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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sandstrahlen einer
Zylinderlauffläche
eines Werkstücks,
beispielsweise eines Verbrennungsmotors, bei dem Strahlmittelteilchen
von einer Strahlpistole auf die Fläche geblasen werden.
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Zu
den Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlaufflächen eines
Verbrennungsmotors gehören
ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Grundmaterials durch
Sandstrahlen als Vorbehandlungsprozess für das Thermospritzen aufgeraut
wird, und ein Verfahren, bei dem eine Strahlbeschichtung gebildet
wird (beispielsweise entsprechend der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 8-333671 (Nr. 333671/1996)).
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Beim
Sandstrahlverfahren als Vorbehandlungsprozess für das Thermospritzen werden
Schmirgelteilchen, wie beispielsweise Alundum, "Densic" und Stahl, mittels Druckluft oder Motorkraft
auf die Oberfläche
eines Grundmaterials aufgeschleudert, um diese aufzurauen. So werden
beispielsweise bei dem Verfahren, das in der vorläufigen japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 60-44267 (Nr. 44267/1985) offenbart ist, grobe und feine Strahlmittelteilchen
miteinander gemischt, um die Vorteile dieser beiden Teilchenarten
auszunutzen, wodurch eine gute Haftung der Thermospritzbeschichtung
erreicht werden soll.
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Des
Weiteren ist ein Verfahren in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 64-58477 (Nr. 58477/1989)
offenbart, bei dem integriert eine Strahldüse und eine Thermospritzpistole
vorgesehen sind, wobei als Strahldüse eine Unterdruckdüse verwendet
wird und wodurch der Versuch unternommen wird, einen Arbeitsgang
wegzulassen und die Konfiguration der Sandstrahlanlage zu vereinfachen.
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Darüber hinaus
erfolgt bei dem Verfahren, das in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr.
6-136504 (Nr. 136504/1994) offenbart ist, schon das Thermospritzen
während
der Bereich unmittelbar vor dem Abschnitt, wo eine Thermospritzbeschichtung
entsteht, noch sandgestrahlt wird., wodurch ein Versuch unternommen
wurde, die zurückprallenden
und winzigen Teilchen zum Zeitpunkt des Thermospritzen zu entfernen.
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Die
vorstehend erwähnten
Verfahren bereiten jedoch Probleme, wie nachfolgend beschrieben.
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In
der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 60-44267 werden, obwohl eine vorgeschriebene Teilchengrößenverteilung
im Anfangszustand erreicht werden kann, die Schmirgelteilchen durch
das Strahlen immer kleiner, so dass sich die Verteilung unerwünscht verändert. Deshalb
ist es schwierig, die Teilchengrößenverteilung
beispielsweise bei einer Massenproduktion festzulegen. Damit eine
vorgeschriebene Teilchengrößenverteilung
eingehalten wird, müssen
die Vorrichtungen für
die Teilchenrückgewinnung,
-zerkleinerung und -zuführung
recht kompliziert ausgeführt
werden.
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In
der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 64-58477 muss die Strahldüse
mit dem Grundmaterial in Berührung
kommen, um die Unterdruckstrahlung auszunutzen, so dass eine Beschädigung der
Oberfläche
des Grundmaterials möglich
ist. Die Strahldüse
muss bei jedem Zylinder gewechselt werden, um Zylinder mit verschiedenen
Durchmessern sandzustrahlen, so dass die Anlage kompliziert wird.
Da die Strahldüse
mit dem Grundmaterial in Berührung
kommt, reibt diese auf der schon aufgerauten Fläche, so dass dadurch keine
gleichmäßige Aufrauung
erzielt werden kann.
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In
der vorläufigen
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 6-136504 verbleiben, da die Thermospritzbeschichtung unmittelbar
nach dem Sandstrahlen ausgebildet wird, eine große Anzahl der Strahlmittelteilchen in
der Thermospritzbeschichtung.
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Obwohl
die Sandstrahlbearbeitung in hohem Maße zur Qualität der Thermospritzbeschichtung
beiträgt,
ist bisher noch kein geeignetes Verfahren zum Aufrauen der Zylinderlauffläche offenbart
worden. Im Folgenden sollen die Probleme beim Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen beschrieben
werden.
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Probleme in
Bezug auf die Form des Zylinders
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Die
Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors hat normalerweise einen
Durchmesser von höchstens
80 mm, wobei große
Zylinder einen Durchmesser von etwa 100 mm haben. Es liegt also
eine zylindrische Form mit relativ kleinem Durchmesser und mit vielen
Schraubenbohrungen und dergleichen vor.
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Die Strahlmittelteilchen, die zum Aufrauen der Zylinderlauffläche eingesetzt
werden, prallen zurück
und treffen auf die Innenfläche
der gegenüberliegenden
Seite. Wenn die zurückprallenden
Teilchen auf die bereits aufgeraute Fläche treffen, dann wird die
Oberflächenrauheit
ungleichmäßig, so
dass dadurch die Haftfestigkeit der Beschichtung verringert wird.
- (2) Das von der Zylinderlauffläche abgetragene feine Aluminiumpulver
und die Strahlmittelteilchen neigen dazu, auf der Zylinderlauffläche zurückzubleiben.
- (3) Die Strahlmittelteilchen bleiben leicht in den Schraubenbohrungen
und dergleichen zurück.
Nachdem die Strahlmittelteilchen in die Schraubenbohrungen oder
dergleichen gelangt sind, können
sie nicht einfach durch Reinigen usw. entfernt werden. Werden die
in den Schraubenbohrungen und dergleichen zurückbleibenden Strahlmittelteilchen
nicht entfernt, dann beschädigen
sie die Zylinderlauffläche,
wenn der Motor zusammengesetzt wird, wodurch es zu einer Beeinträchtigung
bei der Montage kommt.
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Probleme in
Bezug auf das Sandstrahlen
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Soll
durch das Sandstrahlen eine raue Zylinderlauffläche erreicht werden, dann müssen die
Strahlmittelteilchen auf die Zylinderlauffläche im Bereich zwischen deren
oberem und unterem Ende geblasen werden. Dadurch ergibt sich Folgendes:
- (4) Zum Schutz der Zylinderkopfpassfläche ist
eine Abdeckplatte notwendig. Wird die Abdeckplatte bei jedem Zylinder
eingesetzt, dann ist der erforderliche Arbeitsaufwand größer und
es ist eine große
Anzahl von Abdeckplatten erforderlich. Darüber hinaus müssen Abdeckplatten
verschiedener Größe hergestellt
werden, wenn die Anzahl der Zylindertypen variiert.
- (5) Die Abdeckplatten werden dadurch, dass die Oberfläche durch
Sandstrahlen aufgeraut wird, stark abgenutzt.
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Probleme in
Bezug auf die Anlage
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- (6) Damit während
des Sandstrahlens eine Streuung der Strahlmittelteilchen vermieden
wird, erfolgt das Aufrauen der Oberfläche üblicherweise so, dass das Werkstück dafür in einer
Kabine untergebracht wird. Wird eine Kabine verwendet, dann sind
jedoch zum Einsetzen und Herausnehmen des Werkstücks das automatische Öffnen/Schließen einer
Tür und
die damit verbundene Bewegung des Werkstücks notwendig. Dazu ist ein
komplizierten Mechanismus erforderlich und die Anzahl der beweglichen
Bauteile ist größer. Es
kommt infolgedessen auch leicht zu einem Problem der Materialabtragung
der Bauteile durch die Strahlmittelteilchen. Der Bewegungsmechanismus
der Strahlpistole unterliegt weiterhin auf Grund der Größe der Kabine
hinsichtlich der Bewegung der Strahlpistole und der Größe des Mechanismus
bestimmten Einschränkungen.
Die Anlage muss darüber
hinaus eine ausreichende Staubauffangmöglichkeit entsprechend dem
Volumen der Kabine besitzen, so dass hierdurch der Raumbedarf für die Kabine
zunimmt und die Anlage größer wird.
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Wenn
es zur Bildung einer Beschichtung kommt, dann treffen für den Bearbeitungsprozess
die Punkte (4) bis (6) zu.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks zur
Verfügung
zu stellen, bei dem stets eine gleichbleibend raue Oberfläche im gesamten
Bereich der Zylinderlauffläche
eines Verbrennungsmotors erhalten werden und der Arbeitsaufwand
beim Einsetzen von Abdeckplatten selbst bei Massenproduktion verringert
und das gesamte Verfahren auf ein notwendiges Mindestmaß vereinfacht
werden kann.
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Die
vorstehende Bezeichnung "stets
eine gleichbleibend raue Oberfläche
erhalten" bedeutet,
dass der gesamte Bereich der Zylinderlauffläche eine nahezu konstante Oberflächenrauheit
aufweist und beispielsweise kein Unterschied in der Oberflächenrauheit
der Zylinderlauffläche
zwischen der Zylinderkopf- und Kurbelwellengehäuseseite besteht.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines
Werkstücks,
bei dem Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole auf die Fläche geblasen
werden, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zylinderlauffläche des
Werkstücks
vertikal ausgerichtet und im oberen Bereich des Werkstücks ein
Abdeckelement zum Schutz nicht zu strahlender Flächen angeordnet wird, dass
das Sandstrahlen mit der Strahlpistole bei dem Abdeckelement begonnen
und die Strahlpistole entlang der Zylinderlängsachse nach unten bewegt
und dabei um ihre Längsachse
rotiert wird, dass die Strahlmittelteilchen schräg nach unten geblasen werden,
während
sich die Strahlpistole rotierend von dem oberen zu dem unteren Ende der
Zylinderlauffläche
bewegt, und dass die Zuführung
der Strahlmittelteilchen zur Strahlpistole beendet wird, wenn sich
die Strahlpistole aus dem unteren Ende des Zylinders bewegt.
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Vorzugsweise
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung werden Strahlmittelteilchen von einer
Strahlpistole, die sich entlang der Zylinderlängsachse nach unten bewegt
und dabei um ihre Längsachse
rotiert, schräg
nach unten geblasen, wodurch die in senkrechter Richtung eines Werkstücks verlaufende
Zylinderlauffläche
nach unten sandgestrahlt wird. Deshalb sammeln sich die Strahlmittelteilchen
nicht im Zylinder an und es kann eine gleichbleibend raue Oberfläche erreicht
werden. Des Weiteren wirken auf die Zylinderlauffläche keine
zurückprallenden Strahlmittelteilchen,
so dass eine raue Oberfläche
mit den entsprechenden angestrebten Eigenschaften erzielt werden
kann.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren ein Zylinderblock vertikal
mit einer Zylinderkopfpassfläche
an der oberen Seite und der Kurbelwellengehäusepassfläche an der unteren Seite angeordnet,
wobei ein Abdeckelement auf die Zylinderkopfpassfläche aufgesetzt
und Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten
geblasen werden, während
sich die Strahlpistole rotierend von dem oberen zu dem unteren Ende
der Zylinderlauffläche
bewegt. Deshalb sammeln sich keine Strahlmittelteilchen im Zylinder
an und es kann eine gleichbleibend raue Oberfläche erreicht werden. Des Weiteren
wird die Zylinderlauffläche
nicht durch zurückprallende
Strahlmittelteilchen beschädigt,
so dass eine raue Oberfläche
mit den angestrebten Eigenschaften erzielt werden kann. Darüber hinaus
können
die Zylinderkopffläche
und die Laufflächen
anderer Zylinder geschützt
werden, und es kann auf das Einsetzen und Herausnehmen von Abdeckelementen
bei jedem einzelnen Werkstück
verzichtet und der Unterbringungsraum für das Abdeckelement reduziert
werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein
Zylinder eines Verbrennungsmotors sandgestrahlt wird;
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2 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
bei der die Lauffläche
des in 1 dargestellten Zylinders sandgestrahlt wird;
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3 eine
teilweise vergrößerte Darstellung,
die die Bewegung einer Strahlpistole entsprechend 2 verdeutlicht;
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4 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
eines horizontal aufgestellten Zylinderblocks;
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5 eine
teilweise vergrößerte schematische
Darstellung der Bewegungsbahnen der Strahlmittelteilchen während des
Sandstrahlens;
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6 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
der Beziehungen zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole
bewegt wird und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen
bewegen;
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7 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
der Beziehungen zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole
bewegt wird und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen
bewegen;
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8 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
der Beziehungen zwischen dem sandgestrahlten Zylinder und einem
Abdeckelement, wobei das Sandstrahlen zuerst entsprechend 8(a) und dann anschließend entsprechend 8(b) erfolgt;
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9 eine
teilweise vergrößerte Darstellung,
wobei das in 8 dargestellte Abdeckelement
vergrößert wiedergegeben
ist;
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10 eine
schematische Ansicht der gesamten Sandstrahlanlage entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
schematische Seitenansicht von 10;
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12 eine
teilweise vergrößerte Darstellung
einer Modifizierung des Abdeckelements;
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13 eine
schematische Schnittdarstellung des Luftstroms; und
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14 eine
Darstellung, die die Messung der Rauheit der Zylinderlauffläche verdeutlichen
soll, wobei 14(a) eine Ansicht von
oben und 14(b) eine Schnittdarstellung
zeigen.
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Im
Folgenden sollen nun Anwendungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden.
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1 bis 9 sind
Darstellungen zur Veranschaulichung einer ersten Anwendungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt
eine schematische Darstellung, bei der ein Zylinder eines Verbrennungsmotors als
Beispiel für
die Zylinderlauffläche
eines Werkstückes,
sandgestrahlt wird; 2 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung,
wobei die Lauffläche
des Zylinders sandgestrahlt wird; 3 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung
der Bewegung einer Strahlpistole entsprechend der 2; 4 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung,
bei der der Zylinderblock horizontal angeordnet ist; 5 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung
der Bewegungsbahnen der Strahlmittelteilchen während des Sandstrahlens; 6 und 7 zeigen teilweise
vergrößerte Darstellungen
der Beziehung zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole bewegt
wird, und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen bewegen; 8 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung
der Beziehung zwischen dem sandgestrahlten Zylinder und einem Abdeckelement; 9 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung,
wobei das in 8 dargestellte Abdeckelement
vergrößert wiedergegeben
ist. Im vorliegenden Fall besteht der Zylinderblock aus vier Zylinder.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, besitzt die Strahlpistole 1,
die senkrecht auf ihrer Achse durch eine Vorschubvorrichtung 11 in
der Z-Richtung bewegt werden kann, nahe ihrem unteren Ende eine
Strahldüse 3 für die Abgabe
von Strahlmittelteilchen 2. Die Strahlpistole 1 ist
drehbar gelagert, so dass sie um ihre Achse gedreht werden kann
während
die Strahlmittelteilchen 2 abgegeben werden.
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Ein
Zylinderblock 4 (ein Werkstück) wird senkrecht so aufgestellt,
dass die Achsen der Zylinder 4a bis 4d senkrecht
ausgerichtet sind. Die Position des Zylinderblocks 4 wird
so gewählt,
dass sich die Strahlpistole 1 von oben in den Zylinder
bewegt (absenkt).
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Der
Zylinderblock 4 ist von dem umgebenden Raum durch eine
Kabine 12 abgeschirmt, um ein Streuen der eingesetzten
Strahlmittelteilchen 2 zu verhindern. Unter der Kabine 12 befindet
sich ein Strahlmittelteilchenauffangbehälter 13.
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Die
Strahlrichtung der Strahldüse 3 verläuft schräg nach unten.
Die Strahlmittelteilchen 2 werden in die Richtung gestrahlt,
die in einem Winkel θ zur
Lauffläche
des in 2 dargestellten Zylinders geneigt ist.
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In
dieser Anlage, wie sie in 3 dargestellt
ist, wird die Strahlpistole 1 nach unten bewegt, während sie
gleichzeitig gedreht wird und die Strahlmittelteilchen 2 zum
Sandstrahlen auf die Lauffläche 5 eines
Zylinders bläst.
Der Bewegungsbereich A der Strahldüse 3 ist so gewählt, dass
die Lauffläche 5 des
Zylinders vom oberen Ende 5a bis zum unteren Ende 5b kontinuierlich
sandgestrahlt werden kann.
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Nachdem
das Sandstrahlen eines Zylinders beendet ist, wird der Zylinderblock 4 weiter
bewegt und der gleiche Vorgang wiederholt, wodurch vier Zylinder 4a bis 4d sandgestrahlt
werden können.
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Der
Grund dafür,
warum die Zylinder 4a bis 4d senkrecht angeordnet
werden, ist folgender: Wenn das Sandstrahlen erfolgt und dabei die
Zylinder 4a bis 4d senkrecht ausgerichtet sind,
dann gelangen die abgegebenen Strahlmittelteilchen 2 natürlicherweise
durch die Schwerkraft nach unten, so dass sie nicht in den Zylindern 4a bis 4d zurückbleiben.
Werden die Zylinder 4a bis 4d schräg oder horizontal
aufgestellt, dann bleiben die Strahlmittelteilchen 2 so,
wie es in 4 dargestellt ist, in den Zylindern 4a bis 4d zurück. In diesem
Fall treffen die Strahlmittelteilchen 2 auf die bereits
aufgeraute Oberfläche,
so dass die erhabenen Abschnitte der Oberfläche abgetragen werden oder,
wenn ein Bereich sandgestrahlt wird, in dem sich die Strahlmittelteilchen 2 angesammelt
haben, dienen diese als Schutzschicht, so dass dort ein Aufrauen
der Oberfläche
ausbleibt.
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Aus
diesem Grund müssen
bei dem Aufrauvorgang zur Schaffung der Haftfestigkeit für eine Thermospritzbeschichtung
zurückbleibende
Strahlmittelteilchen 2, die das Aufrauen der Oberfläche behindern,
vermieden werden. Die Zylinder müssen
deshalb senkrecht aufgestellt werden.
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Die
Gründe
dafür,
warum das Sandstrahlen durch Bewegen der Strahlpistole 1 in
die Richtung erfolgt, in die die Strahlmittelteilchen 2 von
oben geblasen werden, und warum die Lauffläche 5 des Zylinders
in einem Strahlwinkel von (siehe 2) sandgestrahlt
wird, sind folgende:
Wird die Innenfläche 5 eines Zylinders
mit kleinem Durchmesser (beispielsweise eines Rohres) in einem Winkel
von 90° zur
Oberfläche
des Grundmaterials sandgestrahlt, dann prallen die eingesetzten
Strahlmittelteilchen 2 zurück, so dass sie die nachfolgenden
Strahlmittelteilchen 2 behindern oder die Strahldüse 3 absprengen.
Auf diese Weise ergibt sich ein großer Verbrauch von Strahlmittelteilchen.
Im Gegensatz dazu wird dann, wenn das Sandstrahlen, wie in 5 dargestellt,
in einem Strahlwinkel Θ (spitzer
Winkel) erfolgt, der größte Teil
der Strahlmittelteilchen 2a bis 2d in die Strahlrichtung
bewegt, wobei diese dann von der Oberfläche des Grundmaterials zurückprallen.
Jedes mal, wenn die zurückprallenden
Strahlmittelteilchen 2a bis 2d auf das Grundmaterial
treffen, wobei ihre Flugstrecken immer größer werden, verringert sich
die kinetische Energie der Strahlmittelteilchen 2a bis 2d,
so dass die Kraft zum Aufrauen der Oberfläche abnimmt, wodurch sich die
Oberflächenrauheit
verringert.
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Damit
eine große
Oberflächenrauheit
erhalten bleibt, ist es notwendig, die Oberfläche des Grundmaterials in dem
Zustand nach dem ersten Auftreffen der Strahlmittelteilchen 2,
die aus der Strahldüse 3 aufgeschleudert
werden, zu belassen. Dadurch kann der gesamte Bereich der Lauffläche 5 des
Zylinders eine konstante Oberflächenrauheit
erhalten. Diese Bedingung stellt einen wichtigen Faktor der Erfindung
für die
Gewährleistung
einer hohen Haftfestigkeit der Thermospritzbeschichtung dar. Auf
Grundlage dieser Erkenntnis wurde festgestellt, dass, wenn das Sandstrahlen
erfolgt indem die drehbare Strahlpistole 1 in dieselbe
Richtung 10a, wie auch in die Richtung 10c bewegt
wird, d.h. in dieselbe Richtung, in die die Strahlmittelteilchen 2 in
die senkrecht aufgestellten Zylinder 4a bis 4d von
oben von der Strahldüse 3 geblasen
werden, wie in 6 dargestellt, nur dann die
Zylinderlauffläche,
auf die die Strahlmittelteilchen 2 zuerst aufgetroffen
sind, so belassen werden kann. Nachdem die Strahlmittelteilchen 2 auf
die Oberfläche
aufgetroffen sind und diese sandgestrahlt haben, treffen die zurückprallenden
Strahlmittelteilchen nur auf eine noch nicht sandgestrahlte Oberfläche 5d und
nicht auf eine schon sandgestrahlte Oberfläche 5c auf.
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Wird
die Strahldüse 3,
nachdem sie bis zum unteren Ende 5b des Zylinders bewegt
(abgesenkt) wurde, herausgezogen, dann wird die Zuführung der
Strahlmittelteilchen 2 unterbrochen und es wird nur noch Druckluft
abgegeben. Dadurch kann an der Lauffläche 5 des Zylinders
eine Reinigungswirkung durch Druckluft erwartet werden und es braucht
kein Reinigungsprozess mittels Druckluft vorgesehen zu werden.
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Für die Sandstrahlbearbeitung
ist ein Arbeitsgang (Sandstrahlbearbeitung vom oberen Ende 5a bis zum
unteren Ende 5b der Lauffläche des Zylinders) ausreichend,
wenn die Bewegungs- und Drehgeschwindigkeit der Strahlpistole 5 entsprechend
berücksichtigt
werden. In einigen Fällen
können
jedoch mehrere Sandstrahlarbeitsgänge (beispielsweise Sandstrahlen
bei Hin- und Herbewegung) ausgeführt
werden. Selbst in diesem Fall ist es im letzten Sandstrahlarbeitsgang
unter Berücksichtigung
der Wirkung der abprallenden Strahlmittelteilchen notwendig, das
Sandstrahlen in der Richtung durchzuführen, in der die Strahlmittelteilchen 2,
ausgehend vom oberen Ende 5a der Lauffläche 5 des Zylinders,
(Sandstrahlbearbeitung vom oberen Ende 5a zum unteren Ende 5b der
Lauffläche 5 des
Zylinders) eingeblasen werden.
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Andererseits
wird die bereits aufgeraute Oberfläche 5c, wenn im Gegensatz
zu dem Fall von 6 das Sandstrahlen durch Bewegen
der Strahldüse 1 in
die Richtung 10b erfolgt, die der Richtung 10c entgegengesetzt
ist, in die die Strahlmittelteilchen 2 gestrahlt werden,
wie es in 7 dargestellt ist, mehrfach
von den zurückprallenden
Strahlmittelteilchen getroffen, so dass sich die Oberflächenrauheit
verringert. Die Rauheit am unteren Teil des Zylinders ist infolgedessen
gegenüber
dem aufgerauten oberen Teil des Zylinders geringer, so dass die
Oberflächenrauheit
nicht über
den gesamten Bereich der Lauffläche 5 des
Zylinders konstant gehalten werden kann.
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Wie
in 8 dargestellt, wird der Zylinderblock 4 senkrecht
so aufgestellt, dass sich eine Zylinderkopfpaßfläche 4a oben und die
Kurbelwellengehäusepaßfläche unten
befinden. Der Grund dafür
ist nachfolgend erläutert.
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Beim
Sandstrahlen und Thermospritzen der Lauffläche 5 des Zylinders
werden die Strahlmittelteilchen 2 von der Strahldüse 3 am
vorderen (unteren) Ende der Strahlpistole 1 schräg nach vorn
(unten) abgegeben, so dass die Oberfläche dreidimensional abgedeckt
werden muß.
Befindet sich die Kurbelwellengehäusepassfläche oben, dann ist eine Abdeckung
infolge der komplizierten Form schwierig, der Vorgang der Anbringung einer
Abdeckung kann dann nicht vereinfacht werden. Besitzt das Werkstück jedoch
wie bei einem Mehrzylindermotor für ein vierrädriges Kraftfahrzeug eine große Kurbelwellengehäuseseite,
kann beim Transport des Zylinderblocks 4 mit der Zylinderkopfpassfläche nach
unten nicht die nötige
Stabilität
gewährleistet
werden, wodurch sich Schwierigkeiten ergeben können.
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Im
Gegensatz dazu, wenn der Zylinderblock 4 mit der Kurbelwellengehäusepassfläche nach
unten wie bei der vorliegenden Anwendungsform der Erfindung aufgestellt
wird, resultieren Vorteile dadurch, dass dreidimensionale Flächen, wie
beispielsweise die eines Kurbelwellenlagerzapfens und Schraubenbohrungen,
vor den Strahlmittelteilchen und Thermospritzpulvern geschützt werden
und dass eine Abdeckplatte 6 problemlos an der Zylinderkopfpassfläche 4e angebracht
werden kann, weil es sich dabei um eine ebene Fläche handelt, und dass beim
Transport des Zylinderblocks 4 keine Instabilitäten auftreten.
Es ist deshalb wünschenswert, den
Zylinderblock 4 so auszurichten, dass sich die Zylinderkopfpassfläche 4e oben
befindet.
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Das
Abdeckelement 6 wird so, wie es in 8 dargestellt
ist, auf der Zylinderkopfpassfläche 4e angebracht.
Das Abdeckelement 6 ist so ausgeführt, dass es senkrecht in Verbindung
mit der Bewegung der Strahlpistole 1 (synchron) bewegt
werden kann. Der Grund dafür,
warum das Abdeckelement 6 derartig ausgebildet ist, ist
folgender:
Wie bereits beschrieben, ist die Zylinderkopfpassfläche 4e eine
ebene Fläche
ungeachtet des Motortyps, wie beispielsweise Einzylinder-, Mehrzylinder-,
Zwei- und Viertaktmotor, wobei sich nur die Zylinderbohrung (der Innendurchmesser) ändert. Deshalb
ist nur ein Teil, der an der Zylinderkopfpassfläche 4e zum Anliegen kommt,
als Einsatz ausgeführt,
bei dem der Durchmesser entsprechend verändert und dadurch eine größere Vielseitigkeit
erreicht werden kann.
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Werden
jedoch alle Zylinder mit der Abdeckplatte 6 versehen, ehe
der Zylinderblock 4 dem Sandstrahlen und Thermospritzen
unterzogen wird, dann ergeben sich zahlreiche Probleme: Beispielsweise
werden zusätzliche
Arbeitsgänge
zum Anbringen und Entfernen der Abdeckplatte 6 notwendig,
wirken die Strahlmittelteilchen 2 auch auf Flächen der
Befestigungsbohrungen ein und der Lagerraumbedarf wird größer.
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Wird
ein Abdeckverfahren angewendet, bei dem das Abdeckelement 6 jeweils
nur an dem sandzustrahlenden Zylinder (Zylinder 4a in 8(a) und Zylinder 4b in 8(b)) angebracht wird, wenn der Zylinder 4a bis 4d in
die Sandstrahlstellung kommt, dann werden die zuvor erwähnten Probleme
beseitigt. Das bedeutet, dass alle Zylinder 4a bis 4d mit
einem Abdeckelement 6 und darüber hinaus alle Zylinder des
Zylinderblocks 4 mit einer unterschiedlichen Anzahl von
Zylindern mit einem Abdeckelement 6 abgedeckt werden. Zum Schutz
der Lauffläche 5 der
anderen Zylinder darf die Höhe
H (siehe 8(a)) des Abdeckelements 6 beispielsweise
nicht kleiner als 20 mm gewählt
werden. Das ist darauf zurückzuführen, dass
beim Sandstrahlen der Lauffläche 5 des
Zylinders, das Sandstrahlen normalerweise vom oberen Teil des Zylinders 4a bis 4d begonnen
wird, wie es bei dem Problem des Sandstrahlens zum zuverlässigen Aufrauen
bis hin zum Randbereich des Zylinders 4a bis 4d beschrieben
ist. Die Position, bei der mit dem Sandstrahlen begonnen wird, liegt beispielsweise
etwa 10 mm über
der Zylinderkopfpassfläche 4a (Fläche an der
Oberseite des Zylinderblocks), wie es in 3 dargestellt
ist. Dadurch wird verhindert, dass die Strahlmittelteilchen 2 in
andere Bereiche als den sandzustrahlenden Zylinder gelangen.
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Bei
dem Abdeckelement 6, wie es in 9 dargestellt
ist, besteht der Endabschnitt, der mit der Zylinderkopfpaßfläche 4e in
Berührung
kommt, aus einem abnehmbaren, getrennten Element und es wird ein
Kontakteinsatzteil 6b in einen Abdeckelementkörper 6a geschraubt.
Das Abdeckelement 6 ist aus folgendem Grund in dieser Form
ausgeführt:
Wenn alle Zylinder 4a bis 4d mit einem Abdeckelement 6 sandgestrahlt
werden sollen, dann kommt es zu einer starken Abnutzung des Abdeckelements 6 oder
zu Ablagerung auf dem Abdeckelement. Der Bereich, in dem die Abnutzung
bzw. Ablagerung am stärksten
ist, ist ein Bereich beispielsweise etwa 10 mm über der Zylinderkopfpassfläche 4e,
auf den die Strahlmittelteilchen 2 direkt geblasen werden,
wie es durch den Bereich R in 9 gezeigt
wird. Aus diesem Grund wurde nur der Bereich, in dem die Abnutzung
oder Ablagerung am stärksten
ist, austauschbar (als Einsatz) und abnehmbar ausgeführt. Deshalb muss
nur das Kontakteinsatzteil 6b ersetzt werden, so dass bei
dem Abdeckelement 6 Kosten eingespart werden können.
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So
kann allein das Kontakteinsatzteil 6b aus einem Material
hergestellt werden, bei dem es kaum zu einer Abnutzung oder Ablagerung
kommt, beispielsweise aus Wolframcarbid (WC). Es kann alternativ
aus einer Aluminiumlegierung (Al) bestehen, die bearbeitet werden
kann, das Einsatzteil 6b ist im Falle der Abnutzung auswechselbar.
Wie oben beschrieben, lässt
sich die Vielseitigkeit des Körpers
dadurch erhöhen,
dass das Kontakteinsatzteil 6 durch ein Einsatzteil mit
einem Innendurchmesser ersetzt wird, der dem Typ des Zylinders entspricht.
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Es
soll nun eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 beschrieben
werden. 10 zeigt eine schematische Darstellung
der gesamten Sandstrahlanlage; 11 ist
eine schematische Seitenansicht von 10; 12 zeigt
eine teilweise vergrößerte Darstellung
einer Modifizierung des Abdeckelements; und 13 ist
eine schematische Schnittdarstellung des Luftstroms.
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Eine
drehbare Strahlpistole 1 ist an einer uniaxialen Vorschubvorrichtung 11 angebracht
und wird in ihrer vertikalen Bewegung in der Z-Richtung gesteuert.
Wie in 10 und 11 dargestellt,
ist unterhalb der Strahlpistole 1 ein Förderer 7 mit Rollen 7a vorgesehen.
Auf diesem Förderer
kann eine Palette 8 gesteuert bewegt werden. Infolgedessen
wird ein Zylinderblock 4, der auf die Palette 8 aufgesetzt
wurde, bewegt und automatisch so angeordnet, dass die Mittelachse
jedes Zylinders 4a bis 4d mit der Mittelachse
der drehbaren Strahlpistole 1 übereinstimmt.
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Auf
der Palette 8 werden Ständer 8a aufgestellt,
die der Form des Kurbelwellenlagerzapfens entsprechen. Der Zylinderblock 4 ist
in die Zylinder 4a bis 4d geteilt, und ein durchgängiger röhrenförmiger Innenraum entsteht.
Durch die Ständer 8a auf
der Palette 8 werden die Kurbelwellenpassfläche 4f (Fläche an der
Unterseite) und die Schraubenbohrungen geschützt, so dass eine Beschädigung der
Arbeitsfläche
durch zurückprallende
Strahlmittelteilchen 2 und ein Abtragen durch Strahlmittelteilchen 2 vermieden
werden können.
Die Positionierung des Zylinderblocks 4 auf der Palette 8 kann
darüber
hinaus sicher und problemlos vorgenommen werden.
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Nachdem
der Zylinderblock 4 positioniert ist, wird ein Abdeckelement 6 auf
eine Zylinderkopfpassfläche 4e des
nach dem Positionieren sandzustrahlenden Zylinderblocks 4 gesetzt.
Das Abdeckelement 6 ist zylindrisch aufgebohrt, und die
Mittelachse des inneren Zylinders des Abdeckelements 6 ist
fluchtend zur Mittelachse der Zylinder 4a bis 4e ausgerichtet.
Die Höhe
des Abdeckelements 6 ist derartig gewählt, dass die Strahlmittelteilchen 2 nicht
an der oberen Öffnung
austreten können.
Wie in 12 dargestellt, kann das Abdeckelement 6 mit
einem so stark verengten Bereich 6c versehen sein, dass
eine Strahldüse 3 (Verlängerungsdüse) der
Strahlpistole 1 gerade noch eingesetzt werden kann.
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Wie
in 10 und 11 dargestellt,
ist die Palette 8 mit einer Öffnung 8b in einer
bestimmten Position zu der des Ständers 8a ausgeführt. Wird
der Zylinderblock 4 auf die Ständer 8a gesetzt, dann
können
das Abdeckelement 6, der Zylinder 4a bis 4d,
ein Kurbelwellengehäuse
und die Palette 8 einen Verbindungsdurchgang bilden, so
dass eine durchgehende Innenfläche
entstehen kann. Unter der Palette 8 befinden sich ein mit der Öffnung 8b verbundenes
Saugrohr 9a und ein gegenüber dem Körper verschiebbarer Druckluftzylinder 9b. Wie
in 13 dargestellt, gelangen die von der Strahldüse 3 abgegebenen
Strahlmittelteilchen 2 durch das Abdeckelement 6,
den Zylinder 4a bis 4d und die Palette 8,
ohne, dass diese von der Öffnung
des abgedeckten Bereiches abgelenkt werden, und werden dann vom
unteren Teil der Palette 8 abgesaugt und gesammelt, so dass
alle Strahlmittelteilchen 2 zuverlässig und effizient zurückgewonnen
werden können.
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Das
Werkstück
(beispielsweise ein Zylinderblock 4) braucht zum Sandstrahlen
nicht in einer Kabine 12 untergebracht zu werden, so dass
die Antriebssteuerung für
das Einsetzen und Herausnehmen des Werkstücks in die bzw. aus der Kabine 12 unnötig und
dadurch der Mechanismus vereinfacht wird. Die Form und Größe des Werkstücks, die
Bewegung der Strahlpistole 1 und die Größe der Förderanlage unterliegen des Weiteren
keiner Beschränkung.
Im Vergleich zur Kabine 12 (s. 1) ist ein
Kanal (ein durch das Abdeckelement 6, den Zylinder 4a bis 4d und
die Palette 8 gebildeter Durchgang), durch den die Strahlmittelteilchen 2 gelangen,
sehr eng und mit sehr kleinem Volumen ausgeführt, so dass ein Staubabscheider,
wie er zur Rückgewinnung
der Strahlmittelteilchen 2 erforderlich ist, kein großes Volumen
besitzen muss und keine große
Installationsfläche
erforderlich macht. Die Anlage mit dem Kabinenbereich kann infolgedessen
kompakt ausgeführt
werden.
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Die
Oberseite des Ständers 8a kann
eine Form besitzen, die der entsprechenden Fläche des Zylinderkopfs 4 entspricht,
beispielsweise eine ebene Wandform. Sie muss nicht der runden Form
des Zylinders 4a bis 4d entsprechen und kann eine
Form besitzen, durch die ein geschlossener Raum gebildet wird. Der
Abschnitt des Ständers 8,
der mit dem Zylinderblock 4 in Berührung kommt, kann mit Hilfe
einer Gummidichtung (nicht dargestellt) entsprechend luftdicht gemacht
werden.
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Im
Folgenden wird eine grobe Berechnung vorgenommen. Bei Annahme eines
Vierzylindermotor von beispielsweise 270 mm × 380 mm × 260 mm (Höhe) wird die Größe der Kabine 12 ermittelt.
Bei Berücksichtigung,
dass der Zylinderblock 4 in der Kabine 12 bewegt
wird, die senkrechte Bewegung des Abdeckelements 6 und
Wartungsarbeiten möglich
sein müssen,
wird eine Kabine 12 von mindestens 700 mm × 600 mm × 600 mm
(Höhe)
benötigt.
Das Volumen der Kabine beträgt
dann 0,252 m3.
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Im
Gegensatz dazu betragen dann, wenn die Zylinder 4a bis 4d als
entsprechender Durchgang betrachtet werden, die Zylinderbohrung
(Innendurchmesser) 78 mm und das Volumen 0,010 m3,
wobei die Verbreiterung der Kurbelwellengehäuseseite bereits berücksichtigt
wird. So weist die zur Ventilation und Rückgewinnung der Strahlmittelteilchen 2 erforderliche
Saugleistung infolgedessen recht große Unterschiede auf.
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Werden
die Strahlmittelteilchen 2 zur Rückgewinnung aus dem unteren
Teil der Palette 8 gesaugt, dann gelangt Luft durch eine Öffnung oben
im Abdeckelement 6 in den Zylinder 4a bis 4d und
strömt
durch die Öffnung,
die von dem Abdeckelement 6, dem Zylinder 4a bis 4d und
der Palette 8 gebildet wird, nach unten. Die vom oberen
Teil des Zylinders 4a bis 4d eingeblasenen Strahlmittelteilchen 2 und
das feine Aluminiumpulver sowie das abgetragene Material, das durch
das Bearbeiten der Lauffläche 5 des
Zylinders entsteht, werden gleichmäßig abgeführt und zurückgewonnen, wodurch die Reinigung
der Zylinderbohrungsfläche
beschleunigt wird. Des Weiteren können eine Verringerung der
Haftfestigkeit der Thermospritzbeschichtung im nächsten Arbeitsgang und der
Einschluß von
Verunreinigungen zum Zeitpunkt der Bildung der Strahlbeschichtung
verhindert werden.
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Bei
der zuvor beschriebenen Anlage ist es wichtig, dass für jeden
Zylinder durch das Abdeckelement 6, den Zylinder 4a bis 4d und
die Palette 8 ein Durchgang gebildet wird.
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Als
Nächstes
wird die Messung der Oberflächenrauheit
für den
Fall, in dem das Sandstrahlen bei einem aus einer Aluminiumlegierung
bestehenden Zylinder 21 mit einem Gehäuseteil 22 durchgeführt wird,
unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. 14 zeigt
eine Darstellung der Messung der Rauheit der Lauffläche 5 des
Zylinders. Die Bedingungen (Sandstrahlbedingungen) entsprechen in
diesem Fall den Angaben in der Tabelle 1.
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Es
wurden drei Arten von Probekörpern
verwendet. Bei dem Probekörper 1 wurde
der Zylinder 21 senkrecht aufgestellt und dann das Sandstrahlen
durchgeführt,
während
die Strahlpistole 1 von oben in den Zylinder 21 in
die Richtung bewegt wurde, in die die Strahlmittelteilchen 2 geblasen
wurden. Bei dem Probekörper 2 wurde
der Zylinder 21 senkrecht aufgestellt, und das Sandstrahlen
erfolgte bei gleichzeitiger Bewegung der Strahlpistole 1 vom
Boden des Zylinders 21 nach oben. Bei dem Probekörper 3 wurde
der Zylinder 21 horizontal aufgestellt und das Sandstrahlen
durchgeführt,
während
die Strahlpistole 1 in die Richtung bewegt wurde, in die
die Strahlmittelteilchen 2 geblasen wurden.
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Die
Oberflächenrauheit
wurde in einem Bereich von 1 cm × 1 cm an zwei Meßstellen 23 und 24,
wie in 14 dargestellt, durch eine Untersuchung
in einer Ebene bei Abtastung von 100 Linien mit Hilfe eines handelsüblichen
Rauheitsmeßgerätes (nicht
dargestellt) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
Diese Werte sind die Mittenrauwerte (senkrechte Ra-Werte), in μm ausgedrückt. Je
größer dieser Wert
ist, desto rauer ist die Oberfläche.
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Die
Meßergebnissen
zeigen deutlich, dass bei den Probekörpern 2 und 3,
anders als bei dem Probekörper 1,
der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
sandgestrahlt wurde, die Oberflächenrauheit
an den Meßstellen 23 und 24 abnahm.
Dieses Ergebnis hat einen Einfluß auf die Haftfestigkeit der
Thermospritzbeschichtung.
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Es
folgt eine Beschreibung eines Sandstrahlarbeitsgangs, der entsprechend
einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
(s. 10 und 11) an
den Zylindern 4a bis 4d realisiert wurde.
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Der
bei dem Versuch verwendete Zylinderblock 4 ist ein Zylinderblock
für einen
Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotor
mit einem Zylinderinnendurchmesser von 78 mm, einer Zylinderlänge von
132 mm und einem Kurbelwellengehäuse.
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Das
Abdeckelement 6, das aus einer Aluminiumlegierung besteht,
besitzt einen Durchmesser von 78 mm und eine Höhe von 50 mm. Das Oberteil
dieses Abdeckelements besteht aus einem Einsatz. Das Abdeckelement 6 wird
vertikal durch den Druckluftzylinder 9b bewegt, und der
Zylinderblock 4 wird angehalten, wenn jeder der Zylinder 4a bis 4d eine
festgelegte Position erreicht hat.
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Die
Palette 8 besteht aus einer Aluminiumlegierung. Es werden
Ständer 8a derart
aufgestellt, dass sie mit der Form des Kurbelwellenlagerzapfens übereinstimmen.
Durch das Einsetzen des Zylinderblocks 4 werden die Zylinder
in entsprechende Durchgänge
unterteilt.
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Der
auf die Palette 8 gesetzte Zylinderblock 4 wird
gesteuert bewegt, wobei das Abdeckelement, der Zylinder und das
Staubauffang-/Rückführungsrohr
so angeordnet sind, dass ihre Mittelachsen fluchtend zueinander
ausgerichtet sind, wodurch diese Teile zusammen einen Durchgang
bilden.
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Das
Sandstrahlen erfolgte mit Hilfe dieser Anlage unter den in der Tabelle
1 angegebenen Bedingungen, und anschließend wurde das Plasmaspritzen
unter den in der Tabelle 3 angegebenen Spritzbedingungen durchgeführt, wodurch
ein Zylinder mit Thermospritzbeschichtung erhalten wurde.
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Während des
Sandstrahlens wurden die Arbeitsfläche und die Schraubenbohrungen
des Kurbelwellenlagerzapfenbereichs ausreichend geschützt und
es wurde eine gleichmäßig sandgestrahlte
Fläche
erhalten. Es konnte des Weiteren keine Streuung der Strahlmittelteilchen
aus der Anlage heraus festgestellt werden, so dass eine Kabine unnötig wird.
Da ein Einsatz einer Kabine sich erübrigte und die Anlage kompakt ausgeführt werden
konnte, wurde die Spritzanlage in derselben schalldichten Kammer
untergebracht und so der Übergang
zum nächsten
Arbeitsprozess verbessert.