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Title:
METHOD FOR COATING AT LEAST ONE PISTON GROOVE PROVIDED ON A PISTON WITH A PROTECTIVE COATING AND COATING DEVICE, IN PARTICULAR FOR CARRYING OUT THE METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/084837
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for coating at least one piston groove (3) provided on a piston (2) with a protective coating (16), comprising the following steps: a) arranging the piston (2) with the piston groove (3) to be coated in a coating device (1); b) fluid-tight sealing of an intermediate space (13), which is formed between the piston (2) and the coating device (1) in the area of the piston groove (3) to be coated, by means of a sealing element (10a) which is expandable and can be filled with a fluid; c) applying the protective coating (16) by introducing a coating material (17) into the intermediate space (13) so that a surface of the piston groove (3) is coated with the coating material (17).

Inventors:
STRAUSS, Martin (Karlstraße 20/5, Brackenheim, 74336, DE)
DOBUA, Cedric (Johannesstr. 23, Stuttgart, 70176, DE)
Application Number:
EP2016/075528
Publication Date:
May 26, 2017
Filing Date:
October 24, 2016
Export Citation:
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Assignee:
MAHLE INTERNATIONAL GMBH (Pragstraße 26-46, Stuttgart, 70376, DE)
International Classes:
C25D5/02; C23C18/16; C23C18/32; C25D7/00; C25D11/00; C25D11/02; C25D17/00; C25D21/08; C25D11/04
Foreign References:
US20110233053A12011-09-29
US20100181188A12010-07-22
US5750014A1998-05-12
DE102009011657A12009-09-10
DE19748926A11998-05-07
EP0291373A11988-11-17
DE102008038323A12010-02-25
Attorney, Agent or Firm:
BRP RENAUD UND PARTNER MBB (Königstraße 28, Stuttgart, 70173, DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Verfahren zum Beschichten wenigstens einer an einem Kolben (2) für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Kolbennut (3) mit einer Schutzbeschichtung (16), umfassend die folgenden Schritte:

a) Anordnen des Kolbens (2) mit der zu beschichtenden Kolbennut (3) in einer Beschichtungseinrichtung (1 ),

b) Fluiddichtes Abdichten eines Zwischenraums (13), der im Bereich der zu beschichtenden Kolbennut (3) zwischen dem Kolben (2) und der Beschichtungseinrichtung (1 ) ausgebildet wird, mittels eines mit einem Fluid befüllba- ren und expandierbaren Dichtungselements (10a),

c) Aufbringen der Schutzbeschichtung (16) auf die Kolbennut (3) durch Einbringen eines Beschichtungsmaterials (17) in den Zwischenraum (13), so dass eine Oberfläche der Kolbennut (3) mit dem Beschichtungsmaterial (17) beschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt cO) umfasst, welcher vor Durchführung von dem Schritt c) durchgeführt wird:

cO) Spülen des Zwischenraums (13) mit einem Reinigungsfluid.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das expandierbare Dichtungselement (10a) eine elastische Umhüllung (1 1 a) aufweist, die einen Dichtungselement-Innenraum (12a) begrenzt, der in Schritt b) mit einem Fluid druckbeaufschlagt wird, so dass die elastische Umhüllung unter Volumenzunahme des Dichtungselement-Innenraums (12a) expandiert und benachbart zur Kolbennut (3) gegen eine Außenumfangsseite (30) des Kolbens (2) gedrückt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Fluid ein Gas, vorzugsweise Luft, ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

in Schritt b) zwei Dichtungselemente (10a, 10b) verwendet werden, die in einer axialen Richtung (A) der Beschichtungseinrichtung (1 ) im Abstand zueinander angeordnet sind, derart, dass die zu beschichtende Kolbennut (3) des Kolbens (2) axial zwischen den beiden Dichtungselementen (10a, 10b) angeordnet ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Beschichten der Kolbennut (3) galvanisch, insbesondere mittels Hartano- disieren der Oberfläche der Kolbennut (3), oder chemisch, insbesondere mittels Aufbringen einer Nickelbeschichtung, erfolgt.

Beschichtungseinrichtung (1 ) zum Beschichten wenigstens einer an einem Kolben (2) vorgesehenen Kolbennut (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Aufnahmeeinrichtung (4), in welcher ein Kolben (2) zur Durchführung eines Beschichtungsvorgangs aufnehmbar ist,

mit einem an der Aufnahmeeinrichtung (4) angeordneten, mit einem Fluid be- füllbaren und expandierbaren (ersten) Dichtungselement (10a), derart ausgebildet, dass ein zwischen der Aufnahmeeinrichtung (4) und dem in der Aufnahmeeinrichtung (4) aufgenommenen Kolben (2) ausgebildeter Zwischenraum (3), welcher von einem Kolbenabschnitt (27) des Kolbens (2) mit der Kolbennut (3) teilweise begrenzt ist, gegen die äußere Umgebung (14) der Aufnahmeeinrichtung (4) hermetisch isolierbar ist.

8. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

zusätzlich zum (ersten) Dichtungselement (10a) ein zusätzliches (zweites) Dichtungselement (10b) vorhanden ist,

wobei die Dichtungselemente (10a, 10b) am Topfkragen (6) im Abstand zueinander angeordnet sind und im Abstand zum Topfboden (5) angeordnet sind.

9. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Dichtungselement (10a, 10b) einen expandierten Zustand aufweist, in welchem die hermetische Isolation des Zwischenraums (13) gegenüber der Umgebung (14) vorliegt, und einen nicht expandierten Zustand aufweist, in welchem diese hermetische Isolation aufgehoben ist,

wobei das Dichtungselement (10a) zwischen den beiden Zuständen verstellbar ist.

10. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Dichtungselement (10a, 10b) mit Luft aufblasbar ausgebildet ist.

1 1 . Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufnahmeeinrichtung (4) topfartig ausgebildet ist und einen Topfboden (5) und einen vom Topfboden (5) abstehenden Topfkragen (6) aufweist, die zusammen einen Aufnahmeinnenraum (8) teilweise begrenzen, in welchem der Kolben (2) aufnehmbar ist,

wobei das expandierbare Dichtungselement (10a, 10b) am Topfkragen (6) angeordnet ist, derart, dass es in dem expandierten Zustand in den Aufnahmeinnenraum (8) hineinragt.

12. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das expandierbare Dichtungselement (10a, 10b) eine elastische Umhüllung aufweist, die einen Dichtungselement-Innenraum (12a, 12b) begrenzt, wobei der Dichtungselement-Innenraum (12a, 12b) zur Expansion des Dichtungselements (10a, 10b) mit einem Fluid befüllbar und druckbeaufschlagbar ist.

13. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Dichtungselement (10a, 10b) derart ausgebildet ist, dass es im expandierten Zustand und bei in der Aufnahmeeinrichtung (4) angeordnetem Kolben (2) gegen eine Außenumfangsseite (30) des Kolbens (2) gedrückt ist.

14. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Topfkragen (6) und/oder das Dichtungselement (10a, 10b) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind.

15. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

an der Aufnahmeeinrichtung (4) ein Fluiddurchlass (19) ausgebildet ist, der bei in der Aufnahmeeinrichtung (4) aufgenommenem Kolben (2) fluidisch mit dem Zwischenraum (13) kommuniziert.

16. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Fluiddurchlass (19) als Durchgangsöffnung (20) ausgebildet ist, welche den Topfkragen (6) durchsetzt und einenends an einer Außenumfangsseite (21 ) des Topfkragens (6) und anderenends an einer Innenumfangsseite (22) des Topfkragens (6) mündet.

17. Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

für das Dichtungselement (10a, 10b) an einer Innenumfangsseite (22) des Topfkragens (6) eine ringförmig verlaufende Aufnahmenut (24a, 24b) vorgesehen ist, in welcher das Dichtungselement (10a, 10b) wenigstens teilweise aufgenommen ist.

18. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Aufnahmenut (24a, 24b) derart dimensioniert ist, dass das Dichtungselement (10a, 10b) in einem expandierten Zustand teilweise aus der Aufnahmenut (24a, 24b) heraus nach innen, in den Aufnahmeinnenraum (8) hineinragt und in einem nicht-expandierten Zustand vollständig in der Aufnahmenut (25a, 25b) aufgenommen ist.

19. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass

am Topfkragen (6) für jedes Dichtungselement (10a, 10b) eine zusätzliche Durchgangsoffnung (25a, 25b) ausgebildet ist, welche den Topfkragen (6) durchsetzt und einenends an einer Außenumfangsseite (21 ) des Topfkragen und anderenends an einer Innenumfangsseite (22) des Topfkragens (6) mündet,

wobei das Dichtungselement (10a, 10b) fluidisch mit der Durchgangsoffnung (25a, 25b) verbunden ist.

20. Beschichtungseinrichtung nach Anspruch 19,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zusätzliche Durchgangsoffnung (25a, 25b) in der Aufnahmenut (24a, 24b) mündet.

21 . Beschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Umhüllung (1 1 a, 1 1 b) aus einem federelastischen Material, vorzugsweise aus einem Elastomer, besteht.

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Description:
Verfahren zum Beschichten wenigstens einer an einem Kolben vorgesehenen Kolbennut mit einer Schutzbeschichtung und Beschichtungseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten wenigstens einer an einem Kolben für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Kolbennut mit einer Schutzbeschichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Beschichtungseinrichtung, die insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist.

In den Zylindern einer Brennkraftmaschine verwendete Kolben sind im Betrieb der Brennkraftmaschine erheblichen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dies gilt insbesondere für Kolben aus einem Kolbenmaterial mit geringem Eigengewicht wie beispielsweise Aluminium, wie es aus Gewichtsgründen in Kolbenkörpern moderner Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Gerade diejenigen Bereiche der Kolbenoberfläche, an welchen in bekannter Weise Dichtungsringe zum Abdichten des Brennraums gegen die Umgebung des Zylinders gelagert sind, unterliegen jedoch erheblichen thermischen und mechanischen Belastungen aufgrund von starken Temperaturvariationen im Brennraum und aufgrund starker Vibrationen der Dichtungsringe im Betrieb der Brennkraftmaschine. Diese Effekte können im Langzeitbetrieb der Brennkraftmaschine zu erheblichen Beschädigungen an der Oberfläche des Kolbens führen.

Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, unter Anwendung eines geeigneten Beschichtungsverfahrens den Bereich der Kolbenoberfläche, welcher mechanisch mit besagten Dichtungsringen in Kontakt steht - typischerweise handelt es sich dabei um auf der Umfangsseite des Kolbens vorgesehene Kolbennuten - mit einer Schutzbeschichtung zu versehen, welche die Verschleißbeständigkeit des Kolbenmaterials erhöht. Vor diesem Hintergrund offenbart die DE 10 2008 038 323 A1 eine Beschichtungseinrichtung in Form einer Beschichtungsmaske zum elektrolytischen Beschichten einer Kolbenringnut eines Kolbens. Die Beschichtungsmaske besteht aus einem elastisch nachgiebigen Material. Das elastische Material kann mittels mehrerer Dornen einer Dehnvorrichtung gedehnt werden, wodurch der radiale Durchmesser der Beschichtungsmaske vergrößert werden kann. Dies erleichtert das Einbringen des Kolbens in die Beschichtungsmaske.

Als nachteilig erweist sich bei herkömmlichen Verfahren zur Aufbringung der Schutzbeschichtung, dass diese nur mit hohem technischem Aufwand durchführbar und somit mit erheblichen Kosten verbunden sind.

Es ist daher eine erste Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen einer Schutzbeschichtung auf die Kolbennut eines Kolbens zu schaffen, bei welchem der oben genannte Nachteil weitgehend oder sogar vollständig beseitigt werden konnte. Es ist ferner eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform einer Beschichtungseinrichtung zu schaffen, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.

Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.

Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine Beschichtungseinrichtung zum Beschichten einer Kolbennut eines Kolbens mit einem expandierbaren und mit einem Fluid befüllbaren Dichtungselement auszustatten. Dieses Dichtungselement kann durch Befüllen mit einem druckbeaufschlagten Fluid vom einem nicht- expandierten in einen expandierten Zustand übergeführt werden, in welcher es einen Zwischenraum, in welchem die eigentliche Beschichtung der Kolbennut erfolgen soll, hermetisch von der äußeren Umgebung der Beschichtungseinrichtung isoliert. Hierzu kann das Dichtungselement im expandierten Zustand gegen die Kolbenoberfläche des Kolbens gedrückt werden, und zwar bevorzugt in unmittelbarer Nachbarschaft zu der zu beschichtenden Kolbennut. Der auf diese Weise gebildete Zwischenraum wird dann erfindungsgemäß nicht nur vom expandierten Dichtungselement begrenzt, sondern auch von einem Kolbenabschnitt des Kolbens, in welchem die zu beschichtende Kolbennut auf der Kolbenoberfläche des Kolbens vorgesehen ist. Durch Einleiten des Beschichtungsmaterials in den von Dichtungselement und Kolben begrenzten Zwischenraum, beispielsweise im Zuge eines galvanischen oder chemischen Beschichtungsvorgangs, kann die Kolbennut dann mit der gewünschten Schutzbeschichtung beschichtet werden. Da eine unerwünschte Fluidverbindung des Zwischenraums mit der äußeren Umgebung der Beschichtungseinrichtung unterbunden wird, verbleibt das Beschichtungsma- terial ausschließlich im typischerweise sehr klein dimensionierten Zwischenraum und somit im unmittelbaren Bereiche um die zu beschichtende Kolbennut. Ein unerwünschtes, großflächiges Beschichten weiterer Bereich der Kolbenoberfläche kann auf diese Weise vermieden werden. Auch kann verhindert werden, dass während des Aufbringens der Schutzbeschichtung Schmutzpartikel o.ä. aus der Umgebung der Beschichtungseinrichtung in den Zwischenraum gelangen und den Beschichtungsprozess beeinträchtigen kann. Schließlich kann, nach Beendigung des Beschichtungsvorgangs, durch Entnahme des Druckbeaufschlagten Dichtungselements und die damit verbundene Überführung des Dichtungselements in den nicht-expandierten Zustand, der Kolben auf einfache Weise aus der Beschichtungseinrichtung entfernt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte: In einem ersten Schritt a) wird der Kolben mit der zu beschichtenden Kolbennut in einer Beschichtungseinrichtung angeordnet. In einem zweiten Schritt b) wird ein zwischen der Beschichtungseinrichtung und dem zu beschichtenden Kolben gebildeter Zwischenraum hermetisch, also fluiddicht abgedichtet. Dies bedeutet, dass besagter Zwischenraum fluidisch von der äußeren Umgebung der Beschichtungseinrichtung getrennt wird. Die fluidische Abdichtung erfolgt dabei mit Hilfe eines mit einem Fluid befüllbaren und expandierbaren Dichtungselements. Auf die zu beschichtende Kolbennut wird in einem dritten Schritt c) durch Einbringen eines Be- schichtungsmaterials in den Zwischenraum eine Oberfläche des Kolbens wenigstens im Bereich der Kolbennut mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet. Nach dem Aufbringen der Beschichtung auf der Kolbennut kann die in Schritt b) beschriebene Abdichtung wieder aufgehoben werden und der beschichtete Kolben wieder aus der Beschichtungseinrichtung entfernt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt cO), welcher vor Durchführung des Schritts c) durchgeführt wird. Gemäß Schritt cO) wird der Zwischenraum mit einem Reinigungsfluid gespült. Auf diese Weise werden der Zwischenraum und somit auch die zu beschichtende Oberfläche der Kolbennut gereinigt, bevor die eigentliche Schutzbeschichtung aufgebracht wird. Dies hat eine verbesserte Haftung der Schutzbeschichtung auf der Kolbennut zur Folge.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das expandierbare Dichtungselement an der Beschichtungseinrichtung angeordnet und weist eine elastische Umhüllung auf, die einen Dichtungselement- Innenraum begrenzt. Der Dichtungselement-Innenraum wird bei dieser Variante in Schritt b) des Verfahrens mit einem Fluid befüllt und druckbeaufschlagt. In der Folge expandiert die Umhüllung unter Volumenzunahme des Dichtungselement- Innenraums. In einem solchen, gegenüber dem Ausgangszustand expandierten Zustand wird das Dichtungselement gegen eine Außenumfangsseite des Kolbens gedrückt und bewirkt auf diese Weise die gewünschte Abdichtung des Zwischenraums gegenüber der äußeren Umgebung.

Zweckmäßig kann das Fluid zum Befüllen des Dichtungselement-Innenraums Gas, vorzugsweise Luft, sein.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung werden in Schritt b) zwei Dichtungselemente verwendet, die in einer axialen Richtung des Kolbens im Abstand zueinander angeordnet sind. Die axiale Anordnung der beiden Dichtungselemente erfolgt dabei derart, dass die zu beschichtende Kolbennut axial zwischen den beiden Dichtungselementen angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Volumen des Zwischenraums und somit der Oberflächenbereich des Kolbens um die Kolbennut klein gehalten werden, so dass auch nur ein relativ kleiner Oberflächenbereich um die Kolbennut herum beschichtet wird. Dies führt zu erheblichen Kostenvorteilen bei der Beschichtung des Kolbens.

Besonders bevorzugt erfolgt das Beschichten der Kolbennut galvanisch, insbesondere mittels Hartanodisieren der Oberfläche der Kolbennut. In diesem Fall ist das Beschichtungsmaterial der zum Galvanisieren erforderliche Elektrolyt. Besteht der Aluminiumkolben aus Aluminium und soll dieses zu Aluminiumoxid galvanisiert werden, so kann als Beschichtungsmaterial, beispielsweise ein Aluminiumelektrolyt, in den Zwischenraum eingebracht werden. Alternativ zur Galvanisierung kann das Beschichten auch chemisch, insbesondere mittels Aufbringen einer Nickelbeschichtung, erfolgen. Anstelle von Nickel kann ein anderes, geeignete Material verwendet werden, so etwa Chrom, Eisen, Kupfer oder Zinn. Zusammen mit allen genannten Materialen können als Dispersion Feststoff- oder Schmierstoff-Partikel eingebracht werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Beschichtungseinrichtung zum Beschichten wenigstens einer an einem Kolben vorgesehenen Kolbennut. Die erfindungsgemäße Beschichtungseinrichtung ist insbesondere zur Durchführung des vorangehend vorgestellten eingerichtet. Die Beschichtungseinrichtung umfasst eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Kolbens während der Durchführung des Beschichtungsvorgangs. An der Aufnahmeeinrichtung ist ein mit einem Fluid be- füllbares und expandierbares Dichtungselement angeordnet. Das Dichtungselement ist dabei derart ausgebildet, dass ein zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Kolben ausgebildeter Zwischenraum, in welchem die zu beschichtete Kolbennut angeordnet ist, gegen die Umgebung der Aufnahmeeinrichtung hermetisch isoliert werden kann. Dieser Zwischenraum wird dabei von einem Kolbenabschnitt des Kolbens, an welchem die zu beschichtende Kolbennut angeordnet ist, teilweise begrenzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Beschichtungseinrichtung zusätzlich zum ersten Dichtungselement ein zweites Dichtungselement vorhanden. Bei dieser Variante sind die beiden Dichtungselemente am Topfkragen im Abstand zueinander angeordnet. Darüber ist das zweite Dichtungselement auch im Abstand zum Topfboden angeordnet. Auf diese Weise kann das Volumen des Zwischenraums und somit der Oberflächenbereich des Kolbens um die Kolbennut klein gehalten werden, so dass auch nur ein reduzierter Oberflächenbereich des Kolbens um die Kolbennut herum beschichtet wird. Dies führt zu weiteren Kostenvorteilen bei der Beschichtung des Kolbens. Da das zweite Dichtungselement dieselbe Wirkung entfalten soll wie das erste Dichtungselement, entspricht das zweite Dichtungselement bezüglich seines Aufbaus und seiner Ausbildung bevorzugt im Wesentlichen dem ersten Dichtungselement. Besonders bevorzugt sind das erste und das zweite Dichtungselement als Gleichteile realisiert. Vorzugsweise weist das erste Dichtungselement einen expandierten und einen nicht-expandierten Zustand auf und ist zwischen diesen beiden Zuständen verstellbar. Im expandierten Zustand liegt die oben beschriebene hermetische Isolation vor. Im nicht-expandierten Zustand ist diese hermetische Isolation aufgehoben.

Besonders zweckmäßig ist das Dichtungselement mit Luft aufblasbar ausgebildet. Auf diese Weise kann das Dichtungselement technisch einfach realisiert werden, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.

Besonders bevorzugt ist die Aufnahmeeinrichtung topfartig ausgebildet und weist einen Topfboden sowie einen vom Topfboden abstehenden Topfkragen auf. Der Topfboden und der Topfkragen begrenzen zusammen teilweise einen Aufnahmeinnenraum, in welchem der Kolben zur Durchführung des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens aufnehmbar ist. Bei dieser Variante ist das expandierbare Dichtungselement am Topfkragen angeordnet. Die Anordnung am Topfkragen erfolgt bei dieser Ausführungsform derart, dass das Dichtungselement in dem expandierten Zustand in den Aufnahmeinnenraum hineinragt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das expandierbare Dichtungselement eine elastische Umhüllung auf, die einen Dichtungselement- Innenraum begrenzt. Dieser Dichtungselement-Innenraum ist zur Expansion des Dichtungselements mit einem druckbeaufschlagten Fluid befüllbar.

Besonders zweckmäßig ist das Dichtungselement derart ausgebildet, dass es im expandierten Zustand und bei in der Aufnahmeeinrichtung angeordnetem Kolben gegen eine Außenumfangsseite des Kolbens gedrückt wird, wenn dieser in der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine besonders wirk- same Abdichtung des Zwischenraums zwischen Aufnahmeeinrichtung und Kolben erzielt.

Zum Zwecke einer vorteilhaften Anpassung an die Geometrie des zu beschichtenden Kolbens wird vorgeschlagen, den Topfkragen und/oder das wenigstens eine Dichtungselement im Wesentlichen ringförmig auszubilden.

Zum Zwecke der effektiven Einbringung des Schichtmaterials in den von der äußeren Umgebung der Aufnahmeeinrichtung hermetisch isolierten Zwischenraum wird vorgeschlagen, an der Aufnahmeeinrichtung einen Fluiddurchlass vorzusehen. Dieser Fluiddurchlass dient dazu, ein nicht zur Beschichtungseinrichtung gehöriges Reservoir, in welchem das zur Expansion des Dichtungselements erforderliche Fluid, vorzugsweise Luft, gespeichert ist, im Bedarfsfall in das Dichtungselement einzuleiten. Dies kann - ebenso wie das Ausleiten des Fluids aus dem Dichtungselement - etwa mit Hilfe einer geeigneten Pumpvorrichtung geschehen. Bei in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenem Kolben kommuniziert der Fluiddurchlass fluidisch mit dem zwischen Aufnahmeeinrichtung und Kolben gebildeten Zwischenraum.

Besonders zweckmäßig ist der Fluiddurchlass als Durchgangsöffnung ausgebildet, welche den Topfkragen durchsetzt und einenends an einer Außenumfangs- seite des Topfkragens und anderenends an einer Innenumfangsseite des Topfkragens mündet. Eine derartige Realisierungsweise ist technisch einfach zu realisieren und somit mit Kostenvorteilen bei der Herstellung der Beschichtungseinrichtung verbunden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für das Dichtungselement an einer Innenumfangsseite des Topfkragens eine ringförmig verlaufende Aufnahmenut vorgesehen, in welcher das wenigstens eine Dichtungselement wenigstens teilweise aufgenommen ist. Diese Maßnahme erlaubt eine platzsparende Anbringung des Dichtungselements am Topfkragen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufnahmenut derart dimensioniert, dass das Dichtungselement im expandierten Zustand teilweise aus der Aufnahmenut heraus nach innen, in den Aufnahmeinnenraum hineinragt. In seinem nicht- expandierten Zustand ist das Dichtungselement hingegen vollständig in der Aufnahmenut aufgenommen. Auf diese Weise wird einerseits erreicht, dass das Dichtungselement bereits bei relativ geringer Volumenexpansion zur Abdichtung des Zwischenraums mit der Oberfläche des Kolbens mechanisch in Kontakt gelangt. Andererseits ist sichergestellt, dass das Dichtungselement in seinem nicht- expandierten Zustand nicht auf störende Weise in dem Aufnahmeinnenraum angeordnet ist, wenn der Kolben in diesen eingebracht oder aus diesem entfernt werden soll.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Topfkragen für jedes Dichtungselement eine zusätzliche Durchgangsöffnung ausgebildet. Die Durch- gangsöffnung durchsetzt dabei den Topfkragen und mündet einenends an einer Außenumfangsseite des Topfkragens und anderenends an einer Innenumfangs- seite des Topfkragens. Dabei ist das Dichtungselement fluidisch mit der Durch- gangsöffnung verbunden. Dies erleichtert eine einfache Befüllung des Dichtungselements mit dem Fluid, wenn dieses vom nicht-expandierten in den expandierten Zustand wechseln soll.

Besonders zweckmäßig mündet die zusätzliche Durchgangsöffnung in der Aufnahmenut. Die Bereitstellung zusätzlicher Fluidleitungen im Topfkragen kann auf diese Weise entfallen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Umhüllung aus einem federelastischen Material, vorzugsweise aus einem Elastomer. Auf diese Weise lässt sich die erfindungswesentliche Verstellbarkeit des Dichtungselements zwischen dem expandierten und dem nicht-expandierten Zustand besonders kostengünstig realisieren.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Beschichtungseinrichtung 1 . Die Beschichtungseinrichtung 1 dient zum Beschichten einer an einem Kolben 2 für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Kolbennut 3 mit einer Schutzbeschichtung gegen Verschleiß. Die Kolbennut 3 dient zur Aufnahmeeinrichtung eines Dichtungsrings, wenn der Kolben 2 im Zylinder einer Brennkraftmaschine verbaut wird (nicht gezeigt), und erstreckt sich typischerweise ringförmig auf einer Umfangskontur des Kolbens 2.

Die Beschichtungseinrichtung 1 umfasst eine Aufnahmeeinrichtung 4 zum Aufnehmen des Kolbens 2 während der Durchführung des Beschichtungsverfahrens. Entsprechend Figur 1 ist die Aufnahmeeinrichtung 4 topfartig ausgestaltet und weist einen Topfboden 5 und einen vom Topfboden 5 abstehenden Topfkragen 6 auf. Der Topfboden 5 und der Topfkragen 6 sind bevorzugt integral aneinander ausgeformt. Der Topfboden 5 und der Topfkragen 6 begrenzen teilweise einen Aufnahmeinnenraum 8, in welchem der zu beschichtende Kolben 2 zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens angeordnet wird. Der Topfkragen 6 kann als sich entlang einer axialen Richtung A erstreckender Hohlzylinder 9 ausgebildet sein, der an einem ersten axialen Ende 7a vom Topfboden 5 verschlossen ist. Ein dem ersten axialen Ende 7a gegenüberliegendes, zweites axiales Ende 7b des Hohlzylinders 9 ist offen ausgebildet, so dass der zu beschichtende Kolben 2 in den Aufnahmeinnenraum 8 eingebracht werden kann. Ist der Kolben 2 wie in Figur 1 gezeigt im Aufnahmeinnenraum 8 platziert, so erstreckt sich die axiale Richtung A des Kolbens 2, deren Lage durch eine Mittellängsachse M des Kolbens 2 definiert ist wird, senkrecht zu einer Ebene E, in welcher der Topfboden 5 angeordnet ist. Der im Aufnahmeinnenraum 8 aufgenommene Kolben 2 kann im Abstand zum Topfboden 5 angeordnet werden, so dass zwischen einer dem Topfboden zugewandten Stirnseite 28 des Kolbens 2 und dem Topfboden 5 ein Zwischenraum 29 gebildet wird.

Wie Figur 1 erkennen lässt, sind an der Aufnahmeeinrichtung 4 an deren Topfkragen 6 ein erstes Dichtungselement 10a und ein zweites Dichtungselement 10b axial im Abstand zueinander angeordnet. Der Topfkragen 6 und die beiden Dichtungselemente 10a, 10b können eine im Wesentlichen ringförmige Geometrie aufweisen. Die beiden Dichtungselemente 10a, 10b sind mit Luft oder einem anderen geeigneten Fluid befüllbar. Ferner weisen beiden Dichtungselemente 10a, 10b jeweils eine elastische Umhüllung 1 1 a, 1 1 b auf, die einen Dichtungselement- Innenraum 12a, bzw. 12b begrenzt. Die Umhüllung 1 1 a, 1 1 b kann aus einem federelastischen Material, vorzugsweise aus einem Elastomer, bestehen. Wird der Dichtungselement-Innenraum 12a, 12b mit Luft befüllt und auf diese Weise druckbeaufschlagt, so expandiert die jeweilige elastische Umhüllung 1 1 a, 1 1 b. Die Dichtungselemente 10a, 10b sind mit Luft "aufblasbar". Im expandierten Zustand ragen die Dichtungselemente 10a, 10b in den Aufnahmeinnenraum 8 hinein. Das erste Dichtungselement 10a ist dabei derart ausgebildet, dass sie einen zwischen der Aufnahmeeinrichtung 4 und dem im Aufnahmeinnenraum 8 aufgenommenen Kolben 2 gebildeten Zwischenraum 13 gegen die äußere Umgebung 14 der Aufnahmeeinrichtung hermetisch isoliert. Besagter Zwischenraum 13 wird dabei durch einen Kolbenabschnitt 27 des Kolbens 2, in welchem die zu beschichtende Kolbennut 3 angeordnet ist, begrenzt.

Dieses Szenario ist in Figur 1 dargestellt: Die im Dichtungselement-Innenraum 12a vorhandene, druckbeaufschlagte Luft 15 sorgt für eine Ausdehnung der elastischen Umhüllung 1 1 a des Dichtungselements 10a, so dass diese im expandierten Zustand gegen eine Außenumfangsseite 30 des Kolbens 2 gedrückt wird, und zwar vorzugsweise benachbart zu der zu beschichtenden Kolbennut 3.

Wird Luft 15 aus dem Dichtungselement-Innenraum 12a ausgeleitet, so zieht sich die elastische Umhüllung 1 1 a wieder zusammen, d.h. sie wird gestraft, so dass die Umhüllung 1 1 a nicht mehr am Kolben 2 anliegt. In diesem, nicht-expandierten Zustand des Dichtungselements 10a ist der Zwischenraum 13 fluidisch mit der äußeren Umgebung 14 verbunden. Daher kann der Kolben 2 zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens komfortabel in der Aufnahmeeinrichtung 4 positioniert und nach Durchführung des Verfahrens wieder aus der Aufnahmeeinrichtung 4 entfernt werden.

Das erste Dichtungselement 10a weist also einen expandierten Zustand auf, in welchem die genannte hermetische Isolation des Zwischenraums 13 gegeben ist. Entsprechend weist das erste Dichtungselement 10a einen nicht expandierten Zustand auf, in welchem diese Isolation wieder aufgehoben ist, Durch Ein- bzw. Ausleiten von Luft in die elastische Umhüllung 1 1 a kann das Dichtungselement 10a zwischen den beiden Zuständen verstellt werden.

Im expandierten Zustand des ersten Dichtungselement 10a wird der eigentliche Beschichtungsvorgang durchgeführt. Die Beschichtung der Kolbennut 3 kann galvanisch, insbesondere mittels Hartanodisieren der Oberfläche der Kolbennut 3 erfolgen. In diesem Fall ist das Beschichtungsmatenal 17 der für die Galvanisierung erforderliche Elektrolyt. Im Zuge einer Hartanodisierung kann das Kolbenmaterial des Kolbens 2, typischerweise Aluminium, oxidiert werden. Alternativ dazu kann die Beschichtung auch chemisch, insbesondere durch Aufbringen einer Nickelbeschichtung auf die Oberfläche der Kolbennut 2 erfolgen. Um die Kolbennut 3 mit einer Schutzbeschichtung 16 zu versehen, kann in den Zwischenraum 13 ein Beschichtungsmatenal 17 aus einem geeignet ausgeführten, in Figur 1 nur grob- schematisch angedeuteten Reservoir 18 in den Zwischenraum 13 eingebracht werden. Dem Fachmann sind vielfältige Realisierungsformen für das Reservoir 18 bekannt, so dass hier auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet wird. In den Zwischenraum 13 eingebracht benetzt das Beschichtungsmatenal 17 die Oberfläche der Kolbennut 3 und bildet auf diese Weise die gewünschte Schutzbeschichtung 16 aus. Es ist klar, dass im Zuge dieser Beschichtung nicht nur in der Kolbennut 3 eine Schutzbeschichtung 16 erzeugt wird, sondern auch in jenen Bereichen der Kolbenoberfläche des Kolbens 2, der den Zwischenraum 13 begrenzt. Zur Einleitung des Beschichtungsmaterials 17 in den Zwischenraum 13 ist am Topfkragen 6 der Aufnahmeeinrichtung 4 ein Fluiddurchlass 19 ausgebildet. Ist der Kolben 2 im Aufnahmeinnenraum 8 aufgenommen und befindet sich das erste Dichtungselement 10a im expandierten Zustand, so dass der hermetisch isolierte Zwischenraum 13 ausgebildet ist, so kann das Beschichtungsmatenal 17 aus dem Reservoir 18 über den Fluiddurchlass 19 in den Zwischenraum 13 eingeleitet werden. Wie die Figur 1 anschaulich belegt, kann der Fluiddurchlass 19 als Durchgangsöffnung 20 ausgebildet sein, welche den Topfkragen 6 durchsetzt. Besagte Durchgangsöffnung 20 mündet einenends an einer Außenumfangsseite 21 des Topfkragens 6 und anderenends an einer Innenumfangsseite 22 des Topfkragens 6. Der Fluiddurchlass 19 kann auch dazu verwendet werden, den Zwischenraum 13 vor dem Einbringen des Beschichtungsmaterials 17 zu spülen und auf diese Weise zu reinigen. Als Reinigungsfluid mag beispielsweise Wasser in Betracht kommen.

Es ist klar, dass durch den Fluiddurchlass 19 die erfindungswesentliche hermetische Isolierung des Zwischenraums 13 nicht beeinträchtigt wird, da der Fluiddurchlass 19 nur mit dem Reservoir 18 kommuniziert, nicht aber mit der äußeren Umgebung 14.

Die Figur 1 zeigt das zweite Dichtungselement 10b exemplarisch in dem nicht- expandierten Zustand, in welchem die Umhüllung 1 1 b nicht gegen den Kolben 2 gedrückt wird, sondern im Abstand zu diesem angeordnet ist.

Das zweite Dichtungselement 10b dient dazu, in seinem expandierten Zustand (in Figur 1 nicht gezeigt) das Volumen des Zwischenraums 13 möglichst gering zu halten, so dass nur ein möglichst kleiner Bereich der Kolbenoberfläche um die Kolbennut 3 mit der Schutzbeschichtung 16 versehen wird. Befindet sich das zweite Dichtungselement 10b in seinem expandierten Zustand (in Figur 1 nicht gezeigt), so kann kein Schichtmaterial 17 in den Zwischenraum 29 eindringen, wie dies zur Verdeutlichung in Figur 1 für ein nicht-expandiertes zweites Dichtungselement 10b gezeigt ist. Auf diese Weise können die Kosten für die Be- schichtung der Kolbennut 3 gering gehalten werden. Insbesondere wird der zwischen der Stirnseite 28 des Kolbens 2 und dem Topfboden 5 gebildete Zwischen- räum 29 hermetisch vom Zwischenraum 13 isoliert, so dass in den Zwischenraum 29 kein Beschichtungsmaterial 17 eindringen kann.

Im Beispiel der Figur 1 sind am Kolben 2 zusätzlich zur Kolbennut 3 zwei weitere Kolbennuten 23 gezeigt, die vom expandierten ersten Dichtungselement 10a abgedeckt werden und daher nicht beschichtet werden. Es ist klar, dass durch geeignete Anordnung des ersten Dichtungselements 10a an der Aufnahmeeinrichtung 4 relativ zum Kolben ein Zwischenraum 13 erzeugt werden kann, der die Be- schichtung zweier oder mehrerer Kolbennuten 3 erlaubt (in Figur 1 nicht gezeigt).

Für die beiden Dichtungselemente 10a, 10b ist an der Innenumfangsseite 22 des Topfkragens 6 jeweils eine ringförmig verlaufende Aufnahmenut 24a, 24b vorgesehen, in welcher die Dichtungselemente 10a, 10b aufnehmbar sind. Die beiden Aufnahmenuten 24a, 24b sind dabei derart dimensioniert, dass das jeweilige Dichtungselement 10a, 10b im expandierten Zustand teilweise aus der Aufnahmenut 24a, 24b heraus nach innen, in den Aufnahmeinnenraum 8 hineinragen, so dass sie am Kolben 2 anliegen. Dies ist in Figur 1 exemplarisch für das erste Dichtungselement 10a dargestellt. Im nicht-expandierten Zustand, also ohne Druckbeaufschlagung, sind die Dichtungselemente 10a, 10b - in Figurl exemplarisch für das zweite Dichtungselement 10b dargestellt - hingegen vollständig in der Aufnahmenut 24a, 24b aufgenommen. Dies erleichtert das Einbringen bzw. Entfernen Kolbens in bzw. aus dem Aufnahmeinnenraum 8.

Ist der Kolben 2 in der Aufnahme 4 aufgenommen und befinden sich die beiden Dichtungselemente 10a, 10b im expandierten Zustand, so wird der Zwischenraum 13 axial durch die beiden Dichtungselemente 10a, 10b und radial durch die Aufnahmeeinrichtung 8, insbesondere durch deren Topfkragen 6, sowie durch den Kolbenabschnitt 27 des Kolbens, in welchem die Kolbennut 3 angeordnet ist, begrenzt. Befinden sich die beiden Dichtungselemente 10a, 10b in ihrem expan- dierten Zustand, in welchem sie gegen die Oberfläche des Kolbens 2 gedrückt werden, so begrenzen die beiden Dichtungselemente 10a, 10b in der axialen Richtung A des Kolbens 2. Mit anderen Worten, die Kolbennut 3 ist in axialer Richtung A zwischen den beiden Dichtungselementen 10a, 10b angeordnet.

Zum Befüllen bzw. zum Druckbeaufschlagen der Dichtungselement-Innenräume 12a, 12b mit Luft ist am Topfkragen 6 für jedes Dichtungselement 10a, 10b eine zusätzliche Durchgangsöffnung 25a, 25b ausgebildet, welche den Topfkragen 6 durchsetzt. Die zusätzlichen Durchgangsöffnungen 25a, 25b münden einenends an der Außenumfangsseite 21 des Topfkragen 6 und anderenends an der In- nenumfangsseite 22 des Topfkragens 6. Die beiden Dichtungselemente 10a, 10b sind fluidisch mit der jeweiligen zusätzlichen Durchgangsöffnung 25a, 25b verbunden. Die zusätzliche Durchgangsöffnungen 25a, 25b münden hierfür in den ihnen zugeordneten Aufnahmenuten 24a, 24b. Durch Anschließen der beiden Durchgangsöffnungen 25a, 25b an geeignete Druckbeaufschlagungsvorrichtungen - diese sind in Figur 1 nur grobschematisch in Form zweier Pfeile 26a, 26b angedeutet - kann Luft in den jeweiligen Dichtungselement-Innenraum 12a, 12b eingebracht und wieder entfernt werden. Die dem einschlägigen Fachmann geläufigen Druckbeaufschlagungsvorrichtungen 26a, 26b können ein Reservoir zum Speichern eines Vorrats an Luft sowie eine mit dem Reservoir zusammenwirkende Pumpvorrichtung einschließlich geeigneter Fluidleitungen (in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) aufweisen. Auf diese Weise können die beiden Dichtungselemente 10a, 10b zwischen dem expandierten und dem nicht- expandierten Zustand verstellt werden.