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EP1161569B2 - Verfahren und anordnung zum herstellen verschleissfester oberflächen - Google Patents

Verfahren und anordnung zum herstellen verschleissfester oberflächen Download PDF

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Publication number
EP1161569B2
EP1161569B2 EP00902632A EP00902632A EP1161569B2 EP 1161569 B2 EP1161569 B2 EP 1161569B2 EP 00902632 A EP00902632 A EP 00902632A EP 00902632 A EP00902632 A EP 00902632A EP 1161569 B2 EP1161569 B2 EP 1161569B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cylinder
thermally conductive
coating
wear
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00902632A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1161569A1 (de
EP1161569B1 (de
Inventor
Rolf Heinemann
Klaus Färber
Thomas Heider
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen 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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=26051950&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1161569(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from DE19941562A external-priority patent/DE19941562A1/de
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP1161569A1 publication Critical patent/EP1161569A1/de
Publication of EP1161569B1 publication Critical patent/EP1161569B1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1161569B2 publication Critical patent/EP1161569B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating 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
    • C23C4/16—Wires; Tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wear-resistant surfaces on components of an Al-Si alloy, wherein the wear-resistant surfaces by means of thermal spraying, in particular flame spraying, plasma spraying or HV spraying, or a laser beam is applied, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to an arrangement for producing wear-resistant surfaces on components made of an Al-Si alloy, in particular on cylinder surfaces of cylinders of a crankcase of a reciprocating internal combustion engine, according to the preamble of claim 6.
  • hypoeutectic aluminum-silicon alloys are unsuitable due to the low proportion of wear-resistant silicon phase for the tribological stress of the system piston-piston ring cylinder bore.
  • Hypereutectic alloys such as the alloy AlSil 7 Cu 4 Mg have a sufficient amount of silicon crystallites.
  • This hard, wear-resistant structural constituent is emphasized by chemical and / or mechanical processing steps in relation to the matrix consisting of the aluminum mixed crystal and forms a required aerofoil fraction.
  • a disadvantage is the lack of castability, the poor machinability and the high cost of this alloy compared to the hypoeutectic and near-eutectic alloys.
  • under- and near-eutectic alloys of the galvanic coatings are applied directly to the raceways.
  • this is expensive and Tribochemically insufficient resistant.
  • thermal spray coatings which are also applied directly to the treads.
  • the adhesive strength of these layers is insufficient due to a sole micromechanical clamping.
  • DE 196 43 029 A1 It has therefore already been proposed to carry out the surface modifications remelting, alloying, dispersing and coating by the use of a laser, as known for example from DE 196 43 029 A1. In this case, it is necessary to dissipate the energy introduced by the laser beams into the crankcase or the cylinder running surfaces sufficiently quickly. Too high an input of heat with high-energy laser beams can lead to unwanted structural changes in the crankcase. For this purpose, DE 196 43 029 A1 already proposes to cool the component surface via cooling water passages of the crankcase.
  • the present invention has for its object, an improved method of the above type and an improved arrangement of the above.
  • To make available type which allows a coating of components with high-energy coating devices, such as high-performance lasers, without thermally induced changes in the material of the component.
  • the wear-resistant surface after the wear-resistant surface has been formed in the form of a thermal spray coating, it is additionally processed with a laser beam, in particular remelted.
  • a remelting, Einiegieren, dispersing and / or coating carried out by means of a laser beam or by thermal spraying.
  • the component is a crankcase of a reciprocating internal combustion engine, on whose cylinder surfaces of cylinders, the coating is performed.
  • a water space of the crankcase flows through a cooling medium, in particular gas, nitrogen or a cooling liquid.
  • a heat-conducting device which is arranged in heat-conducting physical contact with the component and comprises a cooling medium.
  • the heat-conducting device comprises at least one cooling cylinder corresponding to the cross section of a cylinder bore and circumferentially on the cylinder wall with flowed through by the cooling medium channels, which is arranged in the axial direction of the cylinder on one or both sides of a coating zone such that a thermally conductive contact between the cooling mandrel the cylinder running surface is formed.
  • the cooling medium comprises a gas, nitrogen and / or a cooling liquid, which provide a high heat capacity coefficient for a correspondingly high heat dissipation.
  • the channels through which the cooling medium flows are formed in a spiral shape.
  • a cooling mandrel arranged in the direction of gravity below the coating zone is provided with a collecting basin for excess coating material.
  • a collecting nose is formed on a side of the circumference of the cooling mandrel facing the coating zone.
  • the cooling mandrel of the cooling mandrel is formed on its cylinder surface facing the circumference with cooling bristles, which are in brushing contact with the cylinder surface.
  • the cooling bristles are made of a thermally conductive material, in particular copper.
  • the illustrated in Fig. 1 embodiment of an inventive arrangement comprises a coating apparatus 10, which by means of a plasma jet 12, which is for example a laser beam, a cylinder surface 14 of a cylinder wall 15 of a cylinder 16 of a crankcase 18 coated.
  • the coating apparatus 10 is rotatable about a longitudinal axis 20, as with arrow 22 indicated, and slidable along the longitudinal axis 20, as indicated by arrow 24.
  • the crankcase 18 has a water space 26 for a cooling medium. Due to the rotational and translational movement of the coating apparatus 10 relative to the cylinder wall 15, the cylinder running surface 14 can be processed in predetermined areas.
  • the assembly comprises a cooling plate 30 which is constructed, i. is made by a plate system or mechanically, or cast and includes cooling channels 32, which are traversed by the cooling medium.
  • the cooling channels have, for example, a rectangular and / or round cross-section and are in particular formed above a contact surface 34 between the cooling plate 30 and the cylinder wall 15.
  • a cooling plate 30 is arranged either on one side or on both sides of the open ends of the cylinder 16. Further, the cooling plates are annular according to the cylinder cross-section so that they rest on the circumferential cylinder wall 15 and provide an opening for introducing the coating device 10 in the ring.
  • the lower cooling plate 30 in FIG. 1 has the further advantage, in the case of an annular design, that process gases and excess coating material which is not melted or does not adhere to the cylinder bore 14 can be removed downward in the direction of gravity in FIG.
  • the arrangement comprises a cooling mandrel 36, which is formed according to the cross section of the cylinder 16 such that this cooling mandrel 36 is inserted into the cylinder 16 and abuts there in the circumferential direction of the cylinder wall 15.
  • cooling bristles 38 for example copper, are provided on the jacket of the cooling mandrel 38, which are in contact with the surface of the cylinder wall 15 and in this way heat from the cylinder wall 15 to the cooling mandrel 36 derived.
  • cooling mandrel cooling channels 40 are further provided by a cooling medium, which serve in the aforementioned manner for active cooling and heat energy dissipation.
  • the cooling channels are formed spirally encircling.
  • a collecting bowl 42 formed on the lower cooling mandrel 36 in FIG. 1 particles adhering to the cylinder wall 15 are not collected.
  • the catch basin 42 is gehelit with cooling medium.
  • An additional catch nose 44 directs excess, falling coating material in the catch basin 42.
  • ademediumzufluß 46 and ademediumabfluß 48 is provided for the cooling medium in the catch basin 42 and / or in the cooling channels 40.
  • one or both of the cooling mandrels 36 shown in FIG. 1 are entrained in the direction of arrow 24 at the feed rate of the coating device, as indicated by arrows 50.
  • honing may also take place after the coating, wherein the honing process may comprise several steps depending on the desired surface quality.
  • a cooling fluid such as gas, nitrogen or a cooling liquid is passed, resulting in further cooling of the cylinder wall 15 leads and thus additionally dissipates heat from the coating zone.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen verschleißfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Al-Si-Legierung, wobei die verschleißfeste Oberflächen mittels eines thermischen Spritzens, insbesondere Flammspritzen, Plasmaspritzen oder HV-Spritzen, oder eines Laserstrahles aufgebracht wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Herstellen verschleißfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Al-Si-Legierung, insbesondere an Zylinderlaufflächen von Zylindern eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
  • Die für Zylinderkurbelgehäuse vorwiegend eingesetzten untereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen sind aufgrund des zu geringen Anteils der verschleißfesten Siliziumphase für die tribologische Beanspruchung des Systems Kolben-Kolbenring-Zylinderlaufbahn ungeeignet. Übereutektische Legierungen, z.B. die Legierung AlSil7Cu4Mg besitzen einen ausreichenden Anteil an Siliziumkristalliten. Dieser harte, verschleißbeständige Gefügebestandteil wird durch chemische und/oder mechanische Bearbeitungsstufen gegenüber der aus dem Aluminiummischkristall bestehenden Matrix hervorgehoben und bildet einen erforderlichen Tragflächenanteil. Nachteilig wirkt sich jedoch die gegenüber den untereutektischen und naheutektischen Legierungen mangelhafte Vergießbarkeit, die schlechte Bearbeitbarkeit und die hohen Kosten für diese Legierung aus.
  • Eine Möglichkeit zur Umgehung dieses Nachteils ist das Eingießen von Laufbuchsen aus verschleißbeständigem Material wie z.B. Grauguß- und, übereutektischen Aluminiumlegierungen. Problematisch ist hier jedoch die Verbindung zwischen Buchse und Umguß, welcher alleine durch eine mechanische Verzahnung gewährleistet wird. Durch Einsatz eines porösen keramischen Buchsenwerkstoffs ist es möglich, beim Gießprozeß diesen zu infiltrieren und zu einer stofflichen Verbindung zu gelangen. Dazu ist eine langsame Formfüllung sowie die Anwendung von hohem Druck erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich herabsetzt.
  • Alternativ werden unter- und naheutektischen Legierungen der galvanische Beschichtungen direkt auf die Laufbahnen aufgebracht. Dies ist jedoch teuer und tribochemisch nur ungenügend beständig. Eine weitere Alternative bilden thermische Spritzschichten, welche ebenfalls direkt auf die Laufflächen appliziert werden. Die Haftfestigkeit dieser Schichten ist jedoch aufgrund einer alleinigen mikromechanischen Verklammerung nur ungenügend.
  • Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Oberflächenmodifikationen Umschmelzen, Einlegieren, Dispergieren und Beschichten durch den Einsatz eines Lasers auszuführen, wie beispielsweise aus der DE 196 43 029 A1 bekannt. Hierbei es ist erforderlich, die durch die Laserstrahlen in das Kurbelgehäuse bzw. die Zylinderlaufflächen eingebrachte Energie ausreichend schnell abzuführen. Ein zu hoher Wärmeeintrag bei energiereichen Laserstrahlen kann nämlich zu unerwünschten Gefügeveränderungen im Kurbelgehäuse führen. Hierzu wird von der DE 196 43 029 A1 bereits vorgeschlagen, die Bauteiloberfläche über Kühlwasserkanäle des Kurbelgehäuses zu kühlen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der obengenannten Art sowie eine verbesserte Anordnung der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, welche eine Beschichtung von Bauteilen auch mit hochenergetischen Beschichtungsvorrichtungen, wie beispielsweise leistungsstarken Lasern, ohne thermisch bedingte Veränderungen des Werkstoffes des Bauteiles erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Anordnung der o.g. Art mit den in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei einem Verfahren der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß während der Herstellung der verschleißfesten Oberfläche wenigstens eine wärmeleitende Vorrichtung in wärmeleitenden Berührungskontakt mit dem Bauteil gebracht und diese wärmeleitende Vorrichtung aktiv gekühlt wird, wobei die wärmeleitende Vorrichtung wenigstens einen dem Querschnitt des Zylinders entsprechenden und in Umfangsrichtung an der Zylinderwand anliegenden Kühldorn, umfasst welcher in axialer Richtung des Zylinders einer Beschichtungszone folgend und/oder der Beschichtungszone nacheilend mit der Zylinderlauffläche in Kontakt gebracht wird.
  • Dies hat den Vorteil, daß eine gute Wärmeabführung mit erhöhter Kühlleistung während des Beschichtungsvorganges zur Verfügung steht, so daß insbesondere ein Lasereinlegieren und Laserbeschichten ohne die Gefahr einer wärmebedingten Strukturveränderung im Werkstoff des Kurbelgehäuses ausgeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, auch mit höheren Energien zu beschichten, so daß beispielsweise eine höhere Eindringtiefe des Beschichtungswerkstoffes in den Werkstoff des Bauteiles, eine bessere Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Werkstoff des Bauteiles und/oder eine höhere Schichtdicke erzielt wird.
  • Zum weiteren Verbessern von Eigenschaften der aufgebrachten Beschichtung wird nach dem Ausbilden der verschleißfesten Oberfläche in Form einer thermischen Spritzschicht diese zusätzlich mit einem Laserstrahl bearbeitet, insbesondere umgeschmolzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird daß ein Umschmelzen, Einiegieren, Dispergieren und/oder Beschichten mittels eines Laserstrahles oder durch thermisches Spritzen durchgeführt.
  • Das Bauteil ist ein Kurbelgehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschinen, an dessen Zylinderlauftlächen von Zylindern die Beschichtung durchgeführt wird. Hierbei wird in einer bevorzugten Ausführungsform während der Herstellung der verschleißfesten Oberfläche ein Wasserraum des Kurbelgehäuses mit einem Kühlmedium, insbesondere Gas, Stickstoff oder einer Kühlflüssigkeit, durchströmt.
  • Bei einer Anordnung der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine wärmeleitende Vorrichtung vorgesehen ist, welche in wärmeleitendem Berührungskontakt mit dem Bauteil angeordnet ist und ein Kühlmedium umfaßt. Dabei umfaßt die wärmeleitende Vorrichtung wenigstens einen dem Querschnitt einer Zylinderbohrung entsprechenden Kühldorn und in Umfangsrichtung an der Zylinderwand anliegenden mit vom Kühlmedium durchströmten Kanälen, welcher in axialer Richtung des Zylinders ein- oder beidseitig einer Beschichtungszone derart angeordnet ist, daß ein wärmeleitender Kontakt zwischen dem Kühldorn mit der Zylinderlauffläche ausgebildet ist.
  • Dies hat den Vorteil, daß eine gute Wärmeabführung mit erhöhter Kühlleistung während des Beschichtungsvorganges zur Verfügung steht, so daß insbesondere ein Lasereinlegieren und Laserbeschichten ohne die Gefahr einer wärmebedingten Strukturveränderung im Werkstoff des Kurbelgehäuses ausgeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, auch mit höheren Energien zu beschichten, so daß beispielsweise eine höhere Eindringtiefe des Beschichtungswerkstoffes in den Werkstoff des Bauteiles, eine bessere Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Werkstoff des Bauteiles und/oder eine höhere Schichtdicke erzielt wird.
  • Zweckmäßigerweise umfaßt das Kühlmedium ein Gas, Stickstoff und/oder eine Kühlflüssigkeit, welche mit einem hohen Wärmekapazitätskoeffizienten für einen entsprechend hohen Wärmeabtransport sorgen.
  • Für eine hohe Kühlleistung nahe der Zylinderlauffläche sind die vom Kühlmedium durchströmten Kanäle spiralförmig umlaufend ausgebildet.
  • Zum Auffangen von überschüssigem Beschichtungsmaterial ist ein in Schwerkraftrichtung unterhalb der Beschichtungszone angeordneter Kühldorn mit einem Auffangbecken für überschüssiges Beschichtungsmaterial ausgebildet.
  • Zum Auffangen und Einleiten von überschüssigem Beschichtungsmaterial in das Auffangbecken ist an einer der Beschichtungszone zugewandten Seite des Umfangs des Kühldornes eine Auffangnase ausgebildet.
  • Zur Erhöhung einer Kühlwirkung des Kühldornes ist der Kühldorn an seinem der Zylinderlauffläche zugewandten Umfang mit Kühlborsten ausgebildet, welche in bürstendem Kontakt mit der Zylinderlauffläche stehen. Zweckmäßigerweise sind die Kühlborsten aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Kupfer, gefertigt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, an das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren einen Hon-Vorgang anzuschließen, um die beschichtete Oberfläche zu glätten.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
    • Fig. 1
    in einer Schnittansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt eine Beschichtungsvorrichtung 10, welche mittels eines Plasmastrahles 12, welcher beispielsweise ein Laserstrahl ist, eine Zylinderlauffläche 14 einer Zylinderwand 15 eines Zylinders 16 eines Kurbelgehäuses 18 beschichtet. Die Beschichtungsvorrichtung 10 ist um eine Längsachse 20 drehbar, wie mit Pfeil 22 angedeutet, und entlang der Längsachse 20 verschiebbar, wie mit Pfeil 24 angedeutet. Das Kurbelgehäuse 18 weist einen Wasserraum 26 für ein Kühlmedium auf. Durch die Rotations- und Translationsbewegung der Beschichtungsvorrichtung 10 relativ zur Zylinderwandung 15 ist die Zylinderlauffläche 14 in vorbestimmten Bereichen bearbeitbar. Hierbei ist nachfolgend ein aktueller Arbeitsbereich der Beschichtungsvorrichtung 10, in dem der Plasmastrahl 12 oder ein Laserstrahl auf die Zylinderlauffläche 14 trifft, als Bearbeitungszone 28 bezeichnet.
  • Die Anordnung umfaßt eine Kühlplatte 30, welche gebaut, d.h. mittels Plattensystem oder mechanisch, oder gegossen gefertigt ist und Kühlkanäle 32 umfaßt, welche von dem Kühlmedium durchflossen werden. Auf diese Weise ist die Kühlplatte aktiv gekühlt und führt über die bloße Wärmeleitung hinaus aktiv Wärmeenergie ab. Die Kühlkanäle weisen beispielsweise einen rechteckigen und/oder runden Querschnitt auf und sind insbesondere oberhalb einer Kontaktfläche 34 zwischen Kühlplatte 30 und Zylinderwandung 15 ausgebildet. Eine Kühlplatte 30 ist entweder einseitig oder beidseitig der offenen Enden des Zylinders 16 angeordnet. Ferner sind die Kühlplatten entsprechend dem Zylinderquerschnitt ringförmig ausgebildet so daß sie auf dem umlaufenden Zylinderwandung 15 aufliegen und in dem Ring eine Öffnung zum Einführen der Beschichtungsvorrichtung 10 zur Verfügung stellen. Die in der Fig. 1 unterer Kühlplatte 30 hat bei ringförmiger Ausführung den weiteren Vorteil, daß Prozeßgase und überschüssiges Beschichtungsmaterial, welches an der Zylinderlaufbahn 14 nicht angeschmolzen ist bzw. nicht anhaftet, in Schwerkraftrichtung in der Fig. 1 nach unten abgeführt werden können.
  • Erfindungsgemäß umfaßt die Anordnung einen Kühldorn 36, welcher entsprechend dem Querschnitt des Zylinders 16 derart ausgebildet ist, daß dieser Kühldorn 36 in den Zylinder 16 einführbar ist und dort in Umfangsrichtung an der Zylinderwandung 15 anliegt. Alternativ oder zusätzlich zum Anliegen des Kühldornes 36 direkt an der Zylinderwandung 15 sind am Mantel des Kühldornes 36 Kühlborsten 38, beispielsweise aus Kupfer, vorgesehen, welche mit der Oberfläche der Zylinderwandung 15 in Kontakt stehen und auf diese Weise Wärme von der Zylinderwandung 15 zum Kühldorn 36 ableiten. In dem Kühldorn sind ferner von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle 40 vorgesehen, welche in der vorerwähnten Weise zur aktiven Kühlung und Wärmeenergieabführung dienen. Die Kühlkanäle sind spiralförmig umlaufend ausgebildet.
  • Mittels eines am in der Fig. 1 unteren Kühldorn 36 ausgebildeten Auffangbeckes 42 werden nicht an der Zylinderwandung 15 haftende Partikel aufgefangen. Zweckmäßigerweise ist auch das Auffangbecken 42 mit Kühlmedium gefülit. Eine zusätzliche Auffangnase 44 leitet überschüssigen, herabfallenden Beschichtungswerkstoff in das Auffangbecken 42. Für das Kühlmedium in dem Auffangbecken 42 und/oder in den Kühlkanälen 40 ist ein Kühlmediumzufluß 46 und ein Kühlmediumabfluß 48 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird ein oder werden beide der in Fig. 1 dargestellten Kühldorne 36 in der Vorschubgeschwindigkeit der Beschichtungsvorrichtung in Pfeilrichtung 24 mitgeführt, wie durch Pfeile 50 angedeutet.
  • Zur Glättung der beschichteten Oberfläche kann zudem ein Honen nach der Beschichtung erfolgen, wobei der Hon-Vorgang je nach gewünschter Oberflächengüte mehrere Schritte umfassen kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, daß während der Beschichtung der Zylinderlauffläche 14 mit dem Plasmastrahl 12 oder einem Laserstrahl durch den Wasserraum 26 ein Kühlfluid, wie beispielsweise Gas, Stickstoff oder eine Kühlflüssigkeit geleitet wird, welche zu einer weiteren Kühlung der Zylinderwandung 15 führt und somit zusätzlich Wärme aus der Beschichtungszone abführt.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen verschleißfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Al-Si-Legierung, wobei die verschleißfeste Oberfläche mittels eines thermischen Spritzens oder eines Laserstrahles aufgebracht wird, wobei während der Herstellung der verschleißfesten Oberfläche wenigstens eine wärmeleitende Vorrichtung in wärmeleitenden Berührungskontakt mit dem Bauteil gebracht und diese wärmeleitende Vorrichtung aktiv gekühlt wird, wobei das Bauteil ein Kurbelgehäuse einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist, an dessen Zylinderlaufflächen von Zylindern die Beschichtung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Vorrichtung wenigstens einen dem Querschnitt des Zylinders entsprechenden und in Umfangsrichtung an der Zylinderwand anliegenden Kühldorn umfasst, welcher in axialer Richtung des Zylinders einer Beschichtungszone folgend und/oder der Beschichtungszone nacheilend mit der Zylinderlauffläche in Kontakt gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbilden der verschleißfesten Oberfläche in Form einer thermischen Spritzschicht diese zusätzlich mit einem Laserstrahl bearbeitet, insbesondere umgeschmolzen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschmelzen, Einlegieren, Dispergieren und/oder Beschichten mittels eines Laserstrahles oder durch thermisches Spritzen durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Herstellung der verschleißfesten Oberfläche ein Wasserraum des Kurbelgehäuses mit einem Kühlmedium, insbesondere Gas, Stickstoff oder einer Kühlflüssigkeit, durchströmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Kühlung der wärmeleitenden Vorrichtung mit einem Gas, Stickstoff und/oder einer Kühlflüssigkeit durchgeführt wird.
  6. Anordnung zum Herstellen verschleißfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Al-Si-Legierung, insbesondere an Zylinderlaufflächen (14) von Zylindern (16) eines Kurbelgehäuses (18) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer wärmeleitenden Vorrichtung (30, 36, 52), welche in wärmeleitendem Berührungskontakt mit dem Bauteil (18) angeordnet ist und ein Kühlmedium umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Vorrichtung wenigstens einen dem Querschnitt einer Zylinderbohrung (16) entsprechenden und in Umfangsrichtung an der Zylinderwand anliegenden Kühldorn (36) mit vom Kühlmedium durchströmten Kanälen (40) umfasst, welcher in axialer Richtung der Zylinder (16) ein- oder beidseitig einer Beschichtungszone (28) derart angeordnet ist, dass ein wärmeleitender Kontakt zwischen dem Kühldorn (36) mit der Zylinderlauffläche (14) ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium ein Gas, Stickstoff und/oder eine Kühlflüssigkeit umfasst.
  8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kühlmedium durchströmten Kanäle (40) spiralförmig umlaufend ausgebildet sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Schwerkraftrichtung unterhalb der Beschichtungszone (28) angeordneter Kühldorn (36) mit einem Auffangbecken (42) für überschüssiges Beschichtungsmaterial ausgebildet ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Beschichtungszone (28) zugewandten Seite des Umfangs des Kühldornes (36) eine Auffangnase (44) ausgebildet ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühldorn (36) an seinem der Zylinderlauffläche (14) zugewandten Umfang mit Kühlborsten (38) ausgebildet ist, welche in bürstendem Kontakt mit der Zylinderlauffläche (14) stehen.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlborsten (38) aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Kupfer, gefertigt sind.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die thermische Oberflächenbearbeitung des Bauteiles ein Hon-Vorgang der Oberfläche anschließt.
EP00902632A 1999-02-19 2000-01-26 Verfahren und anordnung zum herstellen verschleissfester oberflächen Expired - Lifetime EP1161569B2 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19907104 1999-02-19
DE19907104 1999-02-19
DE19941562A DE19941562A1 (de) 1999-02-19 1999-09-01 Verfahren und Anordnung zum Herstellen verschleißfester Oberflächen
DE19941562 1999-09-01
PCT/EP2000/000575 WO2000049194A1 (de) 1999-02-19 2000-01-26 Verfahren und anordnung zum herstellen verschleissfester oberflächen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1161569A1 EP1161569A1 (de) 2001-12-12
EP1161569B1 EP1161569B1 (de) 2002-12-18
EP1161569B2 true EP1161569B2 (de) 2006-02-08

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ID=26051950

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