DE10256460B4

DE10256460B4 - Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm und Sprühpistoleneinrichtung

Info

Publication number: DE10256460B4
Application number: DE10256460A
Authority: DE
Inventors: Shinji Yokohama Someno; Akira Yokohama Shimizu; Hidenobu Yokosuka Matsuyama; Nobuyuki Funabashi Kuroki; Masanao Funabashi Yomogizawa; Ken Funabashi Harada; Tadahiro Shimadzu
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: DE10262198B4; US6863931B2; US20030152699A1; DE10256460A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
– Bereitstellen eines Bauteils mit einer zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a),
– Bereitstellen einer Gassprühpistole (21) mit einer Mittelachse, wobei die Gassprühpistole (21) derart in Gegenüberstellung zu der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) angeordnet wird, dass die Mittelachse der Gassprühpistole (21) an einer Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) ausgerichtet wird;
– Zuführen eines Sprühmaterials zu der Gassprühpistole (21),
– Schmelzen des Sprühmaterials mit einer Verbrennungsflamme (53),
– Führen der Gassprühpistole (21) durch eine translatorische Bewegung in einer Bewegungsrichtung entlang der Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a); und
– Aufsprühen des geschmolzenen Sprühmaterials auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) zur Bildung des Beschichtungsfilmes (39) auf der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sprühmaterial auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) in einer Sprührichtung (1) gesprüht wird,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Sprühpistoleneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.

Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. N7-62519 gibt ein Verfahren zum Ausbilden eines aufgesprühten Beschichtungsfilms auf einer Innenoberfläche wie etwa einer zylindrischen Innenoberfläche eines Zylinderblocks in einem Motor an. Insbesondere wird bei einem derartigen Verfahren wie in 12 gezeigt eine Sprühpistole 3 verwendet, die in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung gedreht und in einer durch den Pfeil B angegebenen vertikalen Richtung innerhalb eines Bauteils 1 mit einer zylindrischen Innenoberfläche 1a bewegt wird. Mit der Sprühpistole 3 sind eine Plasmasprühmaschine 5, eine Pulverzuführeinrichtung 7, ein Gaszylinder 11 und ein Gaszylinder 13 verbunden. Die Pulverzuführeinrichtung 7 enthält ein pulverartiges Sprühmaterial 9 und ist mit einem Gaszylinder 17 verbunden, in dem ein Pulverzuführgas wie etwa Stickstoff, Helium oder ähnliches enthalten ist.

Bei einem derartigen Aufbau wird die Sprühpistole 3 mit dem pulverartigen Sprühmaterial 9 aus der Pulverzuführeinrichtung 7 versorgt. Während die Plasmasprühmaschine 5 mit Gasen wie etwa Argon, Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder ähnlichem bzw. einer entsprechenden Mischung dieser Gase aus den Gaszylindern 11, 13 versorgt wird, bildet die Plasmasprühmaschine 5 einen Plasmabogen an einer Sprühdüse 3a der Sprühpistole 3. Das Sprühmaterial 9 wird in einem derartigen Plasmabogen geschmolzen, wobei das geschmolzene Sprühmaterial 9 auf die zylindrische Innenoberfläche 1a des Bauteils 1 gesprüht wird, um den aufgesprühten Beschichtungsfilm 15 auf der zylindrischen Innenoberfläche 1a zu bilden.

Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass, da die durch die Plasmasprühmaschine gebildete Verbrennungsflamme eine hohe Temperatur aufweist, eine Sprühpistole 3, die vertikal und wiederholt vor und zurück bewegt wird, beim Sprühen mit einer erhöhten Geschwindigkeit geführt werden muss, um das Schmelzen des Substratmaterials (eines Bauteils 1 mit einer zylindrischen Innenoberfläche 1a) zu verhindern. Wenn das Sprühen während der vorwärts und rückwärts gerichteten Bewegung der Sprühpistole 3 kontinuierlich durchgeführt wird, kann bei dem Sprühen in der rückkehrenden Bewegung der Fall auftreten, dass während der nach vorne gerichteten Bewegung nicht geschmolzene Partikel in dem aufgesprühten Beschichtungsfilm eingeschlossen werden, d.h. dass eine sogenannte sekundäre Haftung auftritt, die eine Verschlechterung der Eigenschaften des aufgesprühten Beschichtungsfilmes wie etwa eine Ablösung des aufgesprühten Beschichtungsfilmes und eine Verstärkung der Poren in dem aufgesprühten Beschichtungsfilm zur Folge hat. Insbesondere wurde festgestellt, dass wie in 13 gezeigt in einem Querschnitt des aufgesprühten Beschichtungsfilmes 15 auf der Innenoberfläche 1a des Substratmaterials (Bauteils 1) die nicht geschmolzenen Partikel PA in dem aufgesprühten Beschichtungsfilm 15 eingeschlossen werden können.

Eine Untersuchung der Ausrichtung der Sprühdüse 3a macht zum Beispiel deutlich, dass bei einem Aufbau, in dem die Sprühdüse 3a das Sprühen in einem Vorwärtsbereich der Bewegungsrichtung der Sprühpistole 3 durchführt, die Wahrscheinlichkeit des Aufgreifens derartiger nicht geschmolzener Partikel höher ist.

Die vorliegende Erfindung beruht auf den oben beschriebenen Untersuchungen.

Um weiterhin durch einen vorbereitenden Schritt bei der Ausbildung eines derartigen aufgesprühten Beschichtungsfilmes die Haftungskraft des aufgesprühten Beschichtungsfilmes zu erhöhen, wurde eine Studie durchgeführt, in der ein Verfahren zum Ausbilden einer Innenoberfläche eines Zylinderblocks mit einer rauen Oberfläche entwickelt wurde (japanische Patentanmeldung Nr. 2000-350056: nicht vorveröffentlicht).

Insbesondere wird wie in 14A gezeigt ein Gewindeschneidwerkzeug (im Folgenden einfach als Werkzeug bezeichnet) 101 verwendet, um eine zylindrische Innenoberfläche 1a des Bauteils 1 zu schneiden. Weiterhin wird in der Zeichnung die Richtung, in der das Werkzeug 101 geführt wird, durch einen Pfeil F angegeben, während die Richtung, in der Späne ausgestoßen werden, durch den Pfeil 0 angegeben wird.

Während eines derartigen Schneidens werden Späne erzeugt, deren Form in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (d.h. vom Abstand der geschnittenen Gewindegänge) und dem Spanwinkel des Werkzeugs 101 abhängt. Wenn dabei in geeigneter Weise die richtige Form der Späne gefunden wird, indem die Geschwindigkeit und der Spanwinkel des Werkzeugs 101 auf verschiedene Weise geändert werden, kann die Verarbeitung derart durchgeführt werden, dass die Späne eines Vertiefungsteils 105 während des Gewindeschneidens einen Gratteil positiv beeinflussen.

Das Gewindeschneiden wird dabei nämlich derart durchgeführt, dass die Späne 109 nicht nur wie bei einem allgemeinen Gewindeschneiden in dem Vertiefungsteil gebildet werden, sondern es erfolgt wie in 14B gezeigt eine gleichmäßige Spanbildung, wobei nicht nur der Vertiefungsteil 105, sondern auch der Gratteil 107 geschabt werden, sodass eine aufgebrochene Oberfläche 111 in einem verbleibenden Bereich des geschnittenen Gratteils 107 vorgesehen wird.

Bei einem Aufbau, in dem die zylindrische Innenoberfläche 1a des Bauteils mit einem Vertiefungsteil 105 und einer aufgebrochenen Oberfläche 111 ausgebildet wird, können die Eigenschaften des aufgesprühten Beschichtungsfilmes beeinträchtigt werden und insbesondere eine Verschlechterung der Haftkraft des aufgesprühten Beschichtungsfilmes oder eine Ablösung des aufgesprühten Beschichtungsfilmes verursacht werden, wenn der aufgesprühte Beschichtungsfilm nicht auf der aufgebrochenen Oberfläche 111 ausgebildet wird oder wenn er dort aufgesprüht wird, aber im Vergleich zu dem aufgesprühten Beschichtungsfilm im Vertiefungsteil 105 extrem dünn ist.

Vorzugsweise wird deshalb der aufgesprühte Beschichtungsfilm in dem Vertiefungsteil 105 und auf der aufgebrochenen Oberfläche 111 mit einer entsprechenden Dicke und mit einer möglichst gleichmäßigen Filmoberfläche vorgesehen.

WO 00137706 A1 betrifft ein Verfahren zum thermischen Beschichten von Innenflächen, insbesondere zur Oberflächenvergütung von Zylinderlaufflächen. Dieses Verfahren verwendet einen Brennerschaft, der im Inneren des zu beschichtenden Zylinders gegenüber der Zylinderwandung so angeordnet ist, dass eine Mittelachse des Brennerschaftes an der Mittelachse des Zylinders ausgerichtet ist. Zum thermischen Beschichten wird ein Sprühmaterial dem Brennerschaft zugeführt, das in einer Plasmaflamme aufgeschmolzen wird. Der Brennerschaft wird translatorisch entlang der Mittelachse des Zylinders geführt, so dass die Innenfläche des Zylinders beschichtet wird. Wenn der Brennerschaft in die Zylinderbohrung eingeführt wird, ist die Sprührichtung so ausgerichtet, dass der Sprühstrahl der Bewegung des Brennerschaftes vorauseilt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm sowie eine Sprühpistoleneinrichtung anzugeben, um einen Beschichtungsfilm zuverlässig mit einer ausreichenden Qualität aufzubringen.

Für ein Verfahren wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm mit der Kombination der Merkmale des Anspruchs 1.

Für eine Vorrichtung wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Sprühpistoleneinrichtung mit der Kombination der Merkmale des Anspruches 13.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1A eine schematische Teilquerschnittansicht, die eine Sprühpistole einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform und einen Schritt zum Vorheizen der zylindrischen Innenoberfläche eines Bauteils zeigt, wobei die Sprühpistole zum Ausbilden eines aufgesprühten Beschichtungsfilmes auf der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils verwendet wird.
1B eine schematische Teilquerschnittansicht, die einen Schritt zum Sprühen von geschmolzenen partikeln auf die zylindrische Innenobertläche des Bauteils nach dem Schritt von 1A zeigt,
2 eine schematische Querschnittansicht des Bauteils, die einen Zustand zeigt, in dem der aufgesprühte Beschichtungsfilm auf der zylindrischen Innenobertläche des Bauteils mittels der Schritte von 1A und 1B ausgebildet ist,
3 eine Vorderansicht einer Verbindungsstange, die als weiteres Beispiel für ein Bauteil mit der zylindrischen Innenoberfläche verwendet werden kann,
4A eine schematische Querschnittansicht, die detaillierte Konfigurationen eines Vertiefungsteils und einer aufgebrochenen Oberfläche zeigt, die durch das Schneiden der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils mit Hilfe eines Gewindeschneidwerkzeugs hergestellt wird,
4B eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der aufgesprühte Beschichtungsfilm ungleichmäßig in dem in 4A gezeigten Querschnitt ausgebildet ist,
5A eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der aufgesprühte Beschichtungsfilm gleichmäßig in dem in 4A gezeigten Querschnitt ausgebildet ist,
5B eine schematische Querschnittansicht, die einen Bereich eines Neigungswinkels der Sprühpistole in dem Querschnitt von 4A zeigt,
6 eine schematische Querschnittansicht, die einen Schritt zum Sprühen von geschmolzenen Partikeln auf die zylindrische Innenobertläche des Bauteils unter Verwendung der Sprühpistole einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt,
7 eine schematische Querschnittansicht, die eine Sprühpistole einer Ausführungsform gemäß der technischen Lehre zeigt,
8 eine vergrößerte Querschnittansicht, die das Spitzenende der Sprühpistole in einem größeren Maßstab zeigt,
9 ein Zeitdiagramm für die Operationen der Sprühpistole der vorliegenden Ausführungsform,
10A eine schematische Teilquerschnittansicht, die einen Schritt zum Vorheizen einer zylindrischen Innenoberfläche eines Bauteils zeigt, wenn der aufgesprühte Beschichtungsfilm auf der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet wird,
10B eine schematische Teiiquerschnittansicht, die einen Schritt zum Zuführen eines Sprühmaterials nach dem Schritt von 10A zeigt,
10C eine schematische Teilquerschnittansicht, die einen Schritt zum Sprühen von geschmolzenen Partikeln auf die zylindrische Innenobertläche des Bauteils nach dem Schritt von 10B zeigt,
11 ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Sprüh- und Führungsgeschwindigkeit und der maximalen Temperaturdifferenz auf dem Umfang der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils in der Sprühpistole der vorliegenden Erfindung zeigt,
12 eine Ansicht eines Schrittes zum Ausbilden des aufgesprühten Beschichtungsfilms auf der zylindrischen Innenobertläche des Bauteils in dem Aufbau gemäß den durch die vorliegenden Erfinder durchgeführten Studien,
13 eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem auf der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils der aufgesprühte Beschichtungsfilm mittels des Schritts von 12 ausgebildet wurde,
14A eine schematische Querschnittansicht, die einen Flusszustand von Spänen während der Schneideoperation zeigt, wenn ein Gewindeschneidewerkzeug gemäß den Untersuchungen der vorliegenden Erfinder verwendet wird, um die zylindrische Innenoberfläche des Bauteils zu schneiden, und
14B eine schematische Querschnittansicht, die einen Status zeigt, in dem die aufgebrochene Oberfläche ausgebildet wurde, wobei während des Schneidens von 14A Späne erzeugt wurden.
Im Folgenden werden Produkte mit aufgesprühten Beschichtungsfilmen, entsprechende Herstellungsverfahren und in den Verfahren zu verwendende Sprühpistolen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird mit Bezug auf 1A bis 3 ein Verfahren zum Herstellen eines Produktes mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm oder ähnlichem beschrieben.
1A ist eine schematische Teilquerschnittansicht, die einen Aufbau einer Sprühpistoleneinrichtung S1 der vorliegenden Ausführungsform und einen Schritt zum Vorheizen der zylindrischen Innenoberfläche eines Bauteils zeigt, wenn der aufgesprühte Beschichtungsfilm auf der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils unter Verwendung einer derartigen Sprühpistole ausgebildet wird, und 1B ist eine schematische Teilquerschnittansicht, die einen Schritt zum Aufsprühen von geschmolzenen Partikeln auf die zylindrische Innenoberfläche des Bauteils nach dem Schritt von 1A zeigt.
Wie in 1A und 1B gezeigt, wird die vorliegende Ausführungsform in Bezug auf die Anwendung für einen Zylinderblock aus einer Aluminiumlegierung für einen Kraftfahrzeugmotor beschrieben. Das Bauteil weist eine zylindrische Innenoberfläche auf, wobei die zylindrische Innenoberfläche 19a des Bauteils die Innenoberfläche eines derartigen Zylinderblocks (19) sein kann. Weiterhin wird angenommen, dass der Zylinderblock 19 zuvor einem Gussschritt und einem Bearbeitungsschritt unterworfen wurde, wobei die Innenoberfläche 19a nach dem Gießen mit einer gewünschten Rauheit ausgebildet wurde. Eine Sprühpistole 21 (Gassprühpistole) wird gegenüber der Innenoberfläche 19a angeordnet, wobei die zentrale Achse der Sprühpistole 21 mit der Mittelachse X (zentrale Achse) der Innenoberfläche 19a ausgerichtet ist, damit ein Eisenmetallmaterial als Sprühmaterial aus einer Sprühdüse 21a auf die Innenoberfläche 19a gesprüht werden kann, um einen aufgesprühten Beschichtungsfilm auf der Innenoberfläche 19a zu bilden.
Insbesondere wird in der Sprühpistoleneinrichtung S1 zu der Sprühpistole 21 ein Draht 23, der ein Eisenmetallmaterial mit einem Hauptbestandteil an Eisen als Sprühmaterial enthält, von einem Drahtzuführer 25 zugeführt, und es wird ein Brenngas über ein Rohr 31 aus einem Brenngaszylinder 27, der ein Brenngas wie Acetylen, Propan oder Ethylen enthält, sowie Sauerstoffgas über ein Rohr 33 aus einem Sauerstoff-Zylinder 29, der Sauerstoff, Verbrennungsgas und Sauerstoffgas enthält, zugeführt, um eine Verbrennungsflamme 53 zum Schmelzen des Drahtes 23 vorzusehen. Weiterhin wird zu der Sprühpistole 21 komprimierte Luft über ein Rohr 34 von einem Kompressor 30 zugeführt, um den Draht 23 in der Form von geschmolzenem Sprühmaterial auf die Innenoberfläche 19a zu sprühen.
Weiterhin kann die Sprühpistole 21 um die Mittelachse X wie durch den Pfeil C angegeben gedreht und für eine Translationsbewegung in vorwärts und rückwärts erfolgenden Teilbewegungen in Bezug auf die Innenoberfläche 19a wie durch die Pfeile D und E angegeben geführt werden.
Weiterhin ist die Sprühdüse 21a der Sprühpistole 21 nicht mit einem rechten Winkel zu der Innenoberfläche 19a ausgerichtet, sondern mit einem Winkel von α = 80° zu der Mittelachse X der Sprühpistole 21 geneigt, sodass die Sprühdüse 21a in Bezug auf eine Richtung E, in der die Translationsbewegung in der rückwärts gerichteten Teilbewegung erfolgt, wie in 1B gezeigt geneigt ist. Weiterhin ist zu beachten, dass sofern für die vorliegende und die folgenden Ausführungsformen keine speziellen Angaben gemacht werden, der Winkel ein spitzer Winkel ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Zylinderblocks 19 mit dem aufgesprühten Beschichtungsfilm unter Verwendung der Sprühpistoleneinrichtung S1 mit dem oben genannten Aufbau beschrieben, in dem der aufgesprühte Beschichtungsfilm 39 auf der Innenobertläche 19a des Zylinderbocks 19 ausgebildet wird.
Zuerst werden die Sprühbedingungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben: der Draht 23 wird mit einer Zuführrate im Bereich zwischen 900 und 1600 mm/min zugeführt, die Sprühpistole 21 wird mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 2500 und 2500 1/min gedreht. Die Sprühpistole 21 wird mit einer Bewegungsgeschwindigkeit (mit einer vorwärts und rückwärts gerichteten Geschwindigkeit in einer vertikalen Richtung) im Bereich zwischen 90 und 160 mm/min geführt, der Sprühwinkel α beträgt 80°. Der Druck, mit dem Sauerstoffgas aus dem Sauerstoffgaszylinder 29 zugeführt wird, liegt im Bereich zwischen 29,4x10⁴ und 53,9x10⁴ Pa, die Flussrate, mit der Sauerstoffgas aus dem Sauerstoffzylinder 29 zugeführt wird, liegt im Bereich zwischen 48,3 und 139,3 l/min.
Der Druck, mit dem das Brenngas aus dem Brenngaszylinder 27 zugeführt wird, liegt im Bereich zwischen 9,8x10⁴ und 34,3x10⁴ Pa, die Flussrate, mit der das Brenngas aus dem Brenngaszylinder 27 zugeführt wird, liegt im Bereich zwischen 8,6 und 22,3 l/min und der Druck, mit dem die komprimierte Luft zu der Sprühpistole 21 zugeführt wird, liegt im Bereich zwischen 34,3x10⁴ und 68,6x10⁴ Pa.
Tabelle 1
Unter den oben genannten Sprühbedingungen wird zu Beginn wie in 1A gezeigt die Sprühpistole 21 in der durch den Pfeil C angegebenen Richtung gedreht und in der vorwärts gerichteten Teilbewegung wie durch den Pfeil D angegeben nach unten bewegt. Während einer derartigen Translationsbewegung nach unten wird der Drahtzuführer 25 nicht betrieben, um den Draht 23 zuzuführen, wobei eine Mischung aus Brenngas aus dem Brenngaszylinder und Sauerstoffgas aus dem Sauerstoffgaszylinder 29 gezündet wird, um die Verbrennungsflamme 35 zu bilden. Diese Verbrennungsflamme 35 wird über die Innenoberfläche 19a geführt, um die gesamte Innenoberfläche 19a vorzuheizen.
Wenn dann die Sprühpistole 21 wie in 1B gezeigt zu einem unteren Ende der Innenoberfläche 19a gelangt ist, wird die Sprühpistole 21 in der rückwärts gerichteten Teilbewegung wie durch den Pfeil E angegeben nach oben bewegt, wobei sie in der durch den Pfeil C angegeben Richtung gedreht wird. Während einer solchen nach oben gerichteten Translationsbewegung wird der Draht 23 von dem Drahtzuführer 25 zugeführt, um zu veranlassen, dass der Draht 23 durch die Verbrennungsflamme 53 geschmolzen wird, die durch das Zünden der Mischung aus Brenngas aus dem Brenngaszylinder 27 und Sauerstoffgas aus dem Sauerstoffgaszylinder 29 gebildet wird, sodass die geschmolzenen Partikel 37 (die hier gelegentlich auch als Sprühpartikel bezeichnet werden) von der Sprühdüse 21a auf die gesamte Innenoberfläche 19a gesprüht werden, um den aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 auf der gesamten Innenoberfläche 19a zu bilden und um einen Zylinderblock 19 mit einem solchen aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 zu erhalten.
Insbesondere konnte bestätigt werden, dass die Innenoberfläche 19a der Bohrung mit einem Innendurchmesser von ungefähr 90 mm und einer Höhe von 120 mm vorteilhaft mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 mit einer Filmdicke im Bereich zwischen 100 μm und 400 μm gebildet wurde.
In 2 ist eine schematische Querschnittansicht eines durch ein Mikroskop betrachteten Querschnitts in einem Zustand gezeigt, in dem der aufgesprühte Beschichtungsfilm 39 auf der Oberfläche (Innenoberfläche 19a) des als Substratmaterial dienenden Zylinderblocks 19 ausgebildet wurde. Mit Bezug auf 2 wird deutlich, dass keine ungeschmolzenen Partikel in dem aufgesprühten Beschichtungsfilm eingeschlossen sind.
Bei dem oben genannten Aufbau wird der Schritt zum Ausbilden des aufgesprühten Beschichtungsfilmes 39 ausgeführt, indem die Sprühpistole 21 einmal nach oben (in der rückwärts gerichteten Teilbewegung) geführt wird. In dieser Translationsbewegung in nur eine Richtung, wobei bei einer derartigen Bewegung die Richtung 1, in der das Sprühen durch die Sprühdüse 21a erfolgt, mit einem Winkel von 80° in Bezug auf die Mit telachse X ausgerichtet ist, ist die Sprühdüse wie in 1B gezeigt zu einer Rückwärtsseite der Bewegungsrichtung ausgerichtet, in der sich die Sprühpistole 21 für die Translationsbewegung bewegt. Auf diese Weise kann das Einschließen von nicht geschmolzenen Partikeln in den aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 vermieden werden, um eine Verschlechterung der Eigenschaften des aufgesprühten Beschichtungsfilmes zu verhindern und einen aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 mit hervorragenden Filmeigenschaften und einer hohen Zuverlässigkeit zu erhalten.
Weil weiterhin die Verbrennungsflammen 35, 53 durch die Sprühpistole 21 des Gasdrahtrahmentyps mit einer niedrigeren Temperatur gebildet wird als durch eine Sprühpistole des Plasmatyps, wird auch dann, wenn der aufgesprühte Beschichtungsfilm 39 auf der gesamten Innenoberfläche 19a während der einmaligen Bewegung nach oben ausgebildet wird, kein wesentliches Schmelzen der Innenoberfläche 19a verursacht, sodass der aufgesprühte Beschichtungsfilm 39 zuverlässig erhalten wird.
Weil die Innenoberfläche 19a während der nach unten gerichteten Teilbewegung der Sprühpistole 21 vorgeheizt wird, wird während der zurückkehrenden Teilbewegung, in der die geschmolzenen Partikel 37 auf die Innenoberfläche 19a gesprüht werden, die Haftungskraft des aufgesprühten Beschichtungsfilms 39 erhöht, sodass der aufgesprühte Film 39 mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten wird.
Weil weiterhin die Innenobertläche 19a des Zylinderblocks 19 aus einer Aluminiumlegierung mit einem Sprühmaterial besprüht wird, das aus einem Eisenmetallmaterial mit dem Hauptbestandteil Eisen besteht, kann ein leichter Aufbau für den Zylinderblock erhalten werden, ohne dass ein Zylinderfutter aus einem Eisenmetallmaterial in die Innenoberfläche der Bohrung eingesetzt werden muss, wodurch die Anzahl der Komponententeile reduziert werden kann.
Während weiterhin ein Zylinderblock 19 in Verbindung mit einem beispielhaften Fall beschrieben wurde, in dem zuvor der Schritt zum Ausbilden und der Schritt zum Bearbeiten ausgeführt wurden, kann natürlich auch eine zusätzliche Verarbeitung nach dem Aufsprühen des Beschichtungsfilms 39 durchgeführt werden, sofern diese den aufgesprühten Beschichtungsfilm 39 nicht beeinträchtigt.
Das oben beschriebene Aufsprühen eines Beschichtungsfilmes ist natürlich nicht auf die Innenoberfläche eines Zylinderblocks 19 beschränkt, sondern kann wie in 3 gezeigt auf eine Pleuelstange 41 (Verbindungsstange) aus einem Eisenmaterial mit dem Hauptbestandteil Eisen angewendet werden, die als Bauteil mit einer zylindrischen Innenoberfläche verwendet werden kann. Auf die Innenoberfläche 43a eines Pleuellagers 43 (großes Anschlussteil) können dieselben Schritte wie auf die Innenoberfläche des Zylinderblocks angewendet werden, wobei die Innenoberfläche mit einem Sprühmaterial besprüht wird, das aus einem Metallmaterial aus Aluminiumkupfer mit einem Hauptbestandteil aus einer Legierung von Aluminium und Kupfer besteht, um den aufgesprühten Beschichtungsfilm zu bilden.
Bei einem derartigen Aufbau kann auf ein Metallblech für die Innenoberfläche 43a des Pleuellagers 43 verzichtet werden, wodurch die Anzahl der Komponententeile reduziert werden kann. Außerdem kann allgemein eine leichte Struktur erhalten werden, weil das Metallblech gewöhnlich eine Dicke von ungefähr 1,5 mm aufweist, während der aufgesprühte Beschichtungsfilm mit einer reduzierten Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 0,4 mm vorgesehen werden kann.
Mit Bezug auf 4A und 6 wird im Folgenden ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm oder ähnlichem beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform weist denselben Aufbau auf wie die erste Ausführungsform, wobei jedoch ein Zylinderblock, der eine im Rohzustand ausgebildete Innenobertläche aufweist, um durch einen Gewindeschneidprozess eine aufgebrochene Oberfläche zu erzeugen, und eine Verbindungsstange mit einem großen Anschlussteil, das eine im Rohzustand ausgebildete Innenoberfläche aufweist, verwendet werden. Ähnliche Teile werden der einfachere Darstellung halber durch die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform angegeben, wobei hier auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet wird und statt dessen vor allem die Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert werden.
4A ist eine schematische Querschnittansicht, die detaillierte Formen von Vertiefungsteilen und aufgebrochenen Oberflächen zeigt, die durch das Schneiden der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils mit Hilfe eines Gewindeschneidwerkzeugs erhalten werden, und 4B ist eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Beschichtungsfilm auf dem Querschnitt von 4A aufgesprüht ist. Durch die Erfinder durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass beim Schneiden der zylindrischen Innenobertläche 19a des Zylinderblocks 19 unter Verwendung des Gewindeschneidwerkzeugs erzeugte Späne aus dem Vertiefungsteil 105 aufgrund der Zuführgeschwindigkeit und dem Spanwinkel des Werkzeugs positiv einen Gratteil beeinflussen. Dabei ist wie in 4A gezeigt die aufgebrochene Oberfläche 111 mit einem Winkel von θ (20° ≤ θ ≤ 44°) zu der Axialrichtung (die durch eine gerade Linie P parallel zu der Mittelachse X der zylindrischen Innenoberfläche 19a angegeben wird) geneigt.
Wenn dagegen wie zuvor mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben und nun in 4B gezeigt der aufgesprühte Beschichtungsfilm nach dem Gewindeschneiden ausgebildet wird, wird die Sprühpistole 21 in der Axialrichtung wie durch den Pfeil E angegeben in Bezug auf die zylindrische Innenoberfläche 19a des Bauteils bewegt. Dabei führt die Sprühpistole 21 den Sprühvorgang in einer nach hinten ausgerichteten Richtung (in einer zu der Richtung des Pfeils E entgegengesetzten Richtung) entlang der Richtung der Translationsbewegung der Sprühpistole 21 durch, wobei der Sprühvorgang mit einem Neigungswinkel α' (Wechselwinkel zu α) in Bezug auf die Richtung einer durch eine gerade Linie Q parallel zur Mittelachse X der zylindrischen Innenoberfläche 19a angegeben Achse erfolgt.
Bei einem derartigen Aufbau kann allgemein vermieden werden, dass die Sprühbedingungen aufgrund eines Rückpralleffekts der geschmolzenen Partikel gegen das entfernte Ende der Sprühpistole 21 variieren. Es kann außerdem verhindert werden, dass die nicht geschmolzenen Partikeln in dem aufgesprühten Beschichtungsfilm eingeschlossen werden, während der aufgesprühte Beschichtungsfilm über den Vertiefungsteilen 105 ausgebildet wird.
Weitere ausführliche Studien haben gezeigt, dass wenn der Neigungswinkel α' (=α) der Sprührichtung kleiner wird als der Neigungswinkel θ (unter 44°) der aufgebrochenen Oberfläche 111 und wenn kein aufgesprühter Beschichtungsfilm auf der aufgebrochenen Oberfläche 111 ausgebildet wird oder der auf der aufgebrochenen Oberfläche 111 aufgesprühte Beschichtungsfilm 115 dünner ist als der auf dem Vertiefungsteil 105 aufgesprühte Beschichtungsfilm 117, dies eine Verschlechterung der Eigenschaften des auf gesprühten Beschichtungsfilmes wie etwa eine Verminderung der Haftungskraft des aufgesprühten Beschichtungsfilmes oder ein Abfallen bzw. Ablösen des aufgesprühten Beschichtungsfilmes zur Folge haben kann.
In Bezug auf die Bedingungen, unter denen der aufgesprühte Beschichtungsfilm wie in 5A und 5B gezeigt gleichmäßig aufgetragen wird, durchgeführte Studien zeigen, dass vorzugsweise der in der Sprührichtung der Sprühdüse 21a ausgerichtete Neigungswinkel α' (=α) zu der Richtung der Achse (durch den Pfeil Q angegeben) der zylindrischen Innenoberfläche 19a des Bauteils größer als der Neigungswinkel θ zu der geraden Linie Q der gebrochenen Oberfläche 111 ist.
Wenn man nämlich den Fall betrachtet, dass die Translationsbewegung der Sprühpistole 21 während des Sprühens in der durch den Pfeil E in 5A angegebenen Richtung ausgerichtet ist und der Neigungswinkel θ der aufgebrochenen Oberfläche 111 in den Bereich 20° ≤ θ ≤ 44° fällt, sollte der Neigungswinkel α' (=α) der Sprühpistole 21 vorzugsweise in den Bereich 44° ≤ α' (=α) ≤ 90° fallen. Mit anderen Worten sollte ein Winkel β der Sprühpistole 21 von 5B vorzugsweise in den zulässigen Bereich 0° < β < 46° fallen. Weiterhin gibt eine gerade Linie H in 5B eine Durchmesserrichtung an, welche die Axialrichtung (die durch die gerade Linie Q in 5A angegebene Richtung) der zylindrischen Innenoberfläche 19a des Bauteils schneidet.
Eine zusammenfassende Übersicht über die Schritte zum Vorheizen der zylindrischen Innenoberfläche des Bauteils unter Verwendung der Sprühpistoleneinrichtung S2 der vorliegenden Ausführungsform, für die eine derartige Sprühpistole 21 mit dem Neigungswinkel α' (=α) angewendet wird, und zum nachfolgenden Ausbilden des aufgesprühten Beschichtungsfilmes über der zylindrischen Innenobertläche des Bauteils ist in 6 gezeigt. Weil diese Schritte unter denselben Sprühbedingungen wie in der ersten Ausführungsform mit Ausnahme des Schrittes von 1B zusammen mit dem präzise definierten Wert des Neigungswinkels α der Sprühpistole 21 durchgeführt werden, um den Zylinderblock mit dem aufgesprühten Beschichtungsfilm zu erhalten, wird hier auf eine ausführliche Beschreibung derselben verzichtet.
Weiterhin kann der oben beschriebene aufgesprühte Beschichtungsfilm genauso wie in der ersten Ausführungsform auch auf die Verbindungsstange angewendet werden, und für den Fall, dass die Innenoberfläche des Pleuellagers einem Gewindeschneiden unterworfen wird, kann der aufgesprühte Beschichtungsfilm zuverlässig unter Verwendung desselben Neigungswinkels der Sprühpistole wie oben in Verbindung mit dem Zylinderblock beschrieben ausgebildet werden.
Bei einem derartigen Aufbau kann die Anzahl der Komponententeile reduziert werden, sodass eine leichte Struktur erhalten wird.
Mit Bezug auf 7 bis 10C wird im Folgenden ein Verfahren zum Herstellen eines Produktes mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm oder ähnlichem beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform weist einen Aufbau auf, in dem die Richtungen, in denen Wärme und die Sprühpartikel der Sprühpistole eingeführt werden, variiert werden können. Weil die dritte Ausführungsform denselben Aufbau wie die erste Ausführungsform mit Ausnahme der Fähigkeit zum Vorsehen des aufgesprühten Beschichtungsfilmes mit besseren Filmeigenschaften mit einem höheren Freiheitsgrad aufweist, werden ähnliche Teile durch gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform angegeben, wobei der Einfachheit halber vor allem die Unterschiede der vorliegenden Ausführungsform betrachtet werden.
7 ist eine schematische Teilquerschnittansicht eines Gesamtaufbaus einer Sprühpistoleneinrichtung 53 der vorliegenden Ausführungsform, und 8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die ein Spitzenende der Sprühpistole der Sprühpistoleneinrichtung S3 der vorliegenden Ausführungsform im größeren Maßstab zeigt.
Wie in 7 und 8 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die zylindrische Innenoberfläche des Bauteils die Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19 aus einer Aluminiumlegierung für einen Kraftfahrzeugmotor, wobei die Sprühpistole 21 entlang der Mittelachse X der Innenoberfläche 19a eingeführt wird, sodass die zentrale Achse der Sprühpistole 21 mit der X-Achse ausgerichtet ist, damit das geschmolzene Eisenmetallmaterial als Sprühmaterial von der Sprühdüse 21a auf die Innenoberfläche 19a gesprüht werden kann, um den aufgesprühten Beschichtungsfilm auf der Innenoberfläche 19a auszubilden.
Insbesondere wird zu der Sprühpistole 21 der Draht 23 aus Eisenmetallmaterial als Sprühmaterial von dem Drahtzuführer 25 zugeführt und wird Brenngas über das Rohr 31 aus dem Brenngaszylinder 27, der Brenngas wie etwa Acetylen, Propan und Ethylen speichert, und Sauerstoffgas über das Rohr 33 aus dem Sauerstoffgaszylinder 29, der Sauerstoff speichert, zugeführt.
Der Draht 23 wird durch eine Drahtzuführöffnung 47, die sich vertikal durch einen zentralen Teil erstreckt und als Zuführabschnitt für das Sprühmaterial dient, von einem oberen Ende nach unten eingeführt. Weiterhin werden das Brenngas und das Sauerstoffgas zu einer Gasflussleitung 51 geführt, die in einem zylindrischen Teil 49 in einem Bereich außerhalb der Drahtzufuhröffnung 47 ausgebildet ist und sich vertikal durch dieselbe erstreckt. Eine Mischung aus dem Brenngas und dem Sauerstoffgas, die derart zugeführt werden, fließt aus einem Öffnungsteil am unteren Ende 51a der Gasflussleitung 51 und wird gezündet, um eine Verbrennungsflamme 53 zu bilden.
Am Außenumfang des zylindrischen Teils 49 ist eine Zerstäubungsluftflussleitung 55 als eine erste Gasleitung gebildet. Weiterhin ist an einer anderen Außenumfangsseite eine Beschleunigungsluftflussleitung 61 als zweite Gasleitung zwischen einer Trennwand 57 und einer Außenwand 59 vorgesehen, die beide in zylindrischen Formen ausgebildet sind.
Durch die Zerstäubungsluftflussleitung 55 fließende Zerstäubungsluft führt als erstes Gas die Wärme der Verbrennungsflamme 53 in einen Vorwärtsbereich (in 8 unten), wobei sie einen Umfangsbereich kühlt und den geschmolzenen Draht 23 in den Vorwärtsbereich führt. Weiterhin führt die Beschleunigungsluft als zweites Gas, das durch die Beschleunigungsluftleitung 61 fließt, den derart zugeführten geschmolzenen Draht 23 in der Form von geschmolzenen Partikeln 95 (die den geschmolzenen Partikeln 37 in der ersten Ausführungsform entsprechen) zu der Innenoberfläche 19a in einer Richtung, welche die Zuführrichtung des Drahtes 23 schneidet, um den Beschichtungsfilm 39 auf der gesamten Innenoberfläche 19a aufzusprühen.
Die Zerstäubungsluft wird aus einer Zerstäubungsluftzufuhrquelle 63 über ein Luftzuführrohr 67 mit einem Druckreduktionsventil 65 zu der Zerstäubungsluftflussleitung 55 geführt. Dagegen wird die Beschleunigungsluft aus einer Beschleunigungsluftzufuhrquelle 69 über ein Luftzufuhrrohr 75 mit einem Druckreduktionsventil 71 und einem Mikrodampffilter 73 zu der Beschleunigungsluftflussleitung 61 geführt. Die Zerstäubungsluftflussleitung 55 und die Beschleunigungsluftflussleitung 61 sind nämlich in voneinander getrennten Systemen vorgesehen.
Die Trennwand 57 zwischen der Zerstäubungsluftflussleitung 55 und der Beschleunigungsluftflussleitung 61 weist eine untere Seite mit einem Endteil auf, der mit einem sich drehenden Zylinderteil 79 ausgestattet ist, der über ein Lager 77 relativ zu der Außenwand 59 gedreht werden kann. An einem oberen Umfangsteil des Drehzylinderteils 79 ist ein Rotationsblatt 81 fixiert, das in der Beschleunigungsluftflussleitung 61 angeordnet ist. Die durch die Beschleunigungsluftflussleitung 61 fließende und auf das Rotationsblatt 81 wirkende Beschleunigungsluft dreht das Rotationsblatt 79.
Fest an einer Spitzenendoberfläche 79a eines unteren Endes des Drehzylinderteils 79 ist ein Spitzenglied 83 befestigt, das sich zusammen mit dem Drehzylinderteil 79 dreht. An einem Teil einer Umfangskante des Spitzenglieds 83 ist ein vorstehender Teil 87 ausgebildet, der eine Strahlflussleitung 85 umfasst, die mit der Beschleunigungsluftflussleitung 61 über das Lager 77 kommuniziert. Weiterhin weist das Lager 77 feine Spalten auf, um den Durchgang der Beschleunigungsluft zu gestatten.
Die Strahlflussleitung 85 umfasst eine Basisflussleitung 85a, die kontinuierlich zu der Beschleunigungsluftflussleitung 61 und im Wesentlichen mit dieser ausgerichtet vorgesehen ist, sowie eine Spitzenflussleitung 85b, die sich einem unteren Ende der Basisflussleitung 85a mit einem Winkel von 80° zu der Mittelachse X der Innenobertläche 19a krümmt, um sich zu der Innenoberfläche 19a zu öffnen. Eine Spitzenöffnung der Spitzen flussleitung 85b bildet die Sprühdüse 21a der Sprühpistole 21.
In einem Umfangsteil an einem Bereich mit Ausnahme des vorstehenden Teils 87 des Spitzengliedes 83 ist ein plattenähnlicher Teil 89 ausgebildet, mittels dem eine Spitzenöffnung der Beschleunigungsluftflussleitung 61 bedeckt wird.
Die Zerstäubungsluftflussleitung 55 umfasst schräge Wände 79b, 83a, die derart ausgebildet sind, dass sich ein Spitzenteil, d.h. ein entferntes Ende des Drehzylinderteils 79, und ein im Spitzenglied 83 ausgebildeter Bereich verjüngen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf das Zeitdiagramm von 9, das die Beziehung zwischen der Zeit t und einem mit der Zerstäubungsluft und der Beschleunigungsluft assoziierten Druck P angibt, sowie mit Bezug auf 10A bis 10C, die verschiedene Operationen darstellen, eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen des Zylinderblocks 19 mit dem aufgesprühten Beschichtungsfilm gegeben, wobei die Sprühpistoleneinrichtung S3 mit dem oben beschriebenen Aufbau zum Aufsprühen des Beschichtungsfilmes auf der Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19 verwendet wird. Weiterhin ist in 9 auch eine Zeitvariation im Druck der Zerstäubungsluft durch eine eingepunktete Linie angegeben, während eine Zeitvariation im Druck der Beschleunigungsluft durch eine durchgezogene Linie angegeben ist.
Zuerst werden Brenngas aus dem Brenngaszylinder 27 und Sauerstoffgas aus dem Sauerstoffgaszylinder 29 zu der Gasflussleitung 51 zugeführt, wobei eine aus dem unteren Öffnungsteil 51a der Gasflussleitung 51 austretende Mischung der Gase gezündet wird, um die Verbrennungsflamme 53 zu bilden. Dabei wird damit begonnen, die Zer stäubungsluft mit einem Druck von 0,5 MPa, der durch das Druckreduktionsventil 65 reduziert wird, zu der Zerstäubungsluftflussleitung 55 zuzuführen. Weil die Zufuhr der Zerstäubungsluft die durch die Verbrennungsflamme 53 entwickelte Wärme nach unten abführt, werden Temperaturanstiege in den peripheren Komponententeile vermieden, wodurch eine Kühlungswirkung in den peripheren Komponententeilen erhalten wird.
Wenn dann ein bestimmtes Zeitintervall t₁ abgelaufen ist, nachdem mit der Zufuhr der Zerstäubungsluft begonnen wurde, wird Beschleunigungsluft mit einem Druck von 1,5 MPa, der durch das Druckreduktionsventil 71 reduziert wird, zu der Beschleunigungsluftleitung 61 geführt, wobei Feuchtigkeit, Ölverbindungen und Staub durch den Mikrodampffilter 73 entfernt werden.
Der Durchgang von Beschleunigungsluft aus der Beschleunigungsluftflussleitung 61 über das Rotationsblatt 81 veranlasst, dass sich der Rotationszylinderteil 79 mit dem Spitzenteil 83 relativ zu der Außenwand 59 über das Lager 77 dreht. Weiterhin geht die Beschleunigungsluft durch das Lager 77, um das Lager 77 zu kühlen, fließt durch die Strahlflussleitung 85 und wird danach von der daran vorgesehen Sprühdüse 21a auf die Innenobertläche 19a gesprüht. Die durch die Sprühdüse 21a ausgegebene Beschleunigungsluft wird durch die Wärme der Verbrennungsflamme 53 aus der Zerstäubungsluft begleitet, um wie in 10A gezeigt einen Heißwind 91 zu bilden (das der Verbrennungsflamme 35 in der ersten Ausführungsform entspricht), der wiederum auf die Innenoberfläche 19a gerichtet wird, um das Vorheizen einzuleiten.
In diesem Zustand ist wie in 10A gezeigt das entfernte Ende der Sprühpistole 21 in den Zylinder 19 eingeführt, um in der vorwärts gerichteten Teilbewegung entlang der Innenoberfläche 19a geführt zu werden. Während dieser Translationsbewegung wird noch kein Draht 23 zugeführt und wird das Spitzenglied 83 mit der Sprühdüse 21a der Sprühpistole 21 nach unten geführt und dabei gedreht, sodass der Heißwind aus der Sprühdüse 21a auf die gesamte Innenoberfläche 19a des Zylinders 19 gerichtet wird, um dieselbe vorzuheizen.
Wenn dann die Sprühpistole 21 nach unten bis zum Ende der Innenoberfläche 19a geführt wurde, d.h. das Ende des gewünschten Sprühbereichs erreicht wurde und das Vorheizen der Innenoberfläche 19a abgeschlossen ist, wird die Zufuhr der Zerstäubungsluft zum Zeitpunkt t₂ unterbrochen. Dadurch wird veranlasst, dass Zerstäubungsluft, die durch die Zerstäubungsluftflussleitung 55 fließt, einen Heißwind 93 bildet, der anstelle des Heißwindes 91 für das Vorheizen wie in 10B gezeigt heiße Luft nach unten einführt. Durch die Unterbrechung der Zufuhr von Beschleunigungsluft wird auch eine Unterbrechung der Drehung des Rotationszylinderteils 79 und des Spitzengliedes 83 veranlasst.
Nach der Unterbrechung der Zufuhr von Beschleunigungsluft wird ab dem Zeitpunkt t₂ der Draht 23 aus dem Drahtzuführer 25 zu der Drahtzuführöffnung 47 zugeführt. Der auf diese Weise zugeführte Draht 23 wird durch den Heißwind 93 geschmolzen und zusammen mit dem Heißwind 93 nach unten gestreut, ohne auf die Innenoberfläche 19a gerichtet zu werden. Es kann auch vorgesehen werden, dass zum Zeitpunkt t₂ die Zufuhr von Beschleunigungsluft nicht vollständig unterbrochen wird, sodass der Druck nicht auf null fällt, sondern auf einen derartig niedrigen Pegel reduziert wird, dass der Draht 23, der mit dem durch die Beschleunigungsluft vorgesehenen Heißwind 93 geschmolzen wird, nicht die Innenobertläche 19a erreicht.
Danach wird zum Zeitpunkt t₃ wieder Beschleunigungsluft zu der Beschleunigungsluftflussleitung 61 mit einem Zufuhrdruck von 1,5 MPa zugeführt, während die Sprühpistole 21 in der rückwärts gerichteten Teilbewegung wie in 10C gezeigt nach oben bewegt wird. Wenn die Beschleunigungsluft derart zugeführt wird, führt der aufgrund der Beschleunigungsluft aus der Sprühdüse 21a ausgestoßene Heißwind den geschmolzenen Draht zu und bildet die Sprühpartikel 95, die wiederum mit einem Sprühwinkel, d.h. demselben Neigungswinkel α wie in der ersten Ausführungsform, in einem Rückwärtsbereich der Translationsbewegung der Sprühpistole 21 aufgesprüht werden. Daraus resultiert, dass wie in 7 und 8 gezeigt auf der Innenoberfläche 19a ein aufgesprühter Beschichtungsfilm 39 ausgebildet wird. Der Winkel, mit dem die geschmolzenen Partikel 95 aufgesprüht werden, kann variabel bestimmt werden, indem die Beziehung zwischen der Richtung und dem Druck der Zerstäubungsluft und der Richtung und dem Druck der Beschleunigungsluft entsprechend gewählt wird. Der Sprühwinkel kann frei innerhalb des in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen Sprühwinkelbereichs gewählt werden.
Dabei wird auch während der nach oben gerichteten Bewegung der Sprühpistole 21 wie in 10C gezeigt das Spitzenglied 83 mit der Sprühdüse 21a aufgrund der Beschleunigungsluft gedreht. Deshalb kann bei der nach oben gerichteten Bewegung der Sprühpistole 21 der Beschichtungsfilm 39 auf beinahe der gesamten Innenoberfläche 19a aufgesprüht werden.
Weil bei dem oben genannten Aufbau die Zerstäubungsluft und die Beschleunigungsluft in jeweils separaten Systemen gehandhabt werden, kann der Druck, mit dem die Zerstäubungsluft zugeführt wird, bei einem entsprechenden Wert von 0,5 MPa gehalten werden und kann der Druck, mit dem die Beschleunigungsluft zugeführt wird, bei einem höheren Wert von 1,5 MPa gehalten werden.
Indem der Druck, mit dem die Beschleunigungsluft zugeführt wird, derart erhöht wird, wird die Geschwindigkeit, mit der die Sprühpartikel 95 gestreut werden, auf einem hohen Pegel gehalten, während der Sprühwinkel der Sprühpartikel 95 in dem Rückwärtsbereich der Bewegungsrichtung der Sprühpistole ausgerichtet ist, wodurch die kinetische Energie der auf die Innenobertläche 19a auftreffenden Sprühpartikel 95 erhöht werden kann. Daraus resultiert, dass der Beschichtungsfilm 39 noch dünner auf der Innenoberfläche 39 aufgesprüht werden kann, um einen besonders ebenen Film mit einer höheren Haftungskraft auf der Innenoberfläche 19a und verbesserten Filmeigenschaften wie etwa der Oberflächenrauheit des aufgesprühten Beschichtungsfilmes vorzusehen.
Weiterhin wird damit begonnen, den Draht 23 unter der in 10B gezeigten Bedingung zuzuführen, und sobald der Draht 23 zugeführt wird, wird die Zufuhr der Beschleunigungsluft vor der nach oben gerichteten Bewegung der Sprühpistole 21 unterbrochen. Dabei wird der nach unten gerichtete Heißwind 93 erzeugt, sodass die Sprühpartikel des geschmolzenen Drahtes 23 mit dem Heißwind 93 zu dem Öffnungsteil am unteren Ende des Zylinderblocks 19 ausgestoßen werden. Dadurch kann ohne Vorbereitung einer Maske zuverlässig verhindert werden, dass ein aufgesprühter Beschichtungsfilm auf der Oberfläche eines Randteils 97 des Zylinderblocks 19 ausgebildet wird, wo kein aufgesprühter Beschichtungsfilm benötigt wird.
Weil weiterhin das Lager 77, das den Drehzylinderteil 79 und das Spitzenglied 83 dreht in der Beschleunigungsluftflussleitung 61 angeordnet ist, wird das Lager 77, das durch die von der Verbrennungsflamme 53 ausgestrahlte Wärme auf eine hohe Temperatur erhitzt werden würde durch die Beschleunigungsluft abgekühlt, um seine Lebensdauer zu verlängern.
Weil weiterhin Feuchtigkeit und Ölkomponenten durch den Mikrodampffilter 73 aus der Beschleunigungsluft entfernt werden, wird reine Luft ohne Feuchtigkeit und Ölkomponenten zu dem Lager 77 geführt, sodass eine hohe Leistung des Lagers 77 über eine längere Zeitspanne aufrechterhalten wird.
Weil weiterhin mit der Zufuhr der Beschleunigungsluft zum Zeitpunkt t₁ nach Ablauf des gegebenen Zeitintervalls nach Beginn der Zufuhr der Zerstäubungsluft und der Bildung der Verbrennungsflamme 53 begonnen wird, kann die Verbrennungsflamme 53 stabilisiert werden.
Die Richtungen des Heißwindes 91 von 10A und der Sprühpartikeln 95 von 10C müssen derart ausgerichtet werden, dass sie die Richtung der Translationsbewegung der Sprühpistole 21 schneiden, während andererseits die Richtung des Heißwindes 93 von 10B im wesentlichen parallel zu der Richtung ausgerichtet werden muss, in der sich die Sprühpistole 21 für die Translationsbewegung bewegt. Wenn also die Richtung, in welcher der Heißwind und die Sprühpartikeln der Sprühpistole 21 gesprüht werden, mit einem Winkel zu der zentralen Achse der Sprühpistole 21 ausgerichtet ist, sollte dieser einen maximalen Wert im Bereich von 0° bis 90° aufweisen.
Unter Verwendung des Aufbaus der vorliegenden Ausführungsform wird die zentrale Achse der Sprühpistole 21 entlang der Mittelachse X der Innenoberfläche 19a des Zy linderblocks 19 in Ausrichtung mit der Achse X eingeführt, wobei die Sprühpistole 21 für eine Translationsbewegung entlang der Richtung der zentralen Achse mit einer Geschwindigkeit im Bereich zwischen 90 und 160 mm/min bewegt und dabei um die zentrale Achse gedreht wird, sodass eine Beziehung zwischen der Sprüh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit, die der Geschwindigkeit in der Umfangsrichtung auf einem Umfang der Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19 entspricht, und der maximalen Temperaturdifferenz auf dem Umfang der Innenoberfläche 19a erhalten wird.
11 zeigt die Beziehung zwischen der Sprüh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit v in der Umfangsrichtung auf dem Umfang der Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19, die erhalten wird, wenn die Sprühpistole 21 für eine Translationsbewegung geführt und gedreht wird, und der maximalen Temperaturdifferenz ΔT_MAX auf dem Umfang der Innenoberfläche 19a.
Aus 11 wird deutlich, dass wenn die Sprüh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit erhöht wird, die maximale Temperaturdifferenz auf der Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19 abnimmt und keine Unregelmäßigkeiten in der Temperaturverteilung auf der Innenoberfläche 19a auftreten. Hierzu durchgeführte Studien haben ergeben, dass je größer der Bereich hoher Temperatur in der Temperaturverteilung auf der Innenoberfläche 19a ist, desto größer die durch die Wärme bedingte Spannung ist, was eine Verzerrung des Zylinderblocks 19 und in einigen Fällen eine Beeinträchtigung der mechanischen Stärke des Zylinderblocks 19 zur Folge haben kann. Auch wenn kein wesentlicher Einfluss auf die mechanische Stärke des Zylinderblocks 19 vorliegt, wird eine Restspannung in dem ausgebildeten Beschichtungsfilm verursacht, die zu einer Verschlechterung der Filmeigen schaften wie etwa der Haftungskraft des aufgesprühten Beschichtungsfilmes führen kann.
Um also den Einfluss einer Restspannung auf den aufgesprühten Beschichtungsfilm im wesentlichen zu beseitigen, sollte die maximale Temperaturdifferenz auf der Innenoberfläche 19a des Zylinderblocks 19 vorzugsweise gleich oder kleiner als 150°C sein, sodass die assoziierte Sprüh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit in der Umfangsrichtung auf dem Umfang der Innenoberfläche 19a einen Wert gleich oder höher als 100 m/min aufweisen sollte. Auch wenn in Nachbarschaft zu der Innenoberfläche 19a der Zylinderblock 19 als Dünnfilm ausgebildet ist, sollte die maximale Temperaturdifferenz auf der Innenoberfläche 19a vorzugsweise gleich oder kleiner als 40°C sein und sollte die assoziierte Sprüh- bzw. Bewegungsgeschwindigkeit vorzugsweise einen Wert gleich oder höher 200 m/min aufweisen.
Dasselbe gilt auch für die in Verbindung mit der ersten Ausführungsform genannte Pleuelstange.
Die vorliegende Ausführungsform wurde hauptsächlich auf der Basis der ersten Ausführungsform beschrieben, wobei die vorliegende Ausführungsform natürlich auch in geeigneter Weise auf den Aufbau der zweiten Ausführungsform angewendet werden kann, in der die zylindrische Innenoberfläche einem Gewindeschneiden mit einer rauen Oberfläche unterworfen wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit einem aufgesprühten Beschichtungsfilm, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Bauteils mit einer zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a), – Bereitstellen einer Gassprühpistole (21) mit einer Mittelachse, wobei die Gassprühpistole (21) derart in Gegenüberstellung zu der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) angeordnet wird, dass die Mittelachse der Gassprühpistole (21) an einer Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) ausgerichtet wird; – Zuführen eines Sprühmaterials zu der Gassprühpistole (21), – Schmelzen des Sprühmaterials mit einer Verbrennungsflamme (53), – Führen der Gassprühpistole (21) durch eine translatorische Bewegung in einer Bewegungsrichtung entlang der Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a); und – Aufsprühen des geschmolzenen Sprühmaterials auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) zur Bildung des Beschichtungsfilmes (39) auf der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a), dadurch gekennzeichnet, dass das Sprühmaterial auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) in einer Sprührichtung (1) gesprüht wird, die in einen Rückwärtsbereich der Bewegungsrichtung gerichtet ist und die Gassprühpistole (21) – eine erste Gasleitung (55) umfasst, in der ein erstes Gas strömt, um das durch die Verbrennungsflamme (53) geschmolzene Sprühmaterial in die eine der Richtungen der Mittelachse (X) zu fördern, sowie – eine zweite Gasleitung (61), in der ein zweites Gas strömt, um das in die eine Richtung geförderte Sprühmaterial in eine andere Richtung zu fördern, welche die eine Richtung schneidet, wobei die erste und die zweite Gasleitung (55, 61) jeweils durch separate Systeme gebildet werden und der Druck des zweiten Gases höher als der Druck des ersten Gases ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassprühpistole (21) in einer rückwärts gerichteten Bewegung (E) in Richtung der Mittelachse (X) aus der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) herausgezogen wird und in einer vorwärts gerichteten Bewegung (D) in Richtung der Mittelachse (X) in die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) eingeführt wird, wobei während der vorwärts gerichteten Bewegung (D) die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) mit einer Verbrennungsflamme oder einem Heißwind (91) vorgeheizt wird und während der rückwärts gerichteten Bewegung (E) das Sprühmaterial auf die vorgeheizte zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) gesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassprühpistole (21) während der Bewegung entlang der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) um die Mittelachse (X) gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gassprühpistole (21) mit einer Umfangsgeschwindigkeit gleich oder größer als 100 m/min. in Bezug auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) gedreht wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das durch die Verbrennungsflamme (53) ge schmolzene Sprühmaterial nicht durch die Gassprühpistole (21) aufgesprüht wird, die Zufuhr oder der Druck des zweiten Gases reduziert oder unterbrochen wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasleitung (55) um einen Außenumfang eines Zufuhrabschnittes vorgesehen ist, durch den das Sprühmaterial zugeführt wird, die zweite Gasleitung (61) um einen Außenumfang der ersten Gasleitung (55) vorgesehen ist, und ein Lager (77) in der zweiten Gasleitung (61) angeordnet ist, um das zweite Gas durchzulassen, wodurch das Lager (77) einen Teil der zweiten Gasleitung (61) in Bezug auf die erste Gasleitung (55) drehen kann.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gas durch einen Filter (73), der vor dem Lager (77) in der zweiten Gasleitung (61) vorgesehen ist, gefiltert wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gas zugeführt wird, wenn ein bestimmtes Zeitintervall (t₁) abgelaufen ist, nachdem die Verbrennungsflamme (35) oder der Heißwind (91) gebildet und das erste Gas zugeführt worden ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Innenobertläche (19a, 43a) einen durch einen Gewindeschneidprozess ausgebildeten Vertiefungsteil (105) und eine mit einem bestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) aufgebrochene Oberfläche (111) aufweist, so dass ein in dem Gewindeschneidprozess auszubildender Gratteil (107) durch in dem Gewindeschneidprozess erzeugte Späne abgeschabt wird, wobei ein Winkel zwischen der Sprührichtung (1) der Gassprühpistole (21) und der Mittelachse (X) größer als der bestimmte Neigungswinkel der aufgebrochenen Oberfläche (111) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprührichtung (1) einen Winkel innerhalb eines Bereichs zwischen 44° und 90° zur Mittelachse (X) aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Beschichtung der zylindrischen Innenoberfläche (19a) eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinderblocks (19) eines Motors verwendet wird, wobei als Sprühmaterial ein Metallmaterial, das im wesentlichen aus Eisen besteht, verwendet wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Beschichtung der zylindrischen Innenoberfläche (43a) eines Pleuellagers (43) einer Pleuelstange (41), die im wesentlichen aus eisenhaltigem Material besteht, verwendet wird, wobei als Sprühmaterial ein Metallmaterial, das im wesentlichen aus einer Legierung aus Aluminium und Kupfer besteht, verwendet wird.
Sprühpistoleneinrichtung für ein Bauteil mit einer zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) zum Ausbilden eines aufgesprühten Beschichtungsfilmes (39) auf der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a), wobei die Sprühpistoleneinrichtung umfasst: eine Gassprühpistole (21), die gegenüber der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) des Bauteils in einer translatorischen Bewegung, die eine Bewegungsrichtung definiert, in Richtung einer Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) geführt ist, um ein durch eine Verbrennungsflamme (53) geschmolzenes prühmaterial von der Gassprühpistole (21) in einer Sprührichtung (1) auf die zylindrische Innenoberfläche (19a, 43a) zu sprühen, und die Mittelachse (X) der zylindrischen Innenoberfläche (19a, 43a) mit einer Mittelachse der Gassprühpistole (21) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Gasleitung (55, 61) jeweils als separate Systeme ausgebildet sind, wobei ein Druck in der zweiten Gasleitung (61) höher ist als ein Druck in der ersten Gasleitung (55), und ein Verhältnis der bei den Drücke variabel einstellbar ist, und wobei in der ersten Gasleitung (55) ein erstes Gas strömt, um das durch die Verbrennungsflamme (53) geschmolzene Sprühmaterial in eine der Richtungen der Mittelachse (X) zu fördern, und wobei in der zweiten Gasleitung (61) ein zweites Gas strömt, um das in die eine Richtung geförderte Sprühmaterial in eine andere Richtung zu fördern, welche die eine Richtung schneidet, derart, dass die Sprührichtung (1) in einen Rückwärtsbereich der Bewegungsrichtung gerichtet ist.