DE102009019675B4 - Thermal coating apparatus and method for coating - Google Patents

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Abstract

Thermische Beschichtungsvorrichtung (3), die zur Beschichtung der Lauffläche einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses vorgesehen ist, mit einer drehbar um eine Drehachse angeordneten Partikelkanone (5), welche Metallpartikel (6) quer zu der Drehachse (4) nach außen auf eine zu beschichtende Oberfläche (2) katapultiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorratsbehälter (7) für Gas vorgesehen ist, der sich mit der Partikelkanone (5) mitdreht.Thermal coating device (3), which is provided for coating the running surface of a cylinder wall of a crankcase, with a particle gun (5) rotatably arranged about a rotation axis, which metal particles (6) transversely to the axis of rotation (4) outwardly onto a surface to be coated ( 2) catapulted, characterized in that a storage container (7) is provided for gas, which rotates with the particle gun (5).

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Beschichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Beschichten von Zylinderwandungen eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.The present invention relates to a thermal coating device according to the preamble of claim 1 and a method for coating cylinder walls of a crankcase of an internal combustion engine according to the preamble of claim 2.

Es ist bekannt, Zylinderlaufflächen von Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren mittels einer thermischen Beschichtungseinrichtung, wie z. B. Lichtbogendrahtspritzvorrichtung, zu beschichten. Hierfür eingesetzte Lichtbogendrahtspritzvorrichtungen weisen üblicherweise eine drehbar und entlang der Drehachse verschiebbar angeordnete Partikelkanone auf, die in den zu beschichtenden Zylinder eingefahren und darin rotiert wird. Die Partikelkanone katapultiert feinste Metallpartikel im Wesentlichen quer zur Drehachse bzw. radial nach außen auf die zu beschichtende Zylinderlauffläche. Zur Aufrechterhaltung des thermischen Beschichtungsprozesses werden ein oder mehrere Druckgase, wie z. B. Druckluft, N2, Ar, O2 , He, H2 o. ä. benötigt. Da die Partikelkanone, die auch als ”Drehlanze” bezeichnet wird, drehbar und längs verschieblich angeordnet ist, sind für die Gaszuführung technisch aufwändige ”Drehdichtungen” zwischen der räumlich im Wesentlichen fest angeordneten Gaszuführung und der drehbar und verschiebbar angeordneten Partikelkanone erforderlich. In Abhängigkeit vom Gasdruck (z. B. 0,1 bar, 5 bar, 10 bar oder 50 bar) kommen dabei technisch sehr aufwändige Ringdichtungen zum Einsatz.It is known cylinder surfaces of crankcases for internal combustion engines by means of a thermal coating device, such. B. arc wire spraying device to coat. For this purpose used Lichtbogendrahtspritzvorrichtungen usually have a rotatable and along the axis of rotation slidably mounted particle gun, which is retracted into the cylinder to be coated and rotated therein. The particle gun catapults finest metal particles substantially transversely to the axis of rotation or radially outwards onto the cylinder surface to be coated. To maintain the thermal coating process, one or more compressed gases, such. B. compressed air, N 2 , Ar, O 2 , He, H 2 o. Since the particle gun, which is also referred to as a "rotary lance", is rotatable and longitudinally displaceable, technically complex "rotational seals" are required between the spatially substantially fixed gas supply and the rotatable and displaceably arranged particle gun for the gas supply. Depending on the gas pressure (eg 0.1 bar, 5 bar, 10 bar or 50 bar), technically very complex ring seals are used.

Trotz großen Aufwands für die Abdichtung bleibt eine derartige Lichtbogendrahtspritzvorrichtung störungsanfällig, da die Dichtungen früher oder später verschleißen und undicht werden, was zeitaufwändige Reparaturen nach sich zieht. Möchte man den Arbeitsgasdruck erhöhen, so setzt dies in der Regel einen Austausch der Dichtungen voraus, was wiederum zu Stillstandszeiten der Anlage führt. Der Dichtungsverschleiß ist auch insofern problematisch, als Teilstücke der Dichtungen abreißen und über das Druckgas in die herzustellende Beschichtung gelangen können, was dann zu Fehlstellen in der herzustellenden Beschichtung führt.Despite the great expense of sealing, such an arc wire sprayer remains susceptible to failure, as sooner or later the seals will wear and leak, resulting in time-consuming repairs. If you want to increase the working gas pressure, this usually requires an exchange of seals, which in turn leads to downtime of the system. The seal wear is also problematic in that tear off as sections of the seals and can get over the compressed gas in the coating to be produced, which then leads to defects in the coating to be produced.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme, die aus den bislang verwendeten Drehdichtungen resultieren, zu vermeiden.The object of the invention is to avoid the problems resulting from the rotary seals used so far.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of claims 1 and 2, respectively. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, die für einen Beschichtungszyklus benötigte Gasmenge in einem Tank, der in bzw. an der sich drehenden Partikelkanone angeordnet ist, vorzuhalten und zyklisch zwischen einzelnen Beschichtungsvorgängen, d. h. wenn die Partikelkanone steht oder zumindest nicht rotiert wird, Gas nachzutanken. Im einzelnen werden folgende Schritte durchlaufen:

  • – Andocken einer Befülleinrichtung an den Druckgastank der Partikelkanone innerhalb von 1 bis 3 Sekunden.
  • – Befüllen des Druckgastanks innerhalb eines Verfahrtakts von ca. 30 Sekunden, mit einem Druck von z. B. 3 bis 20 bar und einem Volumen von z. B. 1 bis 10 Liter.
  • – Abdocken der Befülleinrichtung.
  • – Beschichten einer zu beschichtenden Oberfläche unter Verwendung des im Druckgastank gespeicherten Druckgases.
  • – Positionieren der Partikelkanone und des Druckgastanks in Befüllposition, wobei der Druckgastank am Ende des Beschichtungszyklus nahezu leer ist.
  • – Erneutes Andocken der Befülleinrichtung und Nachfüllen von Druckgas für den nächsten Beschichtungszyklus.
The basic principle of the invention is to maintain the amount of gas required for a coating cycle in a tank located in or on the rotating particle gun and to refill gas cyclically between individual coating operations, ie when the particle gun is stationary or at least not rotated. In detail, the following steps are performed:
  • - Docking a filling device to the compressed gas tank of the particle gun within 1 to 3 seconds.
  • - filling the compressed gas tank within a movement of about 30 seconds, with a pressure of z. B. 3 to 20 bar and a volume of z. B. 1 to 10 liters.
  • - Undocking the filling device.
  • - Coating a surface to be coated using the pressure gas stored in the compressed gas tank.
  • - Positioning of the particle gun and the compressed gas tank in the filling position, wherein the compressed gas tank at the end of the coating cycle is almost empty.
  • - Re-docking of the filling and refilling of compressed gas for the next coating cycle.

Beim Beschichten von Zylinderlaufflächen muss die Partikelkanone in den Zylinder eingefahren und dort rotiert werden. Am Ende des Beschichtungsvorgangs muss die Partikelkanone wieder aus dem Zylinder herausgefahren werden. Die Phase des Herausfahrens der Partikelkanone aus dem Zylinder kann zum Nachtanken von Druckgas genutzt werden. Die Partikelkanone muss also beim Nachtanken nicht notwendigerweise absolut stillstehen. Es genügt, wenn die Partikelkanone rotatorisch stillsteht. Sie kann also während des Nachtankvorgangs durchaus axial verfahren werden.When coating cylinder surfaces, the particle gun must be retracted into the cylinder and rotated there. At the end of the coating process, the particle gun must be moved out of the cylinder again. The phase of moving the particle gun out of the cylinder can be used to refuel compressed gas. The particle gun does not necessarily have to stand still when refueling. It is sufficient if the particle gun is stationary in rotation. It can therefore be moved axially during the refueling process.

Zusammenfassend werden mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erreicht:

  • – Einfachere Konstruktion, da auf Drehdichtungen verzichtet werden kann.
  • – Geringerer Verschleiß und dementsprechend höhere Standzeit und Verfügbarkeit der Beschichtungsvorrichtung.
  • – Eine Variation des Gasdrucks ist innerhalb der zulässigen Festigkeitsgrenzen des Druckgastanks ohne weiteres möglich.
  • – Kein Verschmutzen des Druckgases mehr, da die ”Kupplung” zum Andocken der Befülleinrichtung außerhalb bzw. entfernt vom eigentlichen Beschichtungsprozess ist.
In summary, the invention achieves the following advantages in particular:
  • - Simpler design, as can be dispensed with rotary seals.
  • - Less wear and therefore higher durability and availability of the coating device.
  • - A variation of the gas pressure is readily possible within the allowable strength limits of the pressurized gas tank.
  • - No more pollution of the compressed gas, since the "clutch" for docking the filling is outside or removed from the actual coating process.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in connection with the drawing. Show it:

1 Eine schematische Darstellung eines Kurbelgehäuseblocks, dessen Zylinderlaufflächen mittels einer Spritzvorrichtung beschichtet werden sollen; 1 A schematic representation of a crankcase block whose cylinder surfaces are to be coated by means of a spray device;

2 eine Partikelkanone mit integriertem Druckgastank; und 2 a particle gun with integrated compressed gas tank; and

3 eine Partikelkanone mit aufgesetztem Druckgastank. 3 a particle gun with attached compressed gas tank.

1 zeigt einen Zylinderblock 1 eines Kurbelgehäuses für einen Verbrennungsmotor. Zylinderlaufflächen 2 sollen mittels einer Spritzvorrichtung 3, bei der es sich z. B. um eine Plasma- oder Lichtbogenspritzvorrichtung handeln kann, mit einer Metallschicht versehen werden. Die Spritzvorrichtung 3 weist eine um eine Längsachse 4 drehbar und axial zur Längsachse 4 verschieblich angeordnete ”Partikelkanone 5” auf, in deren unterem Bereich ein Brenner positioniert ist, der zwei bedarfsgerecht zugeführte Drähte aufschmilzt. Mittels eines Luftstrahls werden feinste geschmolzene Drahtpartikel 6 quer zur Längsachse 4 bzw. radial nach außen katapultiert. Aufgrund der Drehung der Partikelkanone 5 ergibt sich eine gleichmäßige Beschichtung der Lauffläche 2. Durch axiales Verfahren der Partikelkanone 5 kann die Zylinderlauffläche 2 über ihre gesamte Länge beschichtet werden. Zur Aufrechterhaltung des thermischen Beschichtungsprozesses wird ein Druckgas bzw. ein aus mehreren Gasen bestehendes Druckgas bzw. Druckgasgemisch an einer oder mehreren Stellen an der Partikelkanone benötigt. 1 shows a cylinder block 1 a crankcase for an internal combustion engine. Cylinder liners 2 should by means of a spray device 3 in which it is z. B. may be a plasma or arc spray device, are provided with a metal layer. The sprayer 3 has one about a longitudinal axis 4 rotatable and axial to the longitudinal axis 4 displaceably arranged "particle gun 5 ", In the lower part of a burner is positioned, which melts two supplied as needed wires. By means of an air jet are finest molten wire particles 6 transverse to the longitudinal axis 4 or catapulted radially outward. Due to the rotation of the particle gun 5 results in a uniform coating of the tread 2 , By axial movement of the particle gun 5 can the cylinder tread 2 be coated over its entire length. In order to maintain the thermal coating process, a compressed gas or a compressed gas or compressed gas mixture consisting of a plurality of gases is required at one or more locations on the particle gun.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in die Partikelkanone 5 ein Druckgastank 7 integriert. Im oberen Bereich des Druckgastanks 7 ist ein Befüllventil 8 vorgesehen, an das eine Befülleinrichtung 9 angesetzt werden kann. Zum Befüllen des Druckgastanks 7 sollte sich die Partikelkanone nicht drehen. Der Druckgastank 7 kann beispielsweise befüllt werden, wenn die Partikelkanone nach Abschluss des Beschichtungsvorgangs einer Zylinderwandung aus dem Zylinder herausgezogen wird. Der Befülldruck kann so bemessen sein, dass die Zeitdauer, die für das Herausziehen der Partikelkanone 5 aus dem Zylinder benötigt wird, gerade ausreicht, um den Druckgastank 7 vollständig zu befüllen.At the in 2 shown embodiment is in the particle gun 5 a pressurized gas tank 7 integrated. In the upper area of the compressed gas tank 7 is a filling valve 8th provided to the one filling device 9 can be recognized. For filling the compressed gas tank 7 the particle gun should not turn. The compressed gas tank 7 For example, it can be filled when the particle gun is pulled out of the cylinder after completion of the coating process of a cylinder wall. The filling pressure may be such that the time taken for the extraction of the particle gun 5 from the cylinder is needed, just enough to the pressurized gas tank 7 completely filled.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist der Druckgastank 7 nicht in die Partikelkanone 5 integriert, sondern von außen her auf das obere stirnseitige Ende der Partikelkanone 5 aufgesetzt.In the embodiment of 3 is the compressed gas tank 7 not in the particle gun 5 integrated, but from the outside on the upper front end of the particle gun 5 placed.

Claims (11)

Thermische Beschichtungsvorrichtung (3), die zur Beschichtung der Lauffläche einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses vorgesehen ist, mit einer drehbar um eine Drehachse angeordneten Partikelkanone (5), welche Metallpartikel (6) quer zu der Drehachse (4) nach außen auf eine zu beschichtende Oberfläche (2) katapultiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorratsbehälter (7) für Gas vorgesehen ist, der sich mit der Partikelkanone (5) mitdreht.Thermal coating device ( 3 ), which is provided for coating the running surface of a cylinder wall of a crankcase, with a rotatable about a rotation axis arranged particle gun ( 5 ), which metal particles ( 6 ) transverse to the axis of rotation ( 4 ) to the outside to a surface to be coated ( 2 ) catapulted, characterized in that a storage container ( 7 ) is provided for gas, which with the particle gun ( 5 ). Verfahren zum Beschichten von Zylinderwandungen (2) eines Kurbelgehäuses (1) eines Verbrennungsmotors mittels einer drehbar angeordneten thermischen Beschichtungsvorrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass Gas, welches für den Betrieb der Beschichtungsvorrichtung (3) benötigt wird, in einem sich mit der thermischen Beschichtungsvorrichtung (3) mitdrehenden Vorratsbehälter (7) gespeichert wird.Method for coating cylinder walls ( 2 ) of a crankcase ( 1 ) of an internal combustion engine by means of a rotatably arranged thermal coating device ( 3 ), characterized in that gas, which for the operation of the coating device ( 3 ) is required, in one with the thermal coating device ( 3 ) with rotating reservoir ( 7 ) is stored. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (7) an oder in der Partikelkanone (5) angeordnet ist.Coating device according to claim 1, characterized in that the storage container ( 7 ) on or in the particle gun ( 5 ) is arranged. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidanschluss (8) zum Befüllen des Vorratsbehälters (7) mit Gas vorgesehen ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that a fluid connection ( 8th ) for filling the storage container ( 7 ) is provided with gas. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidanschluss (8) an dem Vorratsbehälter (7) oder an der Partikelkanone (5) vorgesehen ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid connection ( 8th ) on the reservoir ( 7 ) or on the particle gun ( 5 ) is provided. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (7) und der Fluidanschluss (8) zur Betankung mit und zur Speicherung von unter Druck stehende Gasen oder Gasmischungen geeignet ist, wobei das im Vorratsbehälter gespeicherte Gas einen Druck von 3 bis 20 bar aufweist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage container ( 7 ) and the fluid connection ( 8th ) is suitable for refueling with and for storing pressurized gases or gas mixtures, wherein the gas stored in the reservoir has a pressure of 3 to 20 bar. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkanone (5) und der Vorratsbehälter (7) in Längsrichtung der Drehachse (4) verschiebbar angeordnet ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the particle gun ( 5 ) and the reservoir ( 7 ) in the longitudinal direction of the axis of rotation ( 4 ) is arranged displaceably. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Beschichtungsvorrichtung (3) die Lauffläche (2) einer Zylinderwandung eines Kurbelgehäuses beschichtet wird und dass nach Abschluss des Beschichtungsvorgangs die Partikelkanone in Drehrichtung gestoppt und in Längsrichtung der Drehachse (4) aus dem Zylinder herausgezogen wird, wobei der Vorratsbehälter (7) während des Herausziehens der Partikelkanone (5) aus dem Zylinder und/oder während des Bewegens zu einem anderen Zylinder mit Druckgas betankt wird.Method according to claim 2, characterized in that by means of the coating device ( 3 ) the tread ( 2 ) of a cylinder wall of a crankcase is coated and that after completion of the coating process, the particle gun stopped in the direction of rotation and in the longitudinal direction of the axis of rotation ( 4 ) is pulled out of the cylinder, wherein the reservoir ( 7 ) during extraction of the particle gun ( 5 ) is refueled from the cylinder and / or while moving to another cylinder with compressed gas. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beschichtungsvorrichtung um eine Plasmaspritzvorrichtung handelt.Coating device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coating device is a plasma spraying device. Beschichtungsvorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beschichtungsvorrichtung um eine Kaltgasspritzvorrichtung handelt.Coating device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the coating device is a cold gas spraying device. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beschichtungsvorrichtung um eine Lichtbogendrahtspritzvorrichtung handelt. Coating device according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the coating device is an arc wire spraying device.
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