DE102009023616A1

DE102009023616A1 - Verfahren zum Beschichten

Info

Publication number: DE102009023616A1
Application number: DE200910023616
Authority: DE
Inventors: Ümit AKAY; Christian Martin Dr.-Ing. Erdmann; Sascha André Hufnagel; Eyuep Akin Dipl.-Ing. Özdeniz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2010-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer zu beschichtenden Fläche (2) eines Bauteils (1). Erfindungsgemäß wird vor dem Beschichten auf zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) ein Antihaftmittel (4) aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der EP 1 290 243 B1 beschrieben, ein Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils bekannt. In dem Verfahren zur Beschichtung eines Leichtmetallbauteils mit einer Korrosionsschutzschicht wird ein metallisches Formwerkzeug mindestens teilweise mit konzentriertem Formtrennmittel besprüht. Dieses konzentrierte Formtrennmittel weist mindestens 15% organische Grundstoffe auf der Basis von Wachsen auf. Das Bauteil wird in dem metallischen Formwerkzeug geformt. Während der Formgebung weist das Formwerkzeug eine Temperatur zwischen 150°C und 400°C auf. Das konzentrierte Formtrennmittel wird während des Formprozesses des Bauteils in eine Oberfläche des Bauteils eingebrannt. Hierdurch wird auf dem Bauteil eine korrosionshemmende kontinuierliche Oberflächenschicht gebildet.
In der US 2007/0227000 A1 wird eine Vorrichtung zum Beschichten von Motorventilen mit einer Schutzschicht und zum Aushärten der Schutzschicht mittels Infrarotstrahlung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Sprüheinheit, einen Infrarotofen und eine Fördereinrichtung. Eine Mehrzahl Motorventile wird mittels der Fördereinrichtung durch die Vorrichtung transportiert. Die Sprüheinrichtung sprüht ein Beschichtungsmittel auf einen Teilbereich der Motorventile. Beim Transport der Motorventile durch den Infrarotofen wird die Beschichtung ausgehärtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Beschichten anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Beschichten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem Verfahren zum Beschichten einer zu beschichtenden Fläche eines Bauteils wird erfindungsgemäß vor dem Beschichten auf zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich des Bauteils ein Antihaftmittel aufgebracht.
Das Verfahren ist vorzugsweise zum thermischen Spritzen einer Innenfläche einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors verwendbar, wobei der nicht zu beschichtende Bereich, auf welchen das Antihaftmittel aufgebracht wird, eine Innenfläche eines Kurbelwellenraums des Verbrennungsmotors ist. Dadurch sind Beschichtungspartikel, welche sich während des Beschichtens auf dem nicht zu beschichtenden Bereich anlagern und das so genannte Qverspray bilden, nach dem Beschichten sehr effektiv, d. h. sehr schnell, einfach und kostengünstig von dem nicht zu beschichtenden Bereich entfernbar. Durch das Antihaftmittel bleiben wesentlich weniger dieser Beschichtungspartikel am nicht zu beschichtenden Bereich haften.
Nach dem Stand der Technik ist dieses Qverspray nur mit einem hohen Aufwand zu vermeiden, beispielsweise mittels Trennblechen oder Maskierungen zum Schutz nicht zu beschichtender Bereiche. Des Weiteren ist eine Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen möglich, welche ohne das Antihaftmittel allerdings sehr aufwändig, d. h. sehr zeit- und kostenintensiv ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung sind Trennbleche und Maskierungen nicht mehr erforderlich und die Oversprayentfernung ist durch das Antihaftmittel wesentlich vereinfacht. Dadurch sind ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert, da ein Bereithalten, Anbringen, Abnehmen, Reinigen und Aufbereiten von Trennblechen und Maskierungen entfallen, die Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen deutlich verkürzt durchzuführen ist, eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten wesentlich vereinfacht ist, eine Prozesskette des thermischen Beschichtens verkürzt ist und weniger Mitarbeiter erforderlich sind.
Auf diese Weise sind sehr effizient, d. h. zu geringen Kosten und in einer kurzen Fertigungszeit Verbrennungsmotoren mit thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen herstellbar, welche aufgrund einer daraus resultierenden Reibungsreduktion verbrauchsoptimiert sind und einen geringeren CO₂-Ausstoß aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Bauteils.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauteils 1, welches eine zu beschichtende Fläche 2 und einen nicht zu beschichtenden Bereich 3 aufweist. Das hier beispielhaft dargestellte Bauteil 1 ist ein Motorblock eines Verbrennungsmotors, wobei die zu beschichtende Fläche 2 eine Innenfläche einer Zylinderbohrung des Verbrennungsmotors und der nicht zu beschichtende Bereich 3 eine Innenfläche eines Kurbelwellenraums des Verbrennungsmotors ist. Auf der Innenfläche der Zylinderbohrung wird durch thermisches Spritzen eine reibungsreduzierte Zylinderlaufbahn hergestellt, wodurch der Verbrennungsmotor verbrauchsoptimiert ist und einen geringeren CO₂-Ausstoß aufweist.
Während des Beschichtens lagern sich Beschichtungspartikel auch auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 an, welche ein so genanntes Qverspray bilden, dort sehr stark anhaften und beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahlen nur unter einem sehr großen Zeit- und Kostenaufwand zu entfernen sind. Um eine solche Anlagerung zu verhindern, werden nach dem Stand der Technik Trennbleche und Maskierungen zum Schutz des nicht zu beschichtenden Bereichs 3 eingesetzt. Dies ist allerdings mit einem hohen Zeit-, Material- und Fertigungsaufwand und somit mit hohen Kosten verbunden, da die Trennbleche und Maskierungen bereitgehalten, angebracht, wieder abgenommen, gereinigt und aufbereitet werden müssen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschichten sowie dessen Weiterbildungen sind derartige Trennbleche und Maskierungen nicht mehr erforderlich und eine Entfernung des Qversprays ist wesentlich vereinfacht. Dadurch werden ein Fertigungsaufwand und Fertigungskosten reduziert, da ein Bereithalten, Anbringen, Abnehmen, Reinigen und Aufbereiten von Trennblechen und Maskierungen entfallen, die Oversprayentfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen deutlich verkürzt durchzuführen ist, eine Vorrichtung zum thermischen Beschichten wesentlich vereinfacht ist, eine Prozesskette des thermischen Beschichtens verkürzt ist und weniger Mitarbeiter erforderlich sind.
Um dies zu erzielen, wird vor dem Beschichten der zu beschichtenden Fläche 2 des Bauteils 1 auf den nicht zu beschichtenden Bereich 3 des Bauteils 1 ein Antihaftmittel 4 aufgebracht. Durch dieses Antihaftmittel 4 ist das Qverspray, welches sich während des Beschichtens auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 anlagert, nach dem Beschichten sehr effektiv, d. h. sehr schnell, einfach und kostengünstig beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahlen von dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 entfernbar.
Während des Beschichtens bleiben aufgrund des Antihaftmittels 4 wesentlich weniger Beschichtungspartikel am nicht zu beschichtenden Bereich 3 haften. Eine Haftwirkung des Qversprays, d. h. der Beschichtungspartikel auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 wird durch das Antihaftmittel 4 deutlich verringert, so dass die Entfernung mittels Hochdruckwasserstrahlen deutlich schneller und einfacher möglich ist als nach dem Stand der Technik. Dadurch werden die Fertigungszeit und somit die Fertigungskosten wesentlich reduziert.
Das Antihaftmittel 4 welches wasserlöslich oder wasserunlöslich ist und Grundstoffe auf der Basis von Wachsen, Graphit und/oder Silicon aufweist, wird bereits während eines Gießprozesses des Bauteils 1 und/oder nach dem Gießprozess auf den nicht zu beschichtenden Bereich 3 des Bauteils 1 aufgebracht, wobei insbesondere eine raue Gussoberfläche des Bauteils 1 zu einer optimalen Anhaftung des Antihaftmittels 4 besonders vorteilhaft ist.
Um das Antihaftmittel 4 während des Gießprozesses aufzubringen, wird es vor dem Gießprozess auf entsprechende Bereiche einer Gussform aufgesprüht, aufgestrichen und/oder durch ein zumindest teilweises Eintauchen der Gussform in das Antihaftmittel 4 aufgebracht. Diese Ausführungsform des Verfahrens ist besonders vorteilhaft, da das Antihaftmittel 4 auf diese Weise auch als ein Trennmittel zwischen der Gussform und einem Material des Bauteils 1 einsetzbar ist, so dass das Bauteil 1 nach dem Gießprozess leicht aus der Gussform herausgelöst werden kann. Während des Gießprozesses wird das Antihaftmittel 4 von der Gussform auf das Bauteil 1 übertragen und lagert sich auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 des Bauteils 1 an.
Alternativ oder zusätzlich wird das Antihaftmittel 4 nach dem Gießen auf den nicht zu beschichtenden Bereich 3 des Bauteils 1 aufgebracht, beispielsweise aufgesprüht, aufgestrichen und/oder durch ein zumindest teilweises Eintauchen des Bauteils 1 in das Antihaftmittel 4.
Nach dem Gießen des Bauteils 1 und dem Aufbringen des Antihaftmittels 4 erfolgt, wenn das Bauteil 1 ein Motorblock eines Verbrennungsmotors ist, zunächst eine zerspanende Bearbeitung der Innenfläche der Zylinderbohrung und danach eine Oberflächenaktivierung der zu beschichtenden Fläche 2, beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahlen oder durch eine mechanische Aufrauung der zu beschichtenden Fläche 2, um eine Anhaftung der Beschichtungspartikel an der zu beschichtenden Fläche 2 zu verbessern. Ist das Antihaftmittel 4 wasserlöslich, wird bevorzugt eine mechanische Aufrauung eingesetzt, um eine Ablösung des Antihaftmittels 4 von dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 zu vermeiden.
Nachdem die zu beschichtende Fläche 2 aktiviert wurde, wird sie beispielsweise durch thermisches Spritzen beschichtet. Dabei wird in einem Brenner zumindest eine verbrauchbare und nachführbare Elektrode, welche aus einem Beschichtungswerkstoff gebildet ist oder diesen enthält, mittels eines Lichtbogens aufgeschmolzen und aufgeschmolzene Beschichtungspartikel mittels eines Zerstäubergases aus einer Düse des Brenners in einem Partikelstrahl auf die zu beschichtende Fläche 2 gesprüht und die zu beschichtende Fläche 2 dadurch beschichtet.
Nachdem das Beschichten der zu beschichtenden Fläche 2 abgeschlossen ist, wird das Antihaftmittel 4 oder zumindest das Qverspray beispielsweise mittels Hochdruckwasserstrahlen von dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 entfernt. Die Beschichtungspartikel auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3, welche das Qverspray bilden, sind sehr leicht zu entfernen, da ihre Haftwirkung durch das Antihaftmittel 4 deutlich reduziert ist. Zudem sind deutlich weniger Beschichtungspartikel zu entfernen als nach dem Stand der Technik, da aufgrund des Antihaftmittels 4 ein Großteil der Beschichtungspartikel bereits während des Beschichtens nicht auf dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 haften. Ist das Antihaftmittel 4 wasserlöslich, so ist es mittels Hochdruckwasserstrahlen ebenfalls leicht zu entfernen. In einer Vielzahl von Einsatzbereichen ist das Entfernen des Antihaftmittels 4 jedoch nicht erforderlich, da es eine Funktion des Bauteils 1 nicht beeinträchtigt. Vorzugsweise ist das Antihaftmittel 4 auch als Korrosionsschutz des Bauteils 1 einsetzbar, so dass ein Verbleib des Antihaftmittels 4 auf dem Bauteil 1 vorteilhaft ist.
Nachdem das Qverspray von dem nicht zu beschichtenden Bereich 3 entfernt wurde, wird die zu beschichtende Fläche 2, wenn erforderlich, abschließend bearbeitet. Bei einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors wird die beschichtete Innenfläche der Zylinderbohrung beispielsweise gehont, um eine ausreichende Schmiermittelversorgung eines sich in der Zylinderbohrung bewegenden Kolbens sicherzustellen.

1: Bauteil
2: zu beschichtende Fläche
3: nicht zu beschichtender Bereich
4: Antihaftmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1290243 B1 [0002]
- US 2007/0227000 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Beschichten einer zu beschichtenden Fläche (2) eines Bauteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichten auf zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) ein Antihaftmittel (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel (4) Grundstoffe auf der Basis von Wachsen, Graphit und/oder Silicon aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel (4) vor einem Gießprozess des Bauteils (1) auf eine Gussform aufgesprüht, aufgestrichen und/oder durch ein zumindest teilweises Eintauchen der Gussform in das Antihaftmittel (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel (4) ein Trennmittel zwischen der Gussform und einem Material des Bauteils (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Antihaftmittel (4) während des Gießprozesses auf dem zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) anlagert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel (4) auf den zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) aufgesprüht, aufgestrichen und/oder durch ein zumindest teilweises Eintauchen des Bauteils (1) in das Antihaftmittel (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten Beschichtungspartikel von dem zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungspartikel mittels Hochdruckwasserstrahlen entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beschichten das Antihaftmittel (4) von dem zumindest einen nicht zu beschichtenden Bereich (3) des Bauteils (1) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Antihaftmittel (4) mittels Hochdruckwasserstrahlen entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Fläche (2) des Bauteils (1) durch thermisches Spritzen beschichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtende Fläche (2) des Bauteils (1) eine Innenfläche zumindest einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine nicht zu beschichtende Bereich (3) eine Innenfläche eines Kurbelwellenraums des Verbrennungsmotors ist.