generating a coating jet, with the burner in one Processing station is arranged so that the coating jet in the extends essentially perpendicular to the perpendicular direction, as well as with adjusting means, which align the workpiece so that the surface to be coated perpendicular to the coating jet during the coating process stands.

Es hat sich gezeigt, dass sich besonders gute und gleichmässige Beschichtungen erzielen lassen, wenn die zu beschichtende Fläche während des Beschichtungsvorgangs lotrecht steht. Durch die Justiermittel wird das Werkstück so ausgerichtet, dass die zu beschichtende Fläche senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl steht. Da sich der Beschichtungsstrahl im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung ausbreitet, ist folglich die Beschichtungsfläche lotrecht ausgerichtet.It has been shown that it is particularly good and even Let coatings achieve if the surface to be coated during of the coating process is vertical. The adjustment means that Workpiece aligned so that the surface to be coated is perpendicular to the coating jet. Since the coating jet in the spreads essentially perpendicular to the perpendicular direction, is consequently the Coating surface aligned vertically.

Der Vorteil, der aus den Justiermitteln insbesondere im Hinblick auf die industrielle Massenproduktion mit hohem Automatisierungsgrad resultiert, wird am Beispiel der Beschichtung der Zylinderlaufflächen eines Zylinderkurbelgehäuses für einen V-Motor deutlich. Soll die zu beschichtende Fläche stets lotrecht ausgerichtet sein, so ist es bei bekannten Vorrichtungen (Durchlaufanlagen) notwendig, das Zylinderkurbelgehäuse in zwei Durchläufen zu beschichten. Zunächst muss das Zylinderkurbelgehäuse durch geeignete Massnahmen so auf der Transportstrecke platziert werden, dass die erste Reihe Zylinderbohrungen für die Beschichtung richtig ausgerichtet ist. Nach dem ersten Durchlauf, in dem nur eine Reihe von Bohrungen beschichtet wird, muss das Zylinderkurbelgehäuse auf der Transportstrecke neu platziert werden, so dass nun die Symmetrieachsen der zweiten Reihe der Zylinderbohrungen richtig für die Beschichtung orientiert ist. Erst dann wird in einem zweiten Durchlauf die zweite Reihe von Zylinderbohrungen beschichtet.The advantage of the adjustment means, especially with regard to the industrial mass production with a high degree of automation results, is the example of the coating of the cylinder treads Cylinder crankcase for a V-engine clearly. Should be the one to be coated The surface must always be aligned vertically, as is the case with known devices (Continuous systems) necessary, the cylinder crankcase in two To coat runs. First, the cylinder crankcase are placed on the transport route by suitable measures, that the first row of cylinder bores is right for coating is aligned. After the first pass, in which only a series of Holes is coated, the cylinder crankcase on the Transport route be repositioned so that the axes of symmetry of the second row of cylinder bores properly oriented for coating is. Only then will the second row of Coated cylinder bores.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht es nun, derartige Werkstücke in einem Durchlauf gegebenenfalls auch ohne manuellen Eingriff, das heisst automatisiert, zu beschichten. Zunächst wird mittels der Justiermittel das Werkstück so ausgerichtet, dass die erste Reihe Zylinderbohrungen mit ihrer Symmetrieachse lotrecht steht, diese Zylinderbohrungen werden beschichtet, dann positionieren die Justiermittel das Werkstück so, dass die zweite Reihe von Zylinderbohrungen mit ihren Symmetrieachsen lotrecht steht. Folglich können sämtliche Zylinderbohrungen des Zylinderkurbelgehäuses eines V-Motors in nur einem Durchlauf beschichtet werden. Schon dieses Beispiel demonstriert, dass die Erfindung eine deutlich effizientere und wirtschaftlichere Beschichtung ermöglicht.The device according to the invention now enables such workpieces in one run, possibly without manual intervention, that is automated to coat. First, the adjustment means Workpiece aligned so that the first row of cylinder bores with its Axis of symmetry is vertical, these cylinder bores are coated, then the adjustment means position the workpiece so that the second row of cylinder bores with their axes of symmetry is perpendicular. consequently can all cylinder bores of the cylinder crankcase of a V-engine can be coated in just one pass. Already this example demonstrates that the invention is a significantly more efficient and enables more economical coating.

Im Hinblick auf die industrielle Anwendung ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mit einem Transportsystem versehen ist, welches das Werkstück in die Bearbeitungsstation transportiert und dort in eine Bearbeitungsposition bringt.With regard to industrial application, it is advantageous if the Device is provided with a transport system which the workpiece transported to the processing station and there into a processing position brings.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel umfassen die Justiermittel eine Verstelleinrichtung, mit welcher das Transportsystem zumindest im Bereich der Bearbeitungsstation kippbar und/oder schwenkbar ist. Somit kann das Transportsystem inklusive des darauf befindlichen und fixierten Werkstücks so ausgerichtet werden, dass die zu beschichtende Fläche senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl steht.In a first embodiment, the adjustment means comprise one Adjustment device with which the transport system at least in the area the processing station can be tilted and / or pivoted. So that can Transport system including the workpiece located and fixed on it be aligned so that the surface to be coated is perpendicular to the Coating jet stands.

Gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel ist auf dem Transportsystem eine Halterung zur Aufnahme des Werkstücks vorgesehen, mit welcher Halterung das Werkstück kippbar und/oder schwenkbar bezüglich des Transportsystem ist.According to a second embodiment is on the transport system a holder is provided for receiving the workpiece, with which Bracket the workpiece tiltable and / or pivotable with respect to Transport system is.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel umfassen die Justiermittel eine Positioniereinrichtung, mit welcher das Werkstück in der Bearbeitungsstation gegriffen, ausgerichtet und während des Beschichtens gehalten werden kann. Diese Positioniereinrichtung kann beispielsweise ein Manipulator, ein Greifarm oder ein Roboter sein.In a third embodiment, the adjustment means comprise one Positioning device with which the workpiece in the machining station can be gripped, aligned and held during coating. This positioning device can be a manipulator, for example Gripping arm or a robot.

In einem vierten Ausführungsbeispiel ist als Justiermittel eine Aushebeeinrichtung vorgesehen, mit welcher das Werkstück zumindest teilweise von dem Transportsystem abhebbar ist. Somit ist das Werkstück relativ zum Transportsystem definiert kippbar. In a fourth embodiment, one is used as the adjusting means Lifting device is provided with which the workpiece at least can be partially lifted off the transport system. So the workpiece is defined tiltable relative to the transport system.

Eine vorteilhafte Massnahme besteht darin, mindestens zwei Brenner vorzusehen, um zwei Flächen gleichzeitig zu beschichten. Dadurch lässt sich je nach Anwendung die Effizienz der Vorrichtung steigern, weil sich die totale Bearbeitungszeit reduziert.An advantageous measure consists of at least two burners to coat two surfaces at the same time. This allows Depending on the application, increase the efficiency of the device because the total Processing time reduced.

Vorzugsweise ist der Brenner ein Plasmabrenner, weil das Plasmaspritzen im Hinblick auf die verarbeitbaren Werkstoffe äusserst flexibel ist und die Reproduzierbarkeit der Beschichtung gewährleistet ist. Im Hinblick auf die bevorzugte Verwendung für Innenbeschichtungen, insbesondere die Beschichtung von Zylinderlaufflächen ist bzw. sind der bzw. die Brenner jeweils rotierbare Plasmabrenner.The torch is preferably a plasma torch because the plasma spraying in the Is extremely flexible with regard to the materials that can be processed and the Reproducibility of the coating is guaranteed. In terms of preferred use for interior coatings, especially the The coating of cylinder running surfaces is or are the burner (s) each rotatable plasma torch.

Natürlich können die Justiermittel dieser Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden.Of course, the adjustment means of these embodiments can also can be combined with each other.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Werkstücks, wird mit einem Brenner ein Beschichtungsstrahl erzeugt, der sich im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung erstreckt und das Werkstück wird mit einstellbaren Justiermitteln so positioniert, dass die zu beschichtende Fläche während der Beschichtungsvorgangs senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl steht.In the method according to the invention for thermal coating of a Surface of a workpiece, a coating jet is used with a torch generated that extends substantially perpendicular to the solder direction and that The workpiece is positioned with adjustable adjustment means so that the coating surface during the coating process the coating jet.

Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens ist das Beschichten von Innenflächen, insbesondere Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen eines Zylinderkurbelgehäuses, speziell eines Zylinderkurbelgehäuses, das mindestens zwei Zylinderbohrungen aufweist, deren Längsachsen nicht parallel zueinander sind.A preferred use of the device according to the invention or the The method according to the invention is the coating of inner surfaces, in particular cylinder running surfaces in cylinder bores Cylinder crankcase, especially a cylinder crankcase that has at least two cylinder bores, the longitudinal axes of which are not are parallel to each other.

Im Folgenden wird die Erfindung sowohl in apparativer als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung erläutert. In der schematischen, Zeichnung zeigen:

Fig. 1:
eine schematische Darstellung wesentlicher Komponenten einer Durchlaufanlage zum thermischen Beschichten,
Fig. 2:
ein Zylinderkurbelgehäuse eines VR-Motors,
Fig.3:
ein Zylinderkurbelgehäuse eines V-Motors,
Fig. 4:
ein Zylinderkurbelgehäuse eines W-Motors,
Fig. 5:
die Ausrichtung eines Zylinderkurbelgehäuses beim Beschichten einer ersten Reihe von Zylinderbohrungen,
Fig.6:
die Ausrichtung des Zylinderkurbelgehäuses aus Fig. 5 bei der Beschichtung einer zweiten Reihe von Zylinderbohrungen,
Fig. 7:
ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 8:
ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 9:
ein drittes Ausführugnsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung, und
Fig. 10, 11:
Darstellungen zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
In the following, the invention is explained both in terms of apparatus and in terms of process technology using exemplary embodiments and using the drawing. In the schematic drawing show:
Fig. 1:
1 shows a schematic illustration of essential components of a continuous system for thermal coating,
Fig. 2:
a cylinder crankcase of a VR engine,
Figure 3:
a cylinder crankcase of a V-engine,
Fig. 4:
a cylinder crankcase of a W engine,
Fig. 5:
the alignment of a cylinder crankcase when coating a first row of cylinder bores,
Figure 6:
5 the orientation of the cylinder crankcase from FIG. 5 when coating a second row of cylinder bores,
Fig. 7:
a first embodiment of a device according to the invention,
Fig. 8:
a second embodiment of a device according to the invention,
Fig. 9:
a third exemplary embodiment of a device according to the invention, and
10, 11:
Representations to illustrate a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der für die Praxis besonders relevanten Anwendung erläutert, dass das zu beschichtende Werkstück das Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine für einen Personenkraftwagen ist. Die zu beschichtenden Flächen sind die Zylinderlaufflächen in den Zylinderbohrungen. Es werden also Innenflächen beschichtet. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Beschichtung von Zylinderlaufflächen beschränkt ist, sondern in sinngemäss gleicher Weise auch für die thermische Beschichtung anderer Innenflächen bzw. Flächen eines Innenraums und/oder die thermische Beschichtung von Aussenflächen und Flächen im allgemeinen geeignet und vorteilhaft einsetzbar ist. Weitere Anwendungsbeispiele sind die Beschichtungen von Brennkammern für Flugzeugtriebwerke, Übergangsstücken für industrielle stationäre Gasturbinen oder die Innenbeschichtung für Lager von Pleuel.The invention is based on those that are particularly relevant in practice Application explains that the workpiece to be coated is the Cylinder crankcase of an internal combustion engine for one Passenger car is. The surfaces to be coated are Cylinder running surfaces in the cylinder bores. So there are inner surfaces coated. However, it is to be understood that the invention is not limited to that Coating of cylinder running surfaces is limited, but in analogy the same way for the thermal coating of other inner surfaces or surfaces of an interior and / or the thermal coating of External surfaces and surfaces are generally suitable and advantageous can be used. Coatings from Combustion chambers for aircraft engines, transition pieces for industrial stationary gas turbines or the internal coating for connecting rod bearings.

Ferner wird mit beispielhaftem Charakter auf die bevorzugte Ausgestaltung Bezug genommen, dass die thermische Beschichtung mittels Plasmaspritzen erfolgt. Dieses Verfahren ist an sich hinreichend bekannt und bedarf daher hier keiner näheren Erläuterung. Natürlich eignet sich die Erfindung in sinngemäss gleicher Weise auch für andere Verfahren der thermischen Beschichtung, wie beispielsweise Lichtbogenspritzen oder HVOF-Spritzen.Furthermore, the preferred embodiment is of exemplary character Reference that the thermal coating by means of plasma spraying he follows. This method is well known per se and therefore requires it no further explanation here. Of course, the invention is suitable in similarly also for other thermal processes Coating, such as arc spraying or HVOF spraying.

Fig. 1 zeigt in einer stark schematischen Darstellung wesentliche Teile einer gesamthaft mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Durchlaufanlage zur thermischen Beschichtung von Zylinderlaufflächen in Zylinderbohrungen 22 in einem als Werkstück 20 dienenden Zylinderkurbelgehäuse. Die Durchlaufanlage 10 umfasst mehrere Bearbeitungsstationen 11, 12, 13, 14, 15, durch welche das zu beschichtende Werkstück 20 mittels eines Transportsystems 16, das beispielsweise als Förderband oder Rollenbahn ausgestaltet ist, transportiert wird.1 shows essential parts of a in a highly schematic representation in total designated with the reference numeral 10 for thermal coating of cylinder liners in cylinder bores 22 in a cylinder crankcase serving as workpiece 20. The Continuous plant 10 comprises several processing stations 11, 12, 13, 14, 15, through which the workpiece 20 to be coated by means of a Transport system 16, for example as a conveyor belt or roller conveyor is designed, transported.

Das Werkstück 20 wird, wie dies der Pfeil E in Fig. 1 andeutet, der Durchlaufanlage zugeführt. Das Transportsystem 20 befördert das Werkstück 20 zunächst in einer Vorbereitungsstation 11. Hier wird das Zylinderkurbelgehäuse 20 maskiert. Eine nicht dargestellte Maske geeigneter Ausgestaltung wird auf das Werkstück 20 aufgebracht und schützt während der weiteren Bearbeitung Bereiche des Zylinderkurbelgehäuses, die nicht beschichtet werden sollen, beispielsweise die Oberflächen, in denen die Zylinderbohrungen vorgesehen sind, die Zylinderkopfflächen.The workpiece 20 is, as indicated by the arrow E in Fig. 1, the Continuous feed system. The transport system 20 conveys the workpiece 20 first in a preparation station 11. Here it is Cylinder crankcase 20 masked. A mask, not shown, is more suitable Design is applied to the workpiece 20 and protects during the further machining areas of the cylinder crankcase that are not to be coated, for example the surfaces in which the Cylinder bores are provided on the cylinder head surfaces.

In der folgenden Bearbeitungstation 12 werden die zu beschichtenden Flächen beispielsweise durch Sandstrahlen auf die thermische Beschichtung vorbereitet.In the following processing station 12, the ones to be coated are Surfaces, for example, by sandblasting onto the thermal coating prepared.

Anschliessend durchläuft das Werkstück 20 eine Reinigungsstation 13, in welcher eine intensive Reinigung erfolgt. Sandrückstände aus der Bearbeitungsstation 12, sowie gegebenenfalls noch vorhandene Schmutzpartikel werden entfernt. The workpiece 20 then passes through a cleaning station 13, in which is an intensive cleaning. Sand residue from the Processing station 12, as well as possibly still existing Dirt particles are removed.

In der Bearbeitungsstation 14 erfolgt dann die thermische Beschichtung. Ein rotierender Plasmabrenner wird in die zu beschichtende Zylinderbohrung eingefahren. Der von dem Plasmabrenner generierte Beschichtungsstrahl rotiert um die Längsachse der Zylinderbohrung. Durch Bewegen des Brenners in Richtung der Längsachse beschreibt der Beschichtungsstrahl eine Schraubenlinie und beschichtet so die innerer Wandung der Zylinderbohrung 22.The thermal coating then takes place in the processing station 14. On rotating plasma torch is in the cylinder bore to be coated retracted. The coating beam generated by the plasma torch rotates around the longitudinal axis of the cylinder bore. By moving the The coating jet describes the burner in the direction of the longitudinal axis a helix and so coats the inner wall of the Cylinder bore 22.

Nach der Beschichtung durchläuft das Werkstück 20 eine Kühlstation 15.After coating, the workpiece 20 passes through a cooling station 15.

Anschliessend kann das Werkstück 20 in an sich bekannter Weise bearbeitet werden, z. B. Entfernen der Maske, Nachbearbeitung der Zylinderlauffläche durch Honen oder ähnliche Verfahren, usw.The workpiece 20 can then be processed in a manner known per se be, e.g. B. Removing the mask, reworking the cylinder surface by honing or similar processes, etc.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 sind solche Komponenten wie die Zu- und Abführleitungen für Prozessgase, Absaugeinrichtungen, Antriebe, Verbindungsleitungen, elektrische Versorgungseinrichtungen, Steuereinrichtungen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Lediglich für die Bearbeitungsstation 14, in welcher die thermische Beschichtung erfolgt, ist eine Ansteuer- und Kontrolleinheit 17 angedeutet.In the schematic representation of FIG. 1, such components are as the supply and discharge lines for process gases, extraction devices, drives, Connecting lines, electrical supply devices, Control devices not for reasons of better clarity shown. Only for the processing station 14, in which the thermal Coating takes place, a control and control unit 17 is indicated.

Die Erfindung betrifft in erster Linie die Bearbeitungsstation 14, in der die thermische Beschichtung erfolgt. Bevor dies näher erläutert wird, sollen anhand der Fig. 2-4 verschiedene Bauformen von Zylinderkurbelgehäusen für Brennkraftmaschinen erläutert werden, für welche die Erfindung insbesondere geeignet ist.The invention relates primarily to the processing station 14, in which the thermal coating takes place. Before this is explained in more detail, 2-4 different designs of cylinder crankcases for Internal combustion engines are explained, for which the invention is particularly suitable.

Fig. 2 zeigt das Zylinderkurbelgehäuse für einen VR-Motor, der hier als Fünf-Zylinder-Motor, also mit fünf Zylinderbohrungen 22 ausgestaltet ist. Jede Zylinderbohrung 22 wird durch eine Fläche begrenzt, die jeweilige Zylinderlauffläche 23, entlang derer sich im Betrieb der Kolben bewegt. Diese Zylinderlaufflächen 23 werden thermisch beschichtet. Bei dem Zylinderkurbelgehäuse 20 des VR-Motors sind alle Zylinderbohrungen 22 in einer gemeinsamen Zylinderkopffläche 21 angeordnet, erstrecken sich jedoch nicht senkrecht, sondern schräg zur Zylinderkopffläche 21. Es gibt zwei Reihen von Zylinderbohrungen 22, nämlich die darstellungsgemäss rechte Reihe mit zwei Bohrungen und die darstellungsgemäss linke Reihe mit drei Bohrungen. Die Orientierung der Zylinderbohrungen 22 lässt sich durch ihre Längsachse A1, A2 beschreiben, welche die Symmetrieachse der Bohrung darstellt. Die Längsachsen A1 oder A2 der Bohrungen, die zur gleichen Reihe gehören, verlaufen jeweils parallel zueinander. Die Längsachsen A1 sind gegenüber den Längsachsen A2 geneigt. Die Längsachsen A1 und A2 schliessen beispielsweise einen Winkel von 15 Grad ein. Bezüglich einer Normalen N, die senkrecht auf der Zylinderkopffiäche 21 steht, verlaufen die Längsachsen A1 und A2 symmetrisch, das heisst die Längsachse A1 der ersten Reihe schliesst betragsmässig den gleichen Winkel mit der Normalen N ein wie die Längsachse A2 der zweiten Reihe.Fig. 2 shows the cylinder crankcase for a VR engine, which here as a five-cylinder engine, is designed with five cylinder bores 22. each Cylinder bore 22 is delimited by an area, the respective one Cylinder running surface 23, along which the piston moves during operation. This Cylinder running surfaces 23 are thermally coated. In which VR engine cylinder crankcase 20 are all cylinder bores 22 in arranged a common cylinder head surface 21, however, extend not perpendicular, but at an angle to the cylinder head surface 21. There are two Rows of cylinder bores 22, namely the one on the right as shown Row with two holes and the row on the left with three Holes. The orientation of the cylinder bores 22 can be determined by their Longitudinal axis A1, A2 describe the axis of symmetry of the bore represents. The longitudinal axes A1 or A2 of the holes that belong to the same row belong, run parallel to each other. The longitudinal axes are A1 inclined with respect to the longitudinal axes A2. The longitudinal axes A1 and A2 include, for example, an angle of 15 degrees. Regarding one Normal N, which is perpendicular to the cylinder head surface 21, run the Longitudinal axes A1 and A2 symmetrical, that is, the longitudinal axis A1 of the The first row closes the same angle with the normal in terms of amount N a like the longitudinal axis A2 of the second row.

Fig. 3 zeigt das Zylinderkurbelgehäuse 20 eines V-Motors, der hier als Sechs-Zylinder-Motor ausgestaltet ist. Es sind zwei Reihen von Zylinderbohrungen 22 vorgesehen, die eine V-Anordnung bilden. Im Unterschied zum VR-Motor sind beim V-Motor zwei zueinander geneigte Zylinderkopfflächen 211 und 212 vorgesehen. Die Längsachsen A1 der ersten Reihe von Zylinderbohrungen 22 stehen jeweils senkrecht auf der ersten Zylinderkopffläche 211 und die Längsachsen A2 der zweiten Reihe von Zylinderbohrungen 22 stehen jeweils senkrecht auf der zweiten Zylinderkopffläche 212.Fig. 3 shows the cylinder crankcase 20 of a V-engine, which here as a six-cylinder engine is designed. There are two rows of cylinder bores 22 provided, which form a V-arrangement. In contrast to the VR engine are two inclined cylinder head surfaces 211 and 212 provided. The longitudinal axes A1 of the first row of Cylinder bores 22 are each perpendicular to the first Cylinder head surface 211 and the longitudinal axes A2 of the second row of Cylinder bores 22 are each perpendicular to the second Cylinder head surface 212.

Fig. 4 zeigt das Zylinderkurbelgehäuse 22 eines W-Motors, der hier als Zwölf-Zylinder-Motor ausgestaltet ist. Es sind vier Reihen von jeweils drei Zylinderbohrungen 22 vorgesehen. Ähnlich wie beim V-Motor sind auch beim W-Motor zwei zueinander geneigte Zylinderkopfflächen 211 und 212 vorgesehen, wobei jedoch beim W-Motor in jeder Zylinderkopffläche 211 bzw. 212 zwei Reihen von Zylinderbohrungen 22 vorgesehen sind. Innerhalb einer Reihe verlaufen die Längsachsen A1, A2, A3 bzw. A4 jeweils parallel zueinander. Die Längsachsen A1-A4 sind paarweise geneigt zueinander, das heisst im allgemeinen verläuft keine der Achsen A1 bis A4 parallel zu einer anderen der Achsen A1 bis A4.Fig. 4 shows the cylinder crankcase 22 of a W engine, which here as a twelve-cylinder engine is designed. There are four rows of three each Cylinder bores 22 are provided. Similar to the V-engine are also with the W motor two mutually inclined cylinder head surfaces 211 and 212 provided, however, with the W engine in each cylinder head surface 211 or 212 two rows of cylinder bores 22 are provided. Within one The longitudinal axes A1, A2, A3 and A4 each run parallel in a row to each other. The longitudinal axes A1-A4 are inclined to each other in pairs, that in general, none of the axes A1 to A4 runs parallel to one other of the axes A1 to A4.

Den in den Fig. 2-4 illustrierten Zylinderkurbelgehäusen 20 ist gemeinsam, dass jedes dieser Zylinderkurbelgehäuse 20 mindestens zwei Reihen von Zylinderbohrungen 22 aufweist, wobei die Längsachsen A1 der Zylinderbohrungen 22 der ersten Reihe nicht parallel sondern geneigt zu den Längsachsen A2 der Zylinderbohrungen 22 der zweiten Reihe verlaufen.Common to the cylinder crankcases 20 illustrated in FIGS. 2-4 is that that each of these cylinder crankcases 20 has at least two rows of Has cylinder bores 22, the longitudinal axes A1 of the Cylinder bores 22 of the first row are not parallel but inclined to the Longitudinal axes A2 of the cylinder bores 22 of the second row run.

Beim thermischen Beschichten, insbesondere beim Plasmaspritzen mit rotierendem Plasmabrenner, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die zu beschichtende Fläche lotrecht zu orientieren, weil dann ein besonders gleichmässiger Schichtauftrag realisiert werden kann. Für die Beschichtung der Zylinderlaufflächen 23 bedeutet dies, dass während der Beschichtung die Längsachse A1,A2,A3 bzw. A4 jeweils lotrecht stehen soll.With thermal coating, especially with plasma spraying rotating plasma torch, it has proven to be beneficial to the to orient the coating surface vertically, because then a special one uniform layer application can be realized. For the coating of the cylinder running surfaces 23, this means that during the coating the Longitudinal axis A1, A2, A3 and A4 should be perpendicular.

Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, Justiermittel vorzusehen welche das Werkstück 20 so ausrichten, dass die zu beschichtende Fläche lotrecht steht.According to the invention, it is now proposed to provide adjustment means Align the workpiece 20 so that the surface to be coated is perpendicular stands.

"Lotrecht" bzw. "Lotrichtung" bezeichnet dabei, wie allgemein üblich, die Richtung, in der die Gravitation wirkt. Im Rahmen dieser Anmeldung wird eine Fläche bzw. ein Flächenelement als "lotrecht ausgerichtet" oder "lotrecht orientiert" angesehen, wenn der Flächennormalenvektor dieser Fläche bzw. dieses Flächenelements senkrecht auf der lotrechten Richtung steht. Im Falle der Zylinderbohrungen 22 bzw. der Zylinderlauffläche 23 bedeutet dies, dass die Symmetrieachse, also die Längsachse A1,A2,A3,A4 der Zylinderbohrung 22 lotrecht ausgerichtet ist."Plumb right" or "plumb direction" denotes, as is common practice, the Direction in which gravity acts. As part of this registration, a Surface or a surface element as "vertically aligned" or "perpendicular oriented "if the surface normal vector of this surface or this surface element is perpendicular to the vertical direction. In the event of of the cylinder bores 22 or the cylinder running surface 23, this means that the axis of symmetry, i.e. the longitudinal axis A1, A2, A3, A4 of the cylinder bore 22 is aligned vertically.

Das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen Vorrichtung wird anhand der Fig. 5 und der Fig. 6 deutlich. Fig. 5 zeigt das Werkstück 20, hier das Zylinderkurbelgehäuse eines VR-Motors (wie in Fig. 2 gezeigt) in der Bearbeitungsstation 14, in welcher die thermische Beschichtung erfolgt. Es ist ein Brenner 2 zum Erzeugen eines Beschichtungsstrahls vorgesehen, der symbolisch durch den Pfeil P dargestellt wird. Der Brenner 2 ist als rotierbarer Plasmabrenner ausgestaltet und umfasst einen Stab 3, der sich in Richtung der Längsachse B des Brenners 2 erstreckt. Am darstellungsgemäss unteren Ende des Stabs ist eine Düse 4 vorgesehen aus welcher der Beschichtungsstrahl P austritt. Die Düse 4 ist so angeordnet, dass der Beschichtungsstrahl P senkrecht zur Längsachse B des Brenners austritt. Der Brenner 2 ist in der Bearbeitungsstation 14 so angeordnet, dass seine Längsachse B lotrecht verläuft. Folglich tritt der Beschichtungsstrahl P im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung aus.The principle of the method according to the invention or the The device according to the invention is illustrated in FIGS. 5 and 6 clear. Fig. 5 shows the workpiece 20, here the cylinder crankcase one VR motors (as shown in Fig. 2) in the processing station 14, in which the thermal coating takes place. It is a burner 2 for generating one Coating jet provided, symbolically by the arrow P is pictured. The burner 2 is designed as a rotatable plasma torch and comprises a rod 3 which extends in the direction of the longitudinal axis B of the Brenners 2 extends. At the bottom of the rod as shown a nozzle 4 is provided from which the coating jet P emerges. The Nozzle 4 is arranged such that the coating jet P is perpendicular to the Longitudinal axis B of the burner emerges. The burner 2 is in the Processing station 14 arranged so that its longitudinal axis B perpendicular runs. As a result, the coating jet P is substantially perpendicular to the Plumb direction.

Mittels weiter hinten noch erläuterter Justiermittel wird das Werkstück 20 in der Bearbeitungsstation 14 so ausgerichtet, dass die zu beschichtende Fläche, hier die Zylinderlauffläche 23, während des Beschichtungsvorgangs senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl P und somit lotrecht ausgerichtet ist.The workpiece 20 in the processing station 14 aligned so that the to be coated Surface, here the cylinder surface 23, during the coating process is aligned perpendicular to the coating jet P and thus perpendicular.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Position ist das Werkstück 20 so ausgerichtet, dass die Längsachse A2 der darstellungsgemäss linken Reihe von Zylinderbohrungen 22 lotrecht und damit parallel oder deckungsgleich mit der Längsachse B des Brenners 2 verläuft. Das Zylinderkurbelgehäuse 20 ist also um einen Winkel α1 gekippt, der dem Winkel zwischen der Normalen N der Zylinderkopffläche 21 und der Längsachse A2 entspricht. Somit steht die zu beschichtende Zylinderlauffläche 23 lotrecht. Beim Beschichten rotiert der Beschichtungsstrahl um die Längsachse B des Brenners 2. Durch lineares Bewegen des Brenners 2 bzw. des Stabs 3 wird dann erreicht, dass der Beschichtungsstrahl B einer Schraubenlinie folgend die gesamte Zylinderlauffläche 23 beschichtet, wobei stets gewährleistet ist, dass die zu beschichtende Fläche senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl P steht und lotrecht ausgerichtet ist.In the position shown in FIG. 5, the workpiece 20 is oriented so that that the longitudinal axis A2 of the left row of Cylinder bores 22 perpendicular and thus parallel or congruent with the Longitudinal axis B of burner 2 extends. The cylinder crankcase 20 is thus tilted by an angle α1 which corresponds to the angle between the normal N Cylinder head surface 21 and the longitudinal axis A2 corresponds. So it is due coating cylinder barrel surface 23 perpendicular. When coating, the rotates Coating jet around the longitudinal axis B of the burner 2. By linear Moving the burner 2 or the rod 3 is then achieved that the Coating jet B following a helical line the entire Cylinder running surface 23 coated, it is always ensured that the to coating surface is perpendicular to the coating jet P and is aligned vertically.

Nachdem alle Zylinderbohrungen 22 der darstellungsgemäss linken Seite beschichtet sind, wird das Zylinderkurbelgehäuse 20 mittels der Justiermittel in die in Fig. 6 dargestellte Stellung gebracht. Nun sind die Zylinderbohrungen 22 der darstellungsgemäss rechten Reihe lotrecht ausgerichtet, das heisst die Längsachse A1 ist parallel bzw. deckungsgleich mit der Längsachse B des Brenners 2. Die Normale N der Zylinderkopffläche 21 ist um eine Winkel α2 gegen die Längsachse B des Brenners gekippt, das heisst das Zylinderkurbelgehäuse 22 wurde insgesamt um den Winkel α1+α2 gekippt (im allgemeinen ist bei einem VR-Moter α1 betragsmässig gleich α2). In der in Fig. 6 dargestellten Orientierung kann also die darstellungsgemäss rechte Reihe von Zylinderbohrungen 22 beschichtet werden, wobei gewährleistet ist, dass während der Beschichtung die zu beschichtende Zylinderlauffläche 23 stets lotrecht ausgerichtet ist und im wesentlichen senkrecht vom Beschichtungsstrahl getroffen wird. After all cylinder bores 22 of the left side as shown are coated, the cylinder crankcase 20 by means of the adjusting means brought into the position shown in Fig. 6. Now the cylinder bores 22 of the row on the right as shown, that is, the Longitudinal axis A1 is parallel or congruent with the longitudinal axis B of the Brenner 2. The normal N of the cylinder head surface 21 is at an angle α2 tilted against the longitudinal axis B of the burner, that means The cylinder crankcase 22 was tilted by the angle α1 + α2 (In general, in the case of a VR motor, α1 is α2 in amount). In the The orientation shown in FIG. 6 can therefore be the one on the right Row of cylinder bores 22 are coated, ensuring that that during the coating the cylinder running surface 23 to be coated is always aligned vertically and essentially perpendicular to Coating jet is hit.

Die Erfindung bietet insbesondere im Hinblick auf die automatisierte Massenproduktion eine ganz erhebliche Effizienzsteigerung und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Die Zylinderbohrungen von Zylinderkurbelgehäusen sämtlicher Motorentypen, insbesondere auch die von VR-, V- und W-Motoren können in einem einzigen Durchlauf automatisiert beschichtet werden. Es ist nicht mehr vonnöten, zwei oder im Falle des W-Motors vier Durchläufe durch die Durchlaufanlage zu fahren, um sämtliche Zylinderbohrungen zu beschichten.The invention offers in particular with regard to the automated Mass production a very significant increase in efficiency and Improve economy. The cylinder bores from Cylinder crankcases of all engine types, especially that of VR, V and W engines can be automated in a single pass be coated. It is no longer necessary, two or in the case of the W engine four runs through the continuous system to complete all Coating cylinder bores.

Im Folgenden werden nun verschiedenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung und insbesondere der Justiermittel erläutert.Various exemplary embodiments of the The device according to the invention and in particular the adjustment means explained.

Fig. 7 zeigt ein erstes Ausführungbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfassen die Justiermittel eine Verstelleinrichtung 40, mit welcher das gesamte Transportsystem 16 im Bereich der Bearbeitungsstation 14 kipp- bzw. schwenkbar ist. Die Verstelleinrichtung 40 umfasst eine ortsfeste Lagerschale 41, die sphärisch gekrümmt ist. In dieser Lagerschale 41 wird eine Halterung 42 geführt. An der Halterung 42 ist das Transportsystem 16 fixiert. Das Transportsystem 16 ist hier als Rollenbahn mit Rollen 161 ausgestaltet. Das Werkstück 20 ist mittels Klammern 162 auf dem Transportsystem 16 fixiert. Ferner steht das Werkstück 20 in Wirkverbindung mit einer Absaugvorrichtung 50, die während der Beschichtung Gas und überschüssiges Beschichtungsmaterial absaugt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das gesamte Transportsystem 16 im Bereich der Beschichtungstation 14 gekippt, indem die Halterung 42 in der Lagerschale 41 bewegt wird, bis das Werkstück korrekt ausgerichtet ist. Dann wird die Halterung 42 bezüglich der Lagerschale 41 fixiert.Fig. 7 shows a first embodiment of an inventive Contraption. In this embodiment, the adjustment means comprise one Adjustment device 40, with which the entire transport system 16 in Area of the processing station 14 is tiltable or pivotable. The Adjustment device 40 comprises a stationary bearing shell 41, which is spherical is curved. A holder 42 is guided in this bearing shell 41. At the Bracket 42, the transport system 16 is fixed. The transport system 16 is here designed as a roller conveyor with rollers 161. The workpiece 20 is by means of Brackets 162 fixed on the transport system 16. It also says Workpiece 20 in operative connection with a suction device 50 which during coating gas and excess coating material sucks. In this embodiment, the entire transportation system 16 tilted in the area of the coating station 14 by the holder 42 in the bearing shell 41 is moved until the workpiece is correctly aligned. Then the holder 42 is fixed with respect to the bearing shell 41.

Zur Beschichtung wird das Zylinderkurbelgehäuse 20 in die Bearbeitungsstation 14 eingefahren, auf dem Transportsystem 16 - falls notwendig - mittels der Klammern 162 fixiert und die Absaugvorrichtung 50 wird positioniert. Nun wird die Geamtheit aus Transportsystem 16, Werkstück 20 inklusive Maskierung und Absaugvorrichtung 50 mittels der Verstelleinrichtung 40 so gekippt, dass die erste Reihe von Zylinderbohrungen 22 lotrecht ausgerichtet ist. Diese Reihe wird mittels des Brenners 2 beschichtet. Anschliessend wird die Gesamtheit um den Winkel gekippt, der notwendsig ist, um die zweite Reihe von Zylinderbohrungen 22 lotrecht auszurichten. Nachdem auf diese Weise alle Zyklinderbohrungen 22 beschichtet sind, wird das Zylinderkurbelgehäuse 20 in seine normale Lage gebracht und kann in die nächste Station transferiert werden.For coating, the cylinder crankcase 20 is in the Processing station 14 retracted, on the transport system 16 - if necessary - fixed by means of the clamps 162 and the suction device 50 is positioned. Now the whole of the transport system 16, workpiece 20 including masking and suction device 50 by means of the Adjustment device 40 tilted so that the first row of Cylinder bores 22 is aligned perpendicularly. This series is created using the Burner 2 coated. Then the entirety is around the angle tilted, which is necessary to the second row of cylinder bores 22nd to align vertically. After all the cylinder bores 22 are coated, the cylinder crankcase 20 is in its normal position brought and can be transferred to the next station.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 8 dargestellt ist, ist das Transportsystem 16 ortsfest montiert. Auf dem Transportsystem ist eine Halterung 45 vorgesehen, mit welcher das Werkstück kippbar und/oder schwenkbar bezüglich des Transportsystems 16 gelagert ist. Die Halterung 45 ist beispielsweise als Adapterpalette ausgestaltet, wobei der Winkel der Adapterpalette einstellbar ist, sodass der Boden des Werkstücks 20 relativ zur Oberfläche des Transportsystems 16 einstellbar kippbar bzw. schwenkbar ist. Zur Bearbeitung gelangt das Werkstück 20 auf der als Adapterpalette ausgestalteten Halterung 45 in die Bearbeitungsstation 14 und wird dort positioniert. Dann wird vorzugsweise automatisch die Absaugvorrichtung 50 an das Werkstück 20 angepasst. Gegebenenfalls wird auch die Maskierung (Maske) angepasst. Nun wird das Werkstück 20 inklusive Maskierung und Absaugvorrichtung 50 gekippt, bis die zu beschichtende Fläche lotrecht steht. Nachdem die erste Reihe Zylinderbohrungen beschichtet ist, wird das Werkstück 20 inklusive Maskierung und angeschlossener Absaugvorrichtung 50 gekippt, bis die nächste Reihe Zylinderbohrungen 22 lotrecht ausgerichtet ist und beschichtet werden kann. Nachdem auf diese Weise alle Zyklinderbohrungen 22 beschichtet sind, wird das Zylinderkurbelgehäuse 20 in seine normale Lage gebracht und kann in die nächste Station transferiert werden.In a second embodiment, which is shown in FIG the transport system 16 mounted stationary. There is one on the transport system Bracket 45 is provided, with which the workpiece can be tilted and / or is pivotally mounted with respect to the transport system 16. The bracket 45 is designed, for example, as an adapter pallet, the angle of Adapter range is adjustable so that the bottom of the workpiece 20 is relative tiltable or pivotable to the surface of the transport system 16 is. The workpiece 20 arrives for processing on the as an adapter pallet designed bracket 45 in the processing station 14 and is there positioned. Then the suction device 50 is preferably automatically adapted to the workpiece 20. If necessary, the masking (Mask) adjusted. Now the workpiece 20 including masking and Suction device 50 tilted until the surface to be coated is perpendicular. After the first row of cylinder bores is coated, that will be Workpiece 20 including masking and connected suction device 50 tilted until the next row of cylinder bores 22 is aligned vertically is and can be coated. After doing this all Cyclinder bores 22 are coated, the cylinder crankcase 20 brought into its normal position and can be transferred to the next station become.

Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Bei diesem umfassen die Justiermittel eine Positioniereinrichtung 60, mit welcher das Werkstück 20 in der Bearbeitungsstation 14 gegriffen, ausgerichtet und während des Beschichtens gehalten werden kann. Die Positioniereinrichtung 60 ist als flexibles Handhabungssystem, beispielsweise mit einem steuerbaren Greifarm oder als Robotereinheit ausgebildet. Die Positioniereinrichtung 60 ergreift in der Bearbeitungsstation 14 das Werkstück 20 und richtet es so aus, dass die zu beschichtende Fläche lotrecht steht. Nachdem die erste Reihe Zylinderbohrungen beschichtet ist, wird das Werkstück 20 inklusive Maskierung und angeschlossener Absaugvorrichtung 50 gekippt, bis die nächste Reihe Zylinderbohrungen 22 lotrecht ausgerichtet ist und beschichtet werden kann. Nachdem auf diese Weise alle Zyklinderbohrungen 22 beschichtet sind, stellt die Positioniereinrichtung das Zylinderkurbelgehäuse 20 in seiner normalen Lage auf das Transportsystem 16, die das Werkstück 20 weiter transportiert.Fig. 9 shows a third embodiment. In this, the include Adjustment means a positioning device 60 with which the workpiece 20 in the processing station 14 gripped, aligned and during the Coating can be kept. The positioning device 60 is as flexible handling system, for example with a controllable one Gripping arm or designed as a robot unit. The positioning device 60 grips the workpiece 20 in the processing station 14 and aligns it so that the surface to be coated is vertical. After the first row The cylinder 20 is coated, the workpiece 20 is included Masking and connected suction device 50 tilted until the next row of cylinder bores 22 is aligned and coated can be. After all the cylinder bores 22 are coated, the positioning device provides the cylinder crankcase 20 in its normal position on the transport system 16 that the workpiece 20 transported further.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Justiermittel eine Aushebeeinrichtung 70 umfassen, mit welcher das Werkstück 20 zumindest teilweise von dem Transportsystem 16 abhebbar ist. Fig 10 zeigt das Werkstück das auf den Rollen 161 des Transportsystems 16 in der Bearbeitungsstation 14 steht. Darstellungsgemäss unter den Rollen 161 des Transportsystems ist die Aushebeeinrichtung 70 vorgesehen, welche eine schräg verlaufendes Hebelement 71 umfasst. Sobald das Werkstück 20 unterhalb des Brenners 2 positioniert ist, wird das Hebeelement 71 zwischen den Rollen 161 des Transportsystems nach oben bewegt und bringt durch seinen schrägen Verlauf das Werkstück 20 in eine gekippte Stellung, die in Fig. 11 gezeigt ist. Dadurch ist das Werkstück 20 so ausrichtbar, dass die zu beschichtende Zylinderlauffläche lotrecht steht. Zum Beschichten der zweiten Reihe von Zylinderbohrungen, können verschiedene Varianten vorgesehen sein. So ist es beispielsweise möglich, das Hebeelement 71 verstellbar auszugestalten. Beispielsweise kann das Hebeelement 71 so gelagert sein, dass wahlweise seine darstellungsgemäss rechte Seite oder seine darstellungsgemäss linke Seite anhebbar ist.10 and 11 show a fourth embodiment in which the Adjustment means comprise a lifting device 70 with which the Workpiece 20 can be at least partially lifted off the transport system 16. 10 shows the workpiece that is on the rollers 161 of the transport system 16 stands in the processing station 14. As shown below the roles 161 of the transport system, the lifting device 70 is provided, which comprises an inclined lifting element 71. As soon as the workpiece 20 is positioned below the burner 2, the lifting element 71 is between the rollers 161 of the transport system moves up and brings through its oblique course the workpiece 20 in a tilted position, which in Fig. 11 is shown. As a result, the workpiece 20 can be aligned such that the coating cylinder barrel is perpendicular. For coating the second one Series of cylinder bores, different variants can be provided his. For example, it is possible to adjust the lifting element 71 embody. For example, the lifting element 71 can be mounted that either its right side as shown or its left side can be raised as shown.

Eine andere Variante besteht darin, zwei Aushebeeinrichtungen 70 vorzusehen, die hintereinander und spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Das Werkstück 20 wird dann zunächst über der ersten Aushebeeinrichtung 70 positioniert und mittels dieser so gekippt, dass die erste Reihe Zylinderbohrungen lotrecht steht. Nach erfolgter Beschichtung dieser Reihe, wird das Werkstück 20 über der zweiten Aushebeeinrichtung 70 positioniert, welche das Werkstück 20 in umgekehrter Richtung kippt, so dass nun die zweite Reihe Zylinderbohrungen beschichtet werden kann.Another variant consists of two lifting devices 70 provide the one behind the other and mirror images of each other are. The workpiece 20 is then first over the first Lifting device 70 positioned and tilted by means of it that the first row of cylinder bores is perpendicular. After coating this row, the workpiece 20 is placed over the second lifting device 70 positioned, which tilts the workpiece 20 in the reverse direction, so that now the second row of cylinder bores can be coated.

Durch die Erfindung wird es also möglich, sämtliche Zylinderbohrungen eines beliebigen Zylinderkurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors in nur einem Bearbeitungsdurchgang in einer Durchlaufanlage zu beschichten. The invention therefore makes it possible to have all the cylinder bores any cylinder crankcase of an internal combustion engine in just one To coat the processing pass in a continuous system.

Insbesondere ist dies auch bei solchen Zylinderkurbelgehäusen möglich, die verschiedene Bohrungswinkel aufweisen, also z. B. bei VR-, V- oder W-Motoren. Dies bedeutet insbesondere im Hinblick auf die industrielle Massenproduktion und Grossserienferigung eine erhebliche Effizienzsteigerung und eine Senkung des Herstellungsaufwands.In particular, this is also possible with such cylinder crankcases that have different bore angles, e.g. B. in VR, V or W engines. This means especially with regard to the industrial Mass production and large-scale production are considerable Increased efficiency and a reduction in production costs.

Es werden nun noch Massnahmen erläutert, die in sinngemäss gleicher Weise für alle Ausführungsbeispiele gelten.Measures will now be explained that are analogously the same Way apply to all embodiments.

Die erfindungsgemässe lotrechte Ausrichtung der zu beschichtenden Fläche erfolgt vorzugsweise automatisch. Je nach der Orientierung der zu beschichtenden Fläche werden die notwendigen Verkippungen bzw.
Verdrehungen des Werkstücks 20 eingegeben oder programmiert, beispielsweise in die Ansteuer- und Kontrolleinrichtung 17. Nach Einlaufen des Werkstücks 20 in die Bearbeitungsstation wird dann das Werkstück 20 automatisch mittels der Justiermittel 20 in die korrekte Ausrichtung gebracht bzw. sukzessive in die verschiedenen Beschichtungsposition gebracht.
The vertical alignment of the surface to be coated according to the invention is preferably carried out automatically. Depending on the orientation of the surface to be coated, the necessary tilting or
Rotations of the workpiece 20 are entered or programmed, for example into the control and monitoring device 17. After the workpiece 20 has entered the processing station, the workpiece 20 is then automatically brought into the correct orientation by means of the adjusting means 20 or successively brought into the different coating position.

Zur Überwachung der korrekten Ausrichtung des Werkstücks können Sensoren, beispielsweise optische, vorgesehen sein.To monitor the correct alignment of the workpiece Sensors, for example optical ones, can be provided.

Es ist ferner möglich, in der Bearbeitungsstation 14 zwei oder mehrere, parallel betreibbare Brenner 2 vorzusehen. Dadurch lassen sich gleichzeitg zwei oder mehr Flächen beschichten. Im Falle der Beschichtung von Zylinderbohrungen im Zylinderkurbelgehäuse werden beim gleichzeitigen Beschichten vorzugsweise zwei nicht-benachbarte Bohrungen gleichzeitig beschichtet, um einen zu grosse lokale Aufheizung, speziell in den üblicherweise dünnen Wandungen zwischen benachbarten Bohrungen, zu vermeiden.It is also possible to have two or more, provide burners 2 which can be operated in parallel. This allows simultaneous coat two or more surfaces. In the case of the coating of Cylinder bores in the cylinder crankcase are at the same time Coating preferably two non-adjacent holes simultaneously coated to prevent excessive local heating, especially in the usually thin walls between adjacent holes avoid.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung natürlich auch für die Beschichtung anderer Flächen als Zylinderlaufflächen in Zylinderkurbelgehäusen geeignet. Je nach Geometrie der Fläche ist es auch möglich, die zu beschichtende Fläche während des Beschichtens nachzuführen. Ist beispielsweise die zu beschichtende Fläche in Richtung der Längsachse B des Brenners 2 gekrümmt, so kann ihre Orientierung bzw. Ausrichtung automatisch während des Beschichtungsvorgangs so geändert werden, dass jeweils der gerade zu beschichtende Bereich der Fläche lotrecht ausgerichtet ist.As already mentioned, the invention is of course also for the coating other surfaces than cylinder surfaces in cylinder crankcases. Depending on the geometry of the surface, it is also possible to choose the surface to be coated Track surface during coating. For example, if it is too coating surface in the direction of the longitudinal axis B of the burner 2 curved, so their orientation or alignment can automatically during of the coating process are changed so that the straight to coating area of the surface is aligned vertically.

Claims (10)

Vorrichtung zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Werkstücks (20) mit einem Brenner (2) zum Erzeugen eines Beschichtungsstrahls (P), wobei der Brenner (2) in einer Bearbeitungsstation (14) so angeordnet ist, dass sich der Beschichtungsstrahl (P) im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung erstreckt, sowie mit Justiermitteln (40;45;60;70), welche das Werkstück (20) so ausrichten, dass die zu beschichtende Fläche während des Beschichtungsvorgangs senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl (P) steht.Device for the thermal coating of a surface of a Workpiece (20) with a burner (2) for generating a Coating jet (P), the burner (2) in one Processing station (14) is arranged so that the Coating jet (P) essentially perpendicular to the perpendicular direction extends, as well as with adjusting means (40; 45; 60; 70) which the workpiece Align (20) so that the surface to be coated during the Coating process perpendicular to the coating jet (P) stands. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Transportsystem (16), welches das Werkstück (20) in die Bearbeitungsstation (14) transportiert und dort in eine Bearbeitungsposition bringt.Apparatus according to claim 1 with a transport system (16) which the workpiece (20) is transported to the processing station (14) and there in a processing position. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Justiermittel eine Verstelleinrichtung (40) umfassen, mit welcher das Transportsystem (16) zumindest im Bereich der Bearbeitungsstation (14) kippbar und/oder schwenkbar ist.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the adjusting means Adjustment device (40) with which the transport system (16) can be tilted at least in the area of the processing station (14) and / or is pivotable. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf dem Transportsystem eine Halterung (45) zur Aufnahme des Werkstücks (20) vorgesehen ist, mit welcher Halterung (45) das Werkstück (20) kippbar und/oder schwenkbar bezüglich des Transportsystems (16) ist.Device according to one of the preceding claims, wherein on the Transport system a holder (45) for receiving the workpiece (20) is provided with which holder (45) the workpiece (20) is tiltable and / or pivotable with respect to the transport system (16). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Positioniereinrichtung (60), mit welcher das Werkstück (14) in der Bearbeitungsstation (14) gegriffen, ausgerichtet und während des Beschichtens gehalten werden kann.Device according to one of the preceding claims with a Positioning device (60) with which the workpiece (14) in the Processing station (14) gripped, aligned and during the Coating can be kept. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Aushebeeinrichtung (70), mit welcher das Werkstück (20) zumindest teilweise von dem Transportsystem (16) abhebbar ist. Device according to one of the preceding claims with a Lifting device (70) with which the workpiece (20) at least can be partially lifted off the transport system (16). Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Brenner (2) vorgesehen sind, um zwei Flächen gleichzeitig zu beschichten.Device according to one of the preceding claims, wherein at least two burners (2) are provided to cover two surfaces to coat at the same time. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Brenner (2) ein Plasmabrenner, insbesondere ein rotierbarer Plasmabrenner, istDevice according to one of the preceding claims, in which the burner (2) is a plasma torch, in particular a rotatable one Plasma torch, is Verfahren zum thermischen Beschichten einer Fläche eines Werkstücks (20), wobei mit einem Brenner (2) ein Beschichtungsstrahl (P) erzeugt wird, der sich im wesentlichen senkrecht zur Lotrichtung erstreckt und wobei das Werkstück (20) mit einstellbaren Justiermitteln (40;45;60;70) so positioniert wird, dass die zu beschichtende Fläche während der Beschichtungsvorgangs senkrecht auf dem Beschichtungsstrahl (P) steht.Process for the thermal coating of a surface of a workpiece (20), a coating jet (P) being generated with a burner (2) which extends substantially perpendicular to the perpendicular direction and the workpiece (20) having adjustable adjustment means (40; 45; 60; 70) is positioned so that the surface to be coated during the Coating process perpendicular to the coating jet (P) stands. Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1-8 oder eines Verfahrens nach Anspruche 9 zum Beschichten von Innenflächen, insbesondere Zylinderlaufflächen (23) in Zylinderbohrungen (22) eines Zylinderkurbelgehäuses (20), speziell eines Zylinderkurbelgehäuses, das mindestens zwei Zylinderbohrungen (22) aufweist, deren Längsachsen (A1,A2,A3,A4) nicht parallel zueinander sind.Use of a device according to one of claims 1-8 or a method according to claim 9 for coating inner surfaces, in particular cylinder running surfaces (23) in cylinder bores (22) of a Cylinder crankcase (20), especially a cylinder crankcase, which has at least two cylinder bores (22), the Longitudinal axes (A1, A2, A3, A4) are not parallel to each other.
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