DE19922265B4

DE19922265B4 - Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks

Info

Publication number: DE19922265B4
Application number: DE19922265A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hamamatsu Miyai; Seiya Hamamatsu Kunioka; Tadashi Hamamatsu Takahashi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: JP3674306B2; DE19922265A1; JPH11320414A; CN1118353C; CN1237499A; US6244934B1

Abstract

Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks, bei dem Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole auf die Fläche geblasen werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zylinderlauffläche (5) des Werkstücks vertikal ausgerichtet und im oberen Bereich des Werkstücks ein Abdeckelement (6) zum Schutz nicht zu strahlender Flächen angeordnet wird,
dass das Sandstrahlen mit der Strahlpistole (1) bei dem Abdeckelement (6) begonnen und die Strahlpistole (1) entlang der Zylinderlängsachse nach unten bewegt und dabei um ihre Längsachse rotiert wird,
dass die Strahlmittelteilchen (2a-2d) schräg nach unten geblasen werden, während sich die Strahlpistole (1) rotierend von dem oberen zu dem unteren Ende der Zylinderlauffläche bewegt, und dass die Zuführung der Strahlmittelteilchen zur Strahlpistole (1) beendet wird, wenn sich die Strahlpistole aus dem unteren Ende des Zylinders bewegt.

Description

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.

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)).

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.

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.

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.

Die vorstehend erwähnten Verfahren bereiten jedoch Probleme, wie nachfolgend beschrieben.

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.

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.

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.

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.

Probleme in Bezug auf die Form des Zylinders

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.

(1) 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.

Probleme in Bezug auf das Sandstrahlen

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.

Probleme in Bezug auf die Anlage

(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.

Wenn es zur Bildung einer Beschichtung kommt, dann treffen für den Bearbeitungsprozess die Punkte (4) bis (6) zu.

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.

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.

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.

Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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.

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.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Zylinder eines Verbrennungsmotors sandgestrahlt wird;
2 eine teilweise vergrößerte Darstellung bei der die Lauffläche des in 1 dargestellten Zylinders sandgestrahlt wird;
3 eine teilweise vergrößerte Darstellung, die die Bewegung einer Strahlpistole entsprechend 2 verdeutlicht;
4 eine teilweise vergrößerte Darstellung eines horizontal aufgestellten Zylinderblocks;
5 eine teilweise vergrößerte schematische Darstellung der Bewegungsbahnen der Strahlmittelteilchen während des Sandstrahlens;
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;
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;
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;
9 eine teilweise vergrößerte Darstellung, wobei das in 8 dargestellte Abdeckelement vergrößert wiedergegeben ist;
10 eine schematische Ansicht der gesamten Sandstrahlanlage entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine schematische Seitenansicht von 10;
12 eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Modifizierung des Abdeckelements;
13 eine schematische Schnittdarstellung des Luftstroms; und
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.
Im Folgenden sollen nun Anwendungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tabelle 1
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.
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.
Tabelle 2
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Tabelle 3
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.

Claims

Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks, bei dem Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole auf die Fläche geblasen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlauffläche (5) des Werkstücks vertikal ausgerichtet und im oberen Bereich des Werkstücks ein Abdeckelement (6) zum Schutz nicht zu strahlender Flächen angeordnet wird, dass das Sandstrahlen mit der Strahlpistole (1) bei dem Abdeckelement (6) begonnen und die Strahlpistole (1) entlang der Zylinderlängsachse nach unten bewegt und dabei um ihre Längsachse rotiert wird, dass die Strahlmittelteilchen (2a-2d) schräg nach unten geblasen werden, während sich die Strahlpistole (1) rotierend von dem oberen zu dem unteren Ende der Zylinderlauffläche bewegt, und dass die Zuführung der Strahlmittelteilchen zur Strahlpistole (1) beendet wird, wenn sich die Strahlpistole aus dem unteren Ende des Zylinders bewegt.
Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlauffläche (5) des Werkstücks bzw. des Zylinderblocks (4) vertikal so angeordnet wird, dass sich die Zylinderkopfpaßfläche (4e) an der oberen Seite und die Kurbelwellengehäusepaßfläche an der unteren Seite befindet und dass das Abdeckelement (6) an der Zylinderkopfpassfläche (4e) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück bzw. der Zylinderblock (4) mit einem Zylinder (4a-4d) ausgerichtet auf die Öffnung (8b) einer Palette (8) gesetzt wird, so dass vom Abdeckelement (6) bis zur Palette (8) ein durchgängiger Innenraum gebildet wird, und dass die Strahlmittelteilchen während des Sandstrahlens von einem unter der Öffnung (8b) der Palette (8) angeordneten Saugrohr (9a) nach unten abgesaugt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Zylinder (4a-4d) über der Öffnung (8b) der Palette (8) mittels auf der Palette angeordneter Ständer (8a) erfolgt, auf die das Werkstück bzw. der Zylinderblock so aufgesetzt wird, dass sie mit entsprechenden Öffnungen im Werkstück bzw. Zylinderblock korrespondieren.
Abdeckelement zur Durchführung des Verfahrens zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche eines Werkstücks, bei dem Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole auf die Fläche geblasen werden, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement aus einem Abdeckelementkörper (6a) und einem an der Zylinderkopfpaßfläche (4e) anliegenden abnehmbaren Teil (6b) besteht.