[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung der Innenseite
von Hohlkörpern, insbesondere von Zylinderbohrungen, als Vorbereitung zum Aufbringen
einer thermisch gespritzten Schicht, wobei ein Teil des die Innenseite bildenden Materials
abgetragen und eine Oberfläche mit einer definierten Struktur und/oder Güte erzeugt
wird.
[0002] Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der EP 0 716 158 A1 bekannt. Dort wird ein
Verfahren zur Herstellung von Motorblöcken mit beschichteten Zylinderbohrungen beschrieben,
bei dem der Motorblock zunächst aus einem Metall gegossen wird und anschließend Schmutzreste
von den Wandungen der gegossenen Zylinderbohrungen entfernt werden, so daß zumindest
eine ringförmige gereinigte frische Metalloberfläche bereitgestellt wird. Anschließend
wird eine plasmagespritzte Schicht auf dieser so vorbereiteten Oberfläche abgelagert
und diese nachgearbeitet.
[0003] Die Vorbereitung der Zylinderbohrungen geschieht üblicherweise durch Bearbeiten mit
Korundstrahlen und anschließende Entfettung. Ziel ist es, eine fettfreie Oberfläche
mit einem R
z-Wert von etwa 25 bis 65 µm zu erhalten. Problematisch dabei ist, daß die Zylinderbohrungen
durch die Vorbereitung lagegenau dargestellt werden müssen, da nach dem Gießen die
Position der gegossenen Zylinderbohrung beträchtlich von dem vorgeschriebenen Wert
abweichen kann. Bei der Herstellung von Motorblöcken aus untereutektischem Aluminium
im Druckgußverfahren ergibt sich das weitere Problem, daß durch den Gießprozeß vor
allem im unteren Bereich der Zylinderbohrungen Inhomogenitäten entstehen können. Es
können sich Lunker oder Poren im Werkstoff bilden, bedingt durch einen Schrumpfungsprozeß
während des Gießens (sogenannte Schrumpflunker). Bei der Oberflächenbearbeitung und
Aufrauhung werden diese Poren oder Lunker freigelegt und teilweise noch vergrößert.
Dadurch bleiben Strahlgutrückstände und Lösemittel - bzw. Schmiergutrückstände - in
den offenen Lunkern zurück, die zu einer schlechten Haftung der anschließend aufgebrachten
tribologischen Schicht führen. Da die Beschichtung nämlich bei hohen Temperaturen
stattfindet, dehnt sich das in den offenen Lunkern verbliebene Lösemittel aus, sodaß
sich Beulen und Abplatzungen bilden können und insgesamt eine schlechte Anbindung
der tribologischen Schicht an die Wandung resultiert.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der oben genannten
Art bereitzustellen, das auf möglichst einfache Weise fettfreie Oberflächen einer
bestimmten Oberflächengüte bereitstellt, auf welche die thermisch gespritzten Schichten
einfach und gut haftend aufzubringen sind.
[0005] Die Lösung besteht darin, daß die Innenseite in einem Verfahrensschritt ohne Schmierstoff
trocken zerspant wird, wobei Werkzeug mit einem definierten und/oder undefinierten
Oberflächenprofil verwendet wird.
[0006] Unter "trocken zerspanen" wird dabei verstanden, daß keine Schmierung vorgenommen
wird oder daß höchstens eine Minimalschmierung in einem Volumenstrom von weniger als
150 ml/h, bei der die Späne bzw. die Oberfläche als trocken deklariert werden, vorgenommen
wird.
[0007] Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die Bohrungen trocken zu bearbeiten, z. Bsp.
durch Ausspindeln, Bürsten, Rändeln, Zirkularfräsen oder Kombinationen aus einem oder
mehreren dieser Verfahren.
[0008] Das Werkzeug kann ein definiertes Oberflächenprofil aufweisen, so daß durch die Bearbeitung
einer Oberfläche mit einer definierten Struktur resultiert. Das nachträgliche Entfetten
bzw. Reinigen und Aufrauhen entfällt. Nach der Oberflächenbearbeitung kann sofort
eine Schicht durch thermisches Spritzen aufgetragen werden.
[0009] Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Werkzeug kann
aus kubischem Bornitrid, polykristallinem Diamant, einem beschichteten oder unbeschichteten
Hartmetall oder einer keramik bestehen. Als Bürstenmaterial wird z. B. Stahldraht
mit oder ohne Beschichtung oder Keramik verwendet. Als Rändel können beliebige beschichtete
oder unbeschichtete Oberflächenprofile aus Hartmetall oder MSS oder Keramik verwendet
werden. Ein Werkzeug mit definiertem Oberflächenprofil kann z. B. ein Schneidwerkzeug
oder ein mit einem oder mehreren Rollen bestücktes Werkzeug sein, wobei die Rollen
aus Hartmetall, Keramik oder MSS, jeweils beschichtet oder unbeschichtet, bestehen.
Bei einem Schneidwerkzeug mit definiertem Oberflächenprofil werden vorzugsweise eine
oder mehrere Schneideinrichtungen aus kubischem Bornitrid, polykristallinem Diamant,
einem beschichteten oder unbeschichteten Hartmetall oder einer Schneidkeramik verwendet.
[0010] Das Hartmetall kann insbesondere auf der Basis von Titancarbid oder Wolframcarbid
hergestellt sein. Die Schneidkeramik kann insbesondere aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid
bestehen.
[0011] Das Schneidwerkzeug kann eine Wendeschneidplatte bspw. mit definierter Oberflächenstruktur
sein. Das Schneidwerkzeug kann bspw. auch ein mit mehreren Wendeschneidplatten bestücktes
Werkzeug, bspw. eine Schneidspindel sein. Als Schneidwerkzeug mit undefiniertem Oberflächenprofil
kann bspw. auch eine Schneideinrichtung aus Stahldraht mit oder ohne Beschichtung
oder eine Keramik oder ein Hartstoff verwendet werden.
[0012] Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es also möglich, insbesondere Zylinderbohrungen
maß- und lagetolerant mit definierter Oberflächengüte für die Beschichtung mit einer
thermisch gespritzten Schicht vorzubereiten.
1. Verfahren zur Oberflächenbearbeitung der Innenseite von Hohlkörpern, insbesondere
von Zylinderbohrungen als Vorbereitung zum Aufbringen einer thermisch gespritzten
Schicht, wobei ein Teil des die Innenseite bildenden Materials abgetragen und eine
Oberfläche mit einer definierten Struktur und/oder Güte erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenseite in einem Verfahrensschritt ohne Schmierstoff trocken zerspant wird,
wobei ein Werkzeug mit einem definierten und/oder undefinierten Oberflächenprofil
verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trockenzerspanung durch Ausspindeln, Bürsten, Rändeln, Zirkularfräsen oder
Kombinationen aus einem oder mehreren dieser Verfahren vorgenommen wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Werkzeug aus kubischem Bornitrid, polykristallinem Diamant, einem beschichteten
oder unbeschichteten Hartmetall, insbesondere auf Basis von Titancarbid oder Wolframcarbid
oder einer Keramik, insbesondere aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schneidwerkzeug mit einer oder mehreren Schneideinrichtungen mit einem definierten
und/oder undefinierten Oberflächenprofil verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schneidwerkzeug mit undefiniertem Oberflächenprofil eine Schneideinrichtung
aus Stahldraht mit oder ohne Beschichtung oder eine Keramik oder ein Hartstoff verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schneidwerkzeug mit einer Wendeschneidplatte verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schneidwerkzeug eine mit mehreren Wendeschneidplatten bestücktes Werkzeug,
insbesondere eine Schneidspindel verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Werkzeug ein mit ein oder mehreren Rollen bestücktes Werkzeug verwendet wird,
wobei die Rollen aus beschichtetem oder unbeschichtetem Hartmetall, Keramik oder MSS
bestehen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Oberflächenbearbeitung direkt eine thermisch gespritzte tribologische
Schicht aufgetragen wird.