Zylindrische Lauffläche sowie Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Lauffläche

Abstract

 Zur besseren Haftung einer Oberflächenschicht wird vorgeschlagen, dass die zylindrische Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse oder eine Zylinderbohrung mit einer Verkrallstruktur, die aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten oder aus sich spiralförmig erstreckenden gewindeähnlichen Profilen besteht, die mit einer Verschleißschicht beschichtet sind, Hinterschneidungen aufweist.
Diese wird vorteilhafterweise durch ein Verfahren hergestellt, bei dem in einem ersten Schritt in einer Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse durch Drückwalzen, Schneiden oder Fräsen Nuten oder sich spiralförmig erstreckende gewindeähnliche Profile (2) hergestellt werden, in einem zweiten Schritt durch einen Umformprozess Hinterschneidungen (4) erzeugt werden und in einem dritten Verfahrensschritt durch Aufschweißen auf die bearbeitete Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse oder durch Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen der bearbeiteten Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse eine Verschleißschicht (3) aufgebracht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine zylindrische Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse oder eine Zylinderbohrung mit einer Verkrallstruktur, die aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten oder aus sich spiralförmig erstreckenden gewindeähnlichen Profilen besteht, die mit einer Verschleißschicht beschichtet sind sowie ein Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Lauffläche.

[0002] Eine zylindrische Lauffläche ist beispielsweiseaus dem Aufsatz von Hans Rininger "Flammgespritzte Gleitlager" aus "Der Machinenmarkt" (1954, Nr. 7, Seite 6) bekannt. Dabei sind in die zylindrische Lauffläche Sägezahn-Einstiche oder Gewinde mit Längsnuten eingebracht, um eine verdrehsichere Haftung zu gewährleisten. Insbesondere bei Verfahren zur Aufbringung einer Verschleißschicht mit einer Fokussierung und der damit verbundenen hohen lokalen Wärmeeinbringung hat sich diese Art der Vorbehandlung als nicht geeignet erwiesen.

[0003] Um den hohen Beanspruchungen an die Verschleißfestigkeit gerecht zu werden, ist es darüberhinaus bekannt, die Verschleißfestigkeit zylindrischer Laufflächen, beispielsweise des Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors, zumindest teilweise dadurch zu erhöhen, daß auf die Leichtmetall-Legierung beispielsweise eine Verschleißschicht aus einer Fe-Basis-Legierung mit Zusätzen wie z.B. C, Mn, Mo, V etc., einer Al-Basis-Legierung mit Zusätzen wie z.B. Si, Fe, Cu, Ni etc.oder einer Kupfer-/Nickel-Legierung aufgebracht wird. Die Verschleißschicht wird dabei vorzugsweise durch Aufschweißen, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen aufgebracht. Um bei den ständig wechselnden mechanischen Belastungen dieser Schicht eine Haftung zu gewährleisten, wird dabei die zu beschichtende Leichtmetall-Legierung durch einen Strahlvorgang aufgerauht. Diese Art der Vorbehandlung ist jedoch aufgrund der einzusetzenden Strahlsysteme sehr aufwendig und schafft lediglich eine undefinierte Oberflächenstruktur, die eine ungleichmäßige Spannungseinleitung in die Verschleißschicht verursacht, was zur Folge hat, daß nicht in allen Belastungsfällen eine ausreichende Haftung der Verschleißschicht gewährleistet ist.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfe für die vorstehend geschilderten Probleme zu schaffen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch eine zylindrische Lauffläche der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nuten oder gewindeähnlichen Profile Hinterschneidungen aufweisen. Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem ersten Schritt in einer Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse durch Drückwalzen, Schneiden oder Fräsen Nuten oder sich spiralförmig erstreckende gewindeähnliche Profile hergestellt werden, in einem zweiten Schritt durch einen Umformprozess Hinterschneidungen erzeugt werden und in einem dritten Verfahrensschritt durch Aufschweißen auf die bearbeitete Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse oder durch Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen der bearbeiteten Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse eine Verschleißschicht aufgebracht wird.

[0006] Diese Verkrallstruktur führt zunächst zu einer definierten Vergrößerung der Haftfläche der zu beschichtenden Lauffläche. Außerdem kommt es beim nachfolgenden Beschichtungsprozeß in den Spitzen zu einer höheren Energiebelastung, was partiell zu einem reproduzierbaren Diffusionsausgleich der Verschleißschicht mit dem Grundwerkstoff führt. Auch kommt es an den Spitzen der Verkrallstrukturzu Anschmelzungen, die die Haftung der Verschleißschicht noch weiter verbessern.

[0007] Bei einer Beschichtungsanlage, bei der das Plasma umgelenkt wird, ist der Abstand zur zu beschichteten Oberfläche speziell bei Durchmessern von 60-120 mm so gering, dass im Beschichtungsmedium keine maximale Beschleunigung erreicht werden kann, aufgrund der niedrigen kinetischen Energie ist die Haftung reduziert. Bei Plasma oder Flammspritzvorgängen wird eine optimale Haftung beim senkrechten Auftreffen auf die zu beschichtende Oberfläche erreicht. Bei Beschichtungsverfahren ohne Umlenkung des Plasmas wird in Zylindern mit Durchmesser von 60-120 mm im unteren Zylinderbereich der Auftreffwinkel des Medienstrahls deutlich kleiner 90°, hieraus resultiert eine geringe Haftung des Beschichtungsmediums in dieser Zone.

[0008] Durch Anpassung der Oberflächenstruktur an den Strahlwinkel ist es möglich zonenweise verbindungsähnliche Strukturen zu erzeugen. Daher ist es besonders vorteilhaft für den Beschichtungsprozess, dass zu einer Beschichtungsdüse gerichtete Teilflanken der Verkrallstruktur derart angepaßt sind, daß der Auftreffwinkel des Medienstrahls des Beschichtungswerkzeuges nahezu 90° beträgt.

[0009] Die derart gezielt hergestellte makroskopische Oberflächenstruktur kann dabei in Form von vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckten Nuten oder auch von spiralförmigen gewindeähnlichen Profilen gebildet sein. Des Weiteren kann die Haftung in radialer und/oder axialer Richtung durch Hinterschneidungen verbessert werden.

[0010] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die mit Verkrallstrukturen versehene Bohrungsinnenkontur durch Aufschweißen, Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen herzustellen. Durch elektromagnetische Fokussierung des Medienstrahls wird die Energie (Pinch-Effekt) pro Flächeneinheit signifikant erhöht, was zu einer Verbesserung der Schichthaftung führt.

[0011] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben, hierin zeigt:

Figur 1

eine fotografische Darstellung eines Längsschnitts durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Lauffläche,

Figur 2

eine schematische Darstellung eines Bearbeitungsvorganges einer Bohrungsinnenkontur,

Figur 3

eine vergrößerte schematische Darstellung nach Figur 2 mit einer ersten Ausführungsform der Verkrallstruktur, und

Figur 4

eine vergrößerte schematische Darstellung nach Figur 2 mit einer zweiten Ausführungsform der verkrallstruktur,

[0012] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete zylindrische Lauffläche

[0013] Die zylindrische Lauffläche 1 besteht aus einer an sich bekannten AluminiumLegierung. In die Lauffläche 1 wurden auf bekannte Weise eine Verkrallstruktur 2, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gewindeprofil gedreht. Es sollte deutlich sein, daß die erfindungsgemäßen Verkrallstrukturen 2 auch auf verschiedene andere Weise, wie Drückwalzen, Schneiden, Fräsen etc. in die zylindrische Lauffläche 1 eingebracht werden können. Des Weiteren können durch einen nachfolgenden Umformprozeß die im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellten leichten Hinterschneidungen 4 an den Verkrallstrukturen 2 angebracht werden.

[0014] Nachfolgend wurde durch Plasmaspritzen eine Verschleißschicht 3 auf der zylindrischen Lauffläche 1 aufgebracht. Deutlich zu erkennen ist die Verbindung im Bereich des Gewindeprofils 2.

[0015] Der kostenaufwendige Strahlvorgang zur Aufrauhung konnte im vorliegenden Beispiel komplett entfallen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verkrallstruktur, die einen Auftreffwinkel von nahezu 90° des Medienstrahls auf die Teilflanken 6 (s. Fig. 3 und 4) des Gewindeprofils blieb dieses auch nach dem Aufbringen der Verschleißschicht durch Plasmaspritzen im wesentlichen erhalten, da eine definierte Wärmeeinbringung erfolgen konnte.

[0016] Eine schematische Darstellung des Bearbeitungsvorganges zum Aufbringen einer der Verschleißschicht 3 durch den Medienstrahl 5 zeigt Figur 2. Die Verkrallstruktur 2 sorgt dabei dafür, daß der Auftreffwinkel des Medienstrahls 5 nahezu 90° beträgt. Dabei zeigt Figur 3 eine erste Ausführungsform der Struktur 2, die diesen definierten Auftreffwinkel gewährleistet. Die Ausrichtung der Teilflanken 6 ist dabei über die gesamte zylindrische Lauffläche 1 gleichbleibend, was dazu führt, daß während des Beschichtungsvorganges der Medienstrahl 5 translatorisch entlang der Längsachse der zylindrischen Lauffläche 1 bewegt wird (siehe strichpunktierte Linien).

[0017] Figur 4 zeigt eine Verkrallstruktur 2, deren Teilflanken 6 in Längsrichtung der zylindrischen Lauffläche 1 einen sich stetig verringernden Anstellwinkel α aufweisen. Eine derartige Verkrallstruktur 2 kann auf bekannte Weise beispielsweise durch eine CNC-Maschine hergestellt werden. Der Medienstrahl 5 braucht dann wie dargestellt lediglich eine rotatorische Bewegung auszuführen, was wiederum zu einer Vereinfachung des Bearbeitungsvorganges führt.

Ansprüche

1. Zylindrische Lauffläche einer Zylinderlaufbuchse oder eine Zylinderbohrung mit einer Verkrallstruktur, die aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten oder aus sich spiralförmig erstreckenden gewindeähnlichen Profilen besteht, die mit einer Verschleißschicht beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten oder gewindeähnlichen Profile (2) Hinterschneidungen (4) aufweisen.

2. Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Lauffläche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt in einer Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse durch Drückwalzen, Schneiden oder Fräsen Nuten oder sich spiralförmig erstreckende gewindeähnliche Profile (2) hergestellt werden, in einem zweiten Schritt durch einen Umformprozess Hinterschneidungen (4) erzeugt werden und in einem dritten Verfahrensschritt durch Aufschweißen auf die beiarbeitete Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse oder durch Plasmaspritzen, Flammspritzen oder Hochgeschwindigkeits-Jet-Spritzen der bearbeiteten Zylinderbohrung oder Zylinderlaufbuchse eine Verschleißschicht (3) aufgebracht wird.

Zeichnung