VORRICHTUNG ZUM BESCHICHTEN VON ZYLINDERWÄNDEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderwänden eines mehrere Zylinder ausbildenden Verbrennungsmotors.

[0002] Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen werden aus Gewichtsgründen regelmäßig mit einem Zylinderkurbelgehäuse aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, ausgebildet. Problematisch daran ist jedoch, dass die Innenwände der von dem Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Zylinder wegen der tribologischen Eigenschaften des Leichtmetalls, insbesondere der vergleichsweise schlechten Verschleißfestigkeit, nur unzureichend als Laufflächen für die Kolben geeignet sind.

[0003] Um diese Problematik zu vermeiden, werden in vielen Verbrennungsmotoren mit einem Zylinderkurbelgehäuse aus Leichtmetall Laufbuchsen aus z.B. Grauguss eingesetzt, wodurch die Vorteile des Leichtmetalls (geringes spezifisches Gewicht) mit denjenigen des Graugusses (gute tribologische Eigenschaften) kombiniert werden können.

[0004] Alternativ dazu ist es bekannt, die Laufflächen des Leichtmetall-Zylinderkurbelgehäuses mit einer Beschichtung zu versehen, um die gewünschten tribologischen Eigenschaften für die Laufflächen zu realisieren. Die Beschichtung wird dabei regelmäßig durch Aufschmelzen des Beschichtungswerkstoffs und Aufspritzen auf die Zylinderwände realisiert.

[0005] Es sind verschiedene Beschichtungsverfahren bekannt, wobei insbesondere thermische Beschichtungsverfahren, bei denen der Beschichtungswerkstoff aufgeschmolzen und anschließend - regelmäßig mittels eines Druckluft- oder sonstigen Gasstroms - zerstäubt und auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert wird, zum Einsatz kommen. Bekannte thermische Beschichtungsverfahren sind z.B. das Plasmabeschichten, das (Hochgeschwindigkeits-)Flammspritzen und das Lichtbogendrahtspritzen.

[0006] Eine Vorrichtung zum Lichtbogendrahtspritzen ist beispielsweise aus der DE 198 41 617 A1 bekannt. Die darin offenbarte Vorrichtung basiert auf einer Spritzlanze, die um Ihre eigene Achse rotierend angetrieben und gleichzeitig in längsaxialer Richtung vorgeschoben wird, so dass diese in variierender Tiefe in den zu beschichtenden Zylinder eintauchen kann. Der von einem Sprühkopf der Sprühlanze erzeugte Sprühstrahl aus Beschichtungsmaterial wird somit in einer spiralförmigen Bewegung auf die jeweilige Zylinderwand aufgetragen.

[0007] Bei den bekannten Beschichtungsverfahren für Zylinderwände eines Verbrennungsmotors erfolgt die Beschichtung der einzelnen Zylinder nacheinander. Dadurch können insbesondere der konstruktive Aufwand und damit die Kosten für die Beschichtungsanlage gering gehalten werden. Nachteilig daran ist jedoch die relativ große Bearbeitungsdauer, die für ein Beschichten aller Zylinder eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors erforderlich ist.

[0008] Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit möglichst kurzer Bearbeitungsdauer eine qualitativ hochwertige Beschichtung von Zylinderwänden eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors herzustellen.

[0009] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

[0010] Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderwänden eines mehrere Zylinder ausbildenden Verbrennungsmotors ist demnach durch jeweils (mindestens) eine Beschichtungsvorrichtung für jeden der Zylinder gekennzeichnet, wobei die Beschichtungsvorrichtungen derart angesteuert sind, dass (zumindest zeitweise) eine gleichzeitige Beschichtung aller Zylinderwände erfolgt.

[0011] Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Beschichtung der Zylinderwände eines Zylinderkurbelgehäuses des Verbrennungsmotors in einer kurzen Bearbeitungsdauer erfolgen, die insbesondere nur ein Bruchteil der Bearbeitungsdauer betragen kann, die mit einer bisher üblichen Einzelbearbeitung der Zylinder verbunden wäre. Die Verringerung der Bearbeitungsdauer kann dabei umso größer ausfallen, je mehr Zylinder (z.B. vier oder sechs) in dem Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sind.

[0012] Neben einer Verkürzung der Bearbeitungsdauer für ein mehrzylindriges Zylinderkurbelgehäuse kann die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weitere Vorteile aufweisen. Erkannt wurde nämlich, dass durch die sequentielle Beschichtung der einzelnen Zylinder eines mehrzylindrigen Zylinderkurbelgehäuses ein inhomogener Spannungszustand im Zylinderkurbelgehäuse erzeugt wird. Dies wird durch die ungleichmäßige Aufheizung und Abkühlung der einzelnen Zylinder hervorgerufen (z.B. ist die zweite zu beschichtende Zylinderwand zu Beginn ihrer Beschichtung infolge des Wärmeeintrags durch den vorausgegangenen Beschichtungsvorgang bereits auf einem höheren Temperaturniveau, als dies die erste Zylinderwand zu Beginn ihrer Beschichtung war). Durch die Wärme, die durch den Beschichtungsprozess in das Zylinderkurbelgehäuse eingebracht wird, kommt es zu thermischen Verformungen, die infolge der inhomogenen Wärmeverteilung bei der sequentiellen Beschichtung entsprechend inhomogen verteilt ist. Die inhomogenen thermischen Verformungen führen nach der Abkühlung zu inhomogenen Spannungsverteilungen in dem Zylinderkurbelgehäuse und der Beschichtung. Dadurch kann die weitere Bearbeitung und die Lebensdauer des Zylinderkurbelgehäuses negativ beeinflusst werden. Bei einem Beschichten mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei der gleichzeitigen Bearbeitung aller Zylinder ein gleichmäßigerer Wärmeeintrag in das Zylinderkurbelgehäuse erreicht, da die Beschichtung für alle Zylinderwände auf demselben Temperaturniveau startet. Ein Beschichten mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit zu einer möglichst homogenen Spannungsverteilung in dem Zylinderkurbelgehäuse und den Beschichtungen führen, die sich positiv auf die weitere Bearbeitung des Zylinderkurbelgehäuses und dessen Lebensdauer auswirken kann.

[0013] Die erfindungsgemäße gleichzeitige Beschichtung aller Zylinder kann zu einem hohen Wärmeeintrag in das Zylinderkurbelgehäuse führen. Um zu vermeiden, dass sich dies negativ auf das Zylinderkurbelgehäuse und/oder die Beschichtungen auswirkt, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Kühlvorrichtung zur Kühlung des Zylinderkurbelgehäuses vorgesehen. Die durch das Beschichten eingebrachte Wärmeenergie kann dadurch in ausreichendem Maße wieder aus dem Zylinderkurbelgehäuse abgeführt werden.

[0014] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung Kühlmittel zur Beaufschlagung des Zylinderkurbelgehäuses mit einem Kühlfluid (z.B. Luft, Wasser, Öl, eine Emulsion, etc.) umfasst. Insbesondere die entlang der Längsachsen der Zylinder verlaufenden Außenflächen des Zylinderkurbelgehäuses können auf diese Weise gekühlt werden.

[0015] Weiterhin ist es vorgesehen, dass (mindestens) eine Stirnfläche des Zylinderkurbelgehäuses, in die die Zylinder münden, mittels einer Kühlplatte gekühlt wird, die zur Anlage an der Stirnfläche ausgebildet ist. Die Kühlwirkung der Kühlplatte kann dabei auf einer Durchströmung der Kühlplatte mittels eines Kühlfluids beruhen, wozu diese entsprechende Kühlkanäle ausbilden kann, die in einen Kühlkreislauf für das Kühlfluid integriert sind.

[0016] Sofern die Kühlplatte zudem die Zylindermündungen in der Stirnfläche zumindest teilweise bedeckt, kann mittels der Kühlplatte auch ein Spritzübertrag (sogenannter "Overspray") zurückgehalten werden. Hierbei handelt es sich um während der Beschichtung aus den Zylindern austretende Beschichtungsteilchen oder -tröpfchen, die sich an nicht zur Beschichtung vorgesehenen Bauteilflächen ablegen. Gegebenenfalls können in der Kühlplatte Öffnungen vorgesehen sein, durch die die Beschichtungsvorrichtungen in die Zylinder eintauchen können. Dabei sollten die Öffnungsabmessungen im Wesentlichen den Außenabmessungen des entsprechenden Abschnitts der Beschichtungsvorrichtungen entsprechen, um durch möglichst kleine, zwischen der Kühlplatte und den Spritzvorrichtungen ausgebildete Spalte eine gute Rückhaltewirkung für die Beschichtungströpfchen zu erreichen. Gegebenenfalls sollte gleichzeitig der Spalt groß genug sein, um eine Relativbewegung zwischen den Beschichtungsvorrichtungen und der Kühlplatte zu ermöglichen. Die Beschichtungsvorrichtungen sind als Spritzlanzen ausgebildet, die (direkt oder indirekt) von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung rotierend antreibbar sind.

[0017] Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spritzlanzen bei einer Aktivierung der Antriebsvorrichtung in Reihe angetrieben werden, so dass jede Spritzlanze eine benachbarte Spritzlanze rotierend antreibt und/oder von einer benachbarten Spritzlanze rotierend angetrieben wird. Dabei kann der rotierende Antrieb zwischen zwei benachbarten Spritzlanzen mittels eines Zahnradgetriebes erfolgen. In einer konstruktiv einfachen und daher kostengünstigen Ausführungsform kann dazu jede der Spritzlanzen mit einem Zahnrad drehfest verbunden sein, wobei die Zahnräder mit den Zahnrädern benachbarter Spritzlanzen kämmen. Damit wäre eine Drehrichtungsumkehr zwischen benachbarten Spritzlanzen verbunden. Sofern eine solche Drehrichtungsumkehr vermieden werden soll, kann dies auf einfache Weise durch die Integration jeweils eines Zwischenzahnrads zwischen den Zahnrändern benachbarter Spritzlanzen erzielt werden.

[0018] In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dagegen vorgesehen sein, dass alle Spritzlanzen mittels eines Riementriebs, insbesondere Zahnriementriebs, von der Antriebsvorrichtung direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung benachbarter Spritzlanzen, angetrieben werden. Diese Ausgestaltung wäre in ihrer einfachsten Ausführungsform mit einem gleichen Drehsinn für alle Spritzlanzen verbunden, wobei auch Ausführungsformen mit unterschiedlichen Drehrichtungen möglich sind.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1:

die Beschichtung eines Zylinderkurbelgehäuses mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Ansicht von oben;

Fig. 2:

das Zylinderkurbelgehäuse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einer Ansicht von vorne; und

Fig. 3:

die Beschichtung eines Zylinderkurbelgehäuses mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von oben.

[0020] In den Fig. 1 und 2 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung dargestellt, die zur gleichzeitigen Beschichtung der Zylinderwände von vier Zylindern 1 eines Zylinderkurbelgehäuses 2 eine Verbrennungsmotors ausgebildet ist und eingesetzt wird.

[0021] Das Zylinderkurbelgehäuse 2 bildet demnach vier in Reihe angeordnete Zylinder 1 aus, deren Längsachsen parallel verlaufen. In jeden der Zylinder 1 kann jeweils eine Spritzlanze 3 eintauchen und entlang der Längsachse des entsprechenden Zylinders 1 verfahren werden. Die Spritzlanzen 3 sind mittels einer Antriebsvorrichtung 4 rotierend antreibbar, wobei eine Reihenschaltung für den rotierenden Antrieb der Spritzlanzen 3 vorgesehen ist. Demnach umfasst sowohl die Antriebsvorrichtung 4 als auch jede der Spritzlanzen 3 jeweils ein Zahnrad 5, wobei die Zahnräder 5 benachbarter Spritzlanzen 3 sowie das Zahnrad 5 der Antriebsvorrichtung 4 mit demjenigen der benachbarten Spritzlanze 3 kämmen. Die Antriebsvorrichtung 4 treibt demnach direkt lediglich die dieser benachbarte Spritzlanze 3 an, die wiederum die ihr benachbarte Spritzlanze 3 antreibt. Dies setzt sich bis zur letzten Spritzlanze 3 fort. Infolge der einfachen, jeweils aus zwei Zahnrädern 5 bestehenden Getriebe, die zwischen den sich gegenseitig antreibenden Spritzlanzen ausgebildet sind, erfolgt eine Drehrichtungsumkehr zwischen benachbarten Spritzlanzen 3. Das Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf die Zylinderwände erfolgt durch thermisches Beschichten, so dass das Beschichtungsmaterial zunächst aufgeschmolzen und anschließend - beispielsweise mittels eines Druckluft- oder sonstigen Gasstroms - zerstäubt und auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert wird. Die Spritzlanzen 3 können hierzu an ihren in die Zylinder 1 eingetauchten Enden entsprechend ausgebildete Spritzköpfe (nicht dargestellt) aufweisen.

[0022] Beim thermischen Beschichten erfolgt ein nicht unwesentlicher Wärmeeintrag in das Zylinderkurbelgehäuse 2. Um ein zu starkes Erwärmen des Zylinderkurbelgehäuses 2 während des Beschichtens zu vermeiden, ist eine Kühlvorrichtung vorgesehen. Diese umfasst zwei Kühleinheiten 6, die auf den beiden Längsseiten des Zylinderkurbelgehäuses 2 angeordnet sind und die die entsprechenden Außenflächen des Zylinderkurbelgehäuses 2 mit einem Kühlfluid besprühen. Weiterhin umfasst die Kühlvorrichtung eine Kühlplatte 7, die auf diejenige Stirnfläche des Zylinderkurbelgehäuses 2, durch die die Spritzlanzen 3 in die Zylinder 1 eintauchen, aufgelegt ist (vgl. Fig. 2). Dabei bildet die Kühlplatte 7 Durchgangsöffnungen aus, durch die die Spritzlanzen 3 hindurchragen können, um in die Zylinder 1 eintauchen zu können. Diese Durchgangsöffnungen sind in ihrem Durchmesser nur geringfügig größer als die im Querschnitt kreisförmigen Spritzlanzen 3 und damit kleiner als die Zylinder 1. Dadurch wirkt die Kühlplatte 7 gleichzeitig als Maskierung, die einen Austritt von Beschichtungströpfchen aus den Zylindern 1 weitgehend vermeidet. Eine entsprechende Kühlplatte kann zudem auf der zweiten Stirnfläche des Zylinderkurbelgehäuses 2 angeordnet sind. Diese kann gegebenenfalls ohne Durchgangsöffnungen ausgebildet sein.

[0023] Die in der Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform lediglich hinsichtlich des Antriebs der Spritzlanzen 3. Hier ist ein Zahnriementrieb 8 vorgesehen, der die Antriebsleistung direkt von der Antriebsvorrichtung auf alle Spritzlanzen 3 überträgt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Beschichten von Zylinderwänden eines mehrere Zylinder (1) ausbildenden Verbrennungsmotors,
mit einer Beschichtungsvorrichtung zum thermischen Beschichten für jeden der Zylinder (1), wobei die Beschichtungsvorrichtungen für eine gleichzeitige Beschichtung der Zylinderwände aller Zylinder (1) ausgebildet sind,
wobei die Beschichtungsvorrichtungen als Spritzlanzen (3) ausgebildet sind, die von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung (4) rotierend antreibbar sind,
gekennzeichnet durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines die Zylinder (1) ausbildenden Zylinderkurbelgehäuses (2) des Verbrennungsmotors,
wobei die Zylinder (1) in einer Stirnfläche des Zylinderkurbelgehäuses (2) münden und die Kühlvorrichtung eine zur Anlage an der Stirnfläche vorgesehene Kühlplatte (7) aufweist, und
wobei die Kühlplatte (7) Kühlkanäle für ein Kühlfluid aufweist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlanzen (3) in Reihe geschaltet sind, so dass im Betrieb der Antriebsvorrichtung (4) jede Spritzlanze (3) eine benachbarte Spritzlanze (3) rotierend antreibt und/oder von einer benachbarten Spritzlanze (3) rotierend angetrieben wird.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwischen benachbarten Spritzlanzen (3) ausgebildete Zahnradgetriebe.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spritzlanzen (3) mittels eines Riementriebs von der Antriebsvorrichtung (4) antreibbar sind.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung Kühlmittel zur Beaufschlagung des Zylinderkurbelgehäuses (2) mit einem Kühlfluid umfasst.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (7) die Mündungsöffnungen der Zylinder in der Stirnfläche zumindest teilweise bedeckt.

Claims

1. Device for coating cylinder walls of an internal combustion engine forming a plurality of cylinders (1),
with a coating device for thermally coating each of the cylinders (1), said coating devices being actuated such that a simultaneous coating of the cylinder walls of all the cylinders (1) takes place,
wherein the coating devices are designed in the form of spray lances (3) which are driven rotatingly by a common drive device (4),
characterised by a cooling device for cooling an engine block (2) of the internal combustion engine forming the cylinders (1),
wherein the cylinders (1) open onto a front surface of the engine block (2) and wherein the cooling device includes a cooling plate (7) designed to lie against said front surface, and
wherein the cooling plate (7) provides cooling channels for a cooling fluid.

2. Device according to claim 1, characterised in that the spray lances (3) are connected in series so that when the drive device (4) is in operation each spray lance (3) drives an adjacent spray lance (3) rotatingly and/or is driven rotatingly by an adjacent spray lance (3).

3. Device according to claim 2, characterised by gear drives formed between adjacent spray lances (3).

4. Device according to claim 1, characterised in that all the spray lances (3) can be driven by the drive device (4) by means of a belt drive.

5. Device according to one of the preceding claims, characterised by a cooling device for cooling an engine block (2) of the internal combustion engine forming the cylinders.

6. Device according to one of the preceding claims characterized in that the cooling plate (7) at least partially covers the cylinder openings in the front face.

Revendications

1. Dispositif de revêtement de parois cylindriques d'un moteur à combustion interne présentant plusieurs cylindres (1),
comportant un dispositif de revêtement thermique pour chacun des cylindres (1), les dispositifs de revêtement étant réalisés pour un revêtement simultané des parois cylindriques de tous les cylindres (1),
dans lequel les dispositifs de revêtement sont réalisés sous forme de lances de projection (3) qui peuvent être entraînées en rotation par un dispositif d'entraînement commun (4),
caractérisé par un dispositif de refroidissement pour refroidir un carter de vilebrequin (2) présentant les cylindres (1) du moteur à combustion interne, dans lequel les cylindres (1) débouchent dans une surface frontale du carter de vilebrequin (2) et le dispositif de refroidissement comprend une plaque de refroidissement (7) prévue pour venir en appui contre la surface frontale, et
la plaque de refroidissement (7) comprend des canaux de refroidissement pour un fluide réfrigérant.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lances de projection (3) sont connectées en série, de sorte que pendant le fonctionnement du dispositif d'entraînement (4), chaque lance de projection (3) entraîne en rotation une lance de projection voisine (3) et/ou est entraînée en rotation par une lance de projection voisine (3).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par des transmissions à engrenages réalisées entre des lances de projection (3) voisines.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les lances de projection (3) peuvent être entraînées par le dispositif d'entraînement (4) au moyen d'un entraînement à courroie.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend des moyens de refroidissement pour solliciter le carter de vilebrequin (2) avec un fluide réfrigérant.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (7) recouvre au moins partiellement les ouvertures d'embouchure des cylindres dans la surface frontale.

Zeichnung