Vorrichtung zum Erzeugen von Dispersionsschichten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.

[0002] Die EP-A-0 190 539 beschreibt eine Vorrichtung zum Erhöhen der Einbaurate von Feststoffpartikeln in zu beschichtenden Flächen. Hierzu wird vorgeschlagen, einen Strömungskörper zu verwenden, welcher zwei Ringkammern aufweist. Die untere Ringkammer ist mit dem Zulauf des Elektrolyts verbunden. Dort wird eine turbulente Strömung erzeugt. Die obere Ringkammer des Strömungskörpers steht mit der zu beschichtenden Fläche in Kontakt und weist eine laminare Strömung des Elektrolyten auf. Die Änderung der Strömung wird durch Zwischenwände zwischen der unteren Kammer und der oberen Kammer erzielt. Damit wird erreicht, daß das Elektrolyt in einer spiralförmigen Bewegung langsam an der zu beschichtenden Innenfläche hochfließt ohne Wirbelbildung, so daß eine lange Kontaktzeit mit der zu beschichtenden Innenfläche gewährleistet ist. Dadurch wird eine regelmäßige Dispersionsschicht mit großer Aufbaurate erzielt.

[0003] Untersuchungen an Zylinderlaufflächen von Hubkolbenbrennkraftmaschinen haben ergeben, daß im Bereich des oberen Umkehrpunktes des Kolbens ein erhöhter Verschleiß an den Zylinderlaufflächen auftritt. Um diesen Verschleiß zu verringern, könnte man nun mit der bekannten Vorrichtung auf die gesamte Zylinderlauffläche eine erhöhte Einbaurate der verschleißverhindernden Feststoffpartikel vorsehen. Dies ist jedoch nur für Kleinserien sinnvoll. Bei Großserien und/oder vielzylindrigen großvolumigen Brennkraftmaschinen bedeutet dies jedoch eine sehr unwirtschaftliche Vorgehensweise, da entsprechend viele verschleißvermindernde Festkörper an Flächen angelagert werden müßten, und zwar in einer solchen Stärke, die nicht notwendig ist.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß in einem einzigen Bearbeitungsgang gezielt gesteuert unterschiedlich dichte Einbauraten der verschleißvermindernden Festkörperpartikel ermöglicht wird.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Einbaurate der verschleißvermindernden Feststoffpartikel bei Vorliegen einer turbulenten Strömung wesentlich erhöht werden kann. Es ist deshalb nur dafür Sorge zu tragen, daß in dem Bereich, in dem eine erhöhte Einbaurate gefordert wird, eine turbulente Strömung des Elektrolyts aufrechterhalten wird. In den übrigen Bereichen, die eine verringerte Einbaurate der Feststoffpartikel erlauben, wird eine laminare Strömung - wie beim Stand der Technik bekannt - aufrechterhalten. Dadurch erreicht man in einem einzigen Arbeitsgang zwei unterschiedlich starke Dispersionsschichten. Dies ist besonders wirtschaftlich, da zum einen nur ein einziger Bearbeitungsgang notwendig ist und zum anderen die verschleißfesteren, konzentrierteren Schichten nur dort erzeugt werden können, wo sie unbedingt notwendig sind.

[0006] Anspruch 2 beschreibt einen Strömungskörper mit dem am Einlauf eine turbulente und anschließend eine laminare Strömung an den zu beschichtenden Flächen erzielt werden kann.

[0007] Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 kann eine genau definierte und reproduzierbare Grenze zwischen den unterschiedlichen Konzentrationen der verschleißfesten Schichten erzielt werden. Diese Grenze wird markiert vom Umschlagen der turbulenten auf die laminare Strömung.

[0008] Die Ansprüche 4 - 6 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen des Strömungskörpers. Der hier beschriebene Strömungskörper eignet sich bevorzugt zur Verwendung an Zylinderlaufflächen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen. Hierbei ist sichergestellt, daß nur die Zylinderlaufflächen, die beschichtet werden sollen, auch beschichtet werden. Alle übrigen Teile des die Zylinderlaufflächen bildenden Kurbelgehäuses werden nicht unnötigerweise beschichtet.

[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher dargestellt.
Es stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Beschichtungsvorrichtung mit Teilen eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Strömungskörper nach Fig. 1;

Fig. 3 den Strömungsverlauf in der Wirbelkammer.

[0010] In Fig. 1 ist schematisch ein Kurbelgehäuse 1 einer Brennkraftmaschine im Querschnitt dargestellt. Hierbei ist mit 2 die Zylinderbohrung bezeichnet, in der bei der fertigmontierten Brennkraftmaschine ein Kolben eine oszillierende Bewegung ausführt.

[0011] In der Zylinderbohrung 2 befindet sich eine Anode 3, die von einem Strömungskörper 4 gehalten wird.

[0012] Der Strömungskörper 4 weist einen Ringkanal 5 auf, welcher - wie in Fig. 2 dargestellt - spiralförmig ausgeführt ist, so daß das durch den Einlauf 6 in den Ringkanal 5 geführte Fluid mit zunehmendem Durchfluß eine Geschwindigkeitssteigerung erfährt.

[0013] Von dem Ringkanal 5 verlaufen Überströmkanäle 7 in eine Wirbelkammer 8. Die Überströmkanäle 7 sind schräg auf die Zylinderachse 9 hin ausgerichtet und sind ebenfalls ringförmig angeordnet, so daß die in den Ringkanal 5 eintretende Flüssigkeit an jeder Stelle in die Überströmkanäle 7 eintreten kann.

[0014] Die Überströmkanäle 7 sind mit der Wirbelkammer 8 verbunden, die ebenfalls umlaufend angeordnet ist. Im Querschnitt weist sie eine kreisringförmige Kontur auf. Von dort gelangt das Fluid in den Ringspalt 10, welcher zwischen der Zylinderbohrung 2 und dem Außenumfang der Anode 3 gebildet wird.

[0015] Die Anode 3 sitzt auf einem Anodenhalter 11, welcher eine Zentralbohrung 12 aufweist, der als Überlauf und Abfluß für das in dem Ringspalt 10 transportierte Fluid dient.

[0016] Zwischen dem Strömungskörper 4 und dem Kurbelgehäuse 1 befindet sich noch eine Dichtung 13.

[0017] Mit Hilfe der Fig. 3 soll nun die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert werden.

[0018] Wie insbesondere Fig. 3, die einen vergrößerten Ausschnitt einer Hälfte des Strömungskörpers 4 zeigt, darstellt, wird die Wirbelkammer 8 in ihrem unteren Teil von dem Strömungskörper 4 bzw. dem Anodenhalter 11 gebildet. Der obere Teil der Wirbelkammer wird durch einen Teilumfang der Anode 3 gebildet sowie einen Teil der zu beschichtenden Wand des Kurbelgehäuses 1. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß aufgrund der schräg einwärts gerichteten Überströmkanäle 7 die Aufprallfläche für die hier durch geleitete Strömung von der Anode 3 gebildet wird, so daß diese sowieso verschleißbehaftet, in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden kann.

[0019] Um nun im oberen Teil der Zylinderbohrung 2, der in Fig. 3 mit 14 bezeichnet ist, eine verstärkte Schicht von verschleißmindernden Feststoffparktikeln anlagern zu können, wird in diesem Bereich erfindungsgemäß eine turbulente Strömung erzeugt. Aufgrund des Spiralkanals 5 wird in dem Überströmkanal 7 die Strömung in zwei Hauptkomponenten zerlegt, nämlich einmal in einen vertikal aufwärts steigenden Anteil und in einen tangentialen Anteil. Aufgrund dieser Aufteilung entsteht nun in der Wirbelkammer 8 eine turbulente Strömung, die die einzulagernden Festkörper verstärkt gegen den oberen Bereich 14 der Zylinderbohrung 2 lenkt. Begrenzt wird dieser Bereich von der Umlenknase 15, die gebildet wird von dem kreisringförmigen Segment der Anode 3 und deren vertikal verlaufenden Umfangswand. In Strömungsrichtung des Fluids oberhalb dieser Umlenknase ist die Fluidströmung laminar ausgebildet. Dies bedeutet eine geringere Einbaurate. Dadurch wird die sich an dem Bereich 14 anschließende zu beschichtende Fläche mit einer Feststoffpartikelschicht in geringerer Konzentration beschichtet, was einer geringeren Verschleißfestigkeit entspricht.

[0020] Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des Ringkanals sowie des Überströmkanals und der Wirbelkammer kann in einem einzigen Bearbeitungsvorgang eine unter schiedliche Konzentration von Feststoffpartikeln an der Wand der Zylinderbohrung 2 erzielt werden.

[0021] Die Länge der Schicht mit der höheren Schichtdichte, also die Höhe des Bereiches 14 wird hierbei begrenzt von der Lage der Umlenknase 15.

[0022] Als verschleißvermindernde Feststoffpartikel werden bevorzugt Siliziumkarbide verwendet, wenn als Grundmaterial Aluminium vorgesehen ist. Geeignete Elektrolyte sind allgemein bekannt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Dispersionsschichten auf Innenflächen von zumindest einseitig offenen Hohlzylindern, insbesondere Laufflächen in Zylindern für Brennkraftmaschinen, wobei ein Elektrolyt mit den anzulagernden Festkörperpartikeln über die zu beschichtenden Flächen am Außenumfang einer zentral in der Zylinderachse angeordneten Anode geleitet und das Elektrolyt mit Hilfe eines drallerzeugenden Strömungskörpers, der die Strömung in einen laminaren und einen turbulenten Anteil aufteilt, in den Zylinder geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der drallerzeugende Strömungskörper (4) derart in dem Hohlzylinder angeordnet wird, daß in einem bevorzugten Bereich die turbulente Strömung, in den übrigen Bereichen die laminare Strömung mit der zu beschichtenden Innenfläche in Kontakt gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) in der Ebene des Zuflusses einen spiralförmigen Ringkanal (5) für das Elektrolyt aufweist, der über einen schräg zur Holzylinderlängsache (9) angeordneten Überströmkanal (7) mit einer Wirbelkammer (8) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (8) als umlaufender Ringkanal mit kreisringförmigem Querschnitt mit einer in Strömungsrichtung gesehenen anlaufenden Umlenknase (15) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) außerhalb des Hohlzylinders angeordnet ist und dichtend mit diesem verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) zugleich als Anodenhalter (11) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (8) zweiteilig ausgebildet ist, wobei der untere mit den Überströkanälen (7) verbundene Teil vom Strömungskörper (4) und der obere Teil von der Anode (3) gebildet wird.

Claims

1. An apparatus for the production of dispersion layers on inner surfaces of hollow cylinders which are open at least on one side, in particular working surfaces in cylinders for internal-combustion engines, in which an electrolyte with the particles of solids which are to be deposited is guided over the surfaces which are to be coated on the outer circumference of an anode which is arranged centrally in the cylinder axis, and the electrolyte, by means of a swirl-producing flow member which divides the fluid into a laminar component and a turbulent component, is guided into the cylinder, characterised in that the swirl-producing flow member (4) is arranged in the hollow cylinder such that,in a preferred region the turbulent current, and in the other regions the laminar flow, comes into contact with the inner surface which is to be coated.

2. An apparatus according to Claim 1, characterised in that the flow member (4) in the plane of the inflow has a spiral-shaped annular channel (5) for the electrolyte, which channel is connected with a turbulence chamber (8) via an overflow channel (7) which is arranged obliquely with respect to the longitudinal axis (9) of the hollow cylinder.

3. An apparatus according to Claim 2, characterised in that the turbulence chamber (8) is constructed as a circular annular channel with a cross-section in the shape of a circular ring, with a circular deflection nose (15) viewed in the direction of flow.

4. An apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the flow member (4) is arranged outside the hollow cylinder and is connected therewith in a sealing manner.

5. An apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the flow member (4) is, at the same time, constructed as an anode holder (11).

6. An apparatus according to one of the preceding claims, characterised in that the turbulence chamber (8) is constructed in two parts, in which the lower part, which is connected with the overflow channels (7), is formed by the flow member (4) and the upper part is formed by the anode (3).

Revendications

1. Appareillage pour la réalisation de revêtements composites sur des surfaces intérieures de cylindres creux ouverts au moins d'un côté, en particulier sur des surfaces de frottement de cylindres de moteurs à combustions interne, dans lequel un électrolyte est amené avec les particules solides à déposer sur la surface extérieure d'une anode placée au centre dans l'axe du cylindre, et dans lequel l'électrolyte est amené dans le cylindre à l'aide d'un corps à écoulement générateur d'une torsion, qui partage l'écoulement en une partie laminaire et une partie turbulente, appareillage caractérisé par le fait que le corps à écoulement (4) générateur de torsion est disposé dans le cylindre creux de telle sorte qu'il se produise un écoulement turbulent dans une zone privilégiée et un écoulement laminaire dans les autres zones en contact avec les surfaces intérieures à revêtir.

2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps à écoulement (4) comporte dans le plan de l'écoulement d'entrée une canalisation annulaire en forme de spirale (5) pour l'électrolyte, qui est en liaison avec une chambre tourbillonnaire (8) par l'intermédiaire d'une canalisation de trop-plein (7) disposée obliquement vis-à-vis de l'axe longitudinal du cylindre creux (9).

3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre tourbillonnaire (8) est constituée par une canalisation annulaire circulaire à section en forme d'anneau circulaire, avec un nez de déflexion (15) circulaire regardant dans la direction de l'écoulement.

4. Appareillage conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps à écoulement (4) est disposé à l'extérieur du cylindre creux et est relié à celui-ci de façon étanche.

5. Appareillage conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps à écoulement (4) est conçu pour être en même temps support d'anode (11).

6. Appareillage conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chambre tourbillonnaire (8) est conçue en deux parties, la partie inférieure étant constituée par la partie du corps à écoulement (4) liée aux conduites de trop-plein (7) et la partie supérieure par l'anode (3).

Zeichnung