Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer

Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Beschichtung auf einer Zylinderinnenwand eines gegossenen Zylinderkurbelgehäuses durch thermisches Spritzen hergestellt wird, und wobei als Zerstäubergas ein Inertgas verwendet wird sowie ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Zylinderlauffläche, welche mittels eines derartigen Verfahrens durch thermisches Spritzen der Zylinderinnenwand hergestellt ist.

Es sind verschiedene Verfahren zum Auftragen einer als Zylinderlauffläche dienenden Beschichtung durch thermisches Spritzen auf die Zylinderinnenwand eines Zylinderkurbelgehäuses bekannt. Als Spritzverfahren werden bei der Herstellung von Zylinderlaufflächen insbesondere das Plasmaspritzen und das Lichtbogenspritzen verwendet, wobei beim Lichtbogenspritzen zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen ein Lichtbogen gezündet wird, durch den die Drahtspitzen bei einer Temperatur von ungefähr 4000 °C abgeschmolzen und mittels Zerstäubergas auf die präparierte Werkstückoberfläche gespritzt werden, während beim Plasmaspritzen in einem Brenner eine Anode und mindestens eine Kathode durch einen schmalen Spalt getrennt sind und durch eine angelegte Gleichspannung ein Lichtbogen zwischen der Anode und Kathode erzeugt wird. Durch den Brenner strömt ein Gas, welches durch den Lichtbogen geleitet wird und hierbei ionisiert, wodurch ein hochaufgeheiztes elektrisch leitendes Gas entsteht, das als Plasmastrom dient, in den ein Pulver mit einer Körnung von 5- 120 μιτι eingedüst wird, das durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen wird . Der Plasmastrom reißt die Pulverteilchen mit und beschleunigt die ganz oder teilweise aufgeschmolzenen Teile des Beschichtungswerkstoffs auf die zu beschichtende Zylinderinnenwand .

So wird in der DE 697 02 576 T2 ein Verfahren zur Beschichtung von Zylinderinnenwänden durch thermisches Spritzen offenbart, bei dem zunächst das geschmolzene Pulver oder der geschmolzene Draht eines kohlenstoffarmen Stahls mit einem Anteil von unter 0,3% Kohlenstoff oder eines Edelstahls mittels eines Luftstroms gegen die Zylinderinnenwand geschleudert wird, wodurch eine Unterschicht mit hohem Oxidanteil erzeugt wird . Eine derartige Schicht ist sehr hart. Im Folgenden wird eine weitere Schicht aufgebracht, bei der ein inertes Gas als Zerstäubergas dient, so dass der Oxidanteil in der Schicht deutlich verringert wird . Diese weichere Schicht wird im Folgenden zur Erzeugung einer Oberfläche mit gewünschter Oberflächengüte abgetragen, so dass die harte verschleißfeste untere Schicht als Lauffläche verbleibt.

Auch aus der DE 199 34 991 AI ist ein Plasmaspritzverfahren bekannt, bei dem Stickstoff als Zerstäubergas bei der Herstellung von Zylinderlaufflächen verwendet wird . Um keine Vakuumkammer nutzen zu müssen, wird ein zweiter den Zerstäubergasstrom flankierender Gasstrom aus Stickstoff eingesetzt. So soll der Oxidanteil der Beschichtung eingestellt werden .

Probleme bereitet bei diesen Beschichtungen jedoch die auftretende Korrosion, welche bei Schichten mit hohem Oxidanteil sehr schnell erfolgt und bei Schichten mit geringem Oxidanteil langsamer verläuft. Als Folge der Korrosion kommt es zu einem erhöhten Verschleiß der Zylinderlauffläche. Des Weiteren sind die bekannten thermischen Spritzverfahren sehr teuer, da zur Vermeidung der Korrosion Edelstähle oder zumindest kohlenstoffarme Stähle eingesetzt werden.

Es stellt sich daher die Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer gespritzten Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein derartiges Zylinderkurbelgehäuse bereit zu stellen, bei denen die Zylinderlaufflächen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auch bei der Verwendung niedriglegierter kohlenstoffhaltiger Stähle aufweisen, um eine hohe Haltbarkeit bei kostengünstiger Herstellung zu ermöglichen .

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses einer

Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 sowie ein Zylinderkurbelgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Dadurch, dass der Massendurchsatz des Beschichtungswerkstoffs beim thermischen Spritzen 8 bis 22,5 kg/h anstatt der üblichen 4 bis 7 kg/h beträgt, verringert sich die Parti kelgeschwindigkeit, während die Partikelgröße in der Beschichtung zunimmt. So lässt sich erfindungsgemäß ein Zylinderkurbelgehäuse für eine Verbrennungskraftmaschine herstellen, bei dem die aufgespritzte Beschichtung eine Schichtporosität von 4,5 bis 25 % und einen Oxidanteil von 0,5 bis 5 % aufweist. Der geringe Oxidanteil, der auch durch die Verwendung des Inertgases erzielt wird, führt dazu, dass eine geringe Wüstitphase vorliegt, wodurch die Oxidationsgeschwindigkeit der Schicht deutlich abnimmt, so dass die Korrosion verringert wird . Zusätzlich entsteht ein größerer offener Porenanteil, wodurch ein größeres Ölrückhaltevolumen an der Zylinderlauffläche geschaffen wird, so dass ebenfalls eine höhere Korrosionsbeständigkeit an der Oberfläche der Schicht entsteht. Durch die Verwendung des Inertgases wird zusätzlich eine exotherme Reaktion an der Partikeloberfläche, bei der der Kohlenstoff des Drahtes bei der Verwendung kohlenstoffhaltiger Beschichtungswerkstoffe verbrannt wird, verhindert. So wird die Oxidation und die Partikeltemperatur verringert. Vorzugsweise beträgt der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen 900 bis 1.500 l/min. Mit diesem Gasdurchsatz lassen sich auf einfache Weise korrosionsbeständige Schutzschichten mit hoher Porosität herstellen. In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Zerstäubergasdurchsatz beim thermischen Spritzen auf 300 bis 900 l/min reduziert. Dies führt dazu, dass die Geschwindigkeit und die Temperatur des Beschichtungswerkstoffs an der Düse zusätzlich reduziert wird, so dass weniger Energie an die Partikel des Beschichtungswerkstoffs übertragen wird. So wird der Effekt, welcher durch die Erhöhung des Massendurchsatzes entsteht zusätzlich verstärkt, so dass eine noch höhere Porosität erreicht wird.

Vorzugsweise wird als Inertgas Stickstoff oder Argon verwendet. Mit diesen Gasen können auf kostengünstige Weise oxidarme Schichten hergestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Beschichtungswerkstoff ein niedriglegierter Kohlenstoffstahl verwendet wird, da dieser deutlich kostengünstiger hergestellt werden kann. Durch die besonderen gewählten Verfahrensparameter wird ein vorzeitiger Abbrand des Kohlenstoffs mit vorzeitiger Oxidation vermieden, so dass dennoch eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit vorliegt. Diese Stähle lassen sich gut verarbeiten und bilden beim Spritzen das für die notwendige Härte der Schicht wichtige Martinsit. In einer bevorzugten Ausführung wird die Beschichtung durch Plasmaspritzen oder Lichtbogenspritzen, insbesondere durch Plasma- Transferred-Wire-Arc-Spritzen (PTWA-Spritzen) oder Rotating-Single- Wire-Spritzen (RSW-Spritzen) hergestellt wird . Diese Verfahren eignen sich in besonderer Weise zur Herstellung poröser, oxidarmer Schichten.

Dabei wird als Plasmagas vorzugsweise ein Argon-Wasserstoffgemisch oder ein Argon-Stickstoffgemisch verwendet, wobei der Wasserstoffanteil des Plasmagases bei Verwendung eines Argon-Wasserstoff-Gemisches 5 bis 40% beträgt. Bei diesen Verfahrensparametern werden zuverlässig die gewünschte Schichtporosität sowie der gewünschte Oxidanteil erreicht.

Vorteilhafterweise beträgt die Parti keloberflächentemperatur 1.600 bis 2.400 °C, die Lichtbogentemperatur 3.000 bis 6.000 °C und die Plasmagastemperatur 10.000 bis 15.000 °C. Es entstehen nicht voll aufgeschmolzene Partikel auf der Oberfläche mit geringen Oxideinschlüssen.

Vorzugsweise beträgt der Plasmagasdurchsatz 40 bis 250 l/min, so dass eine weiterhin relativ niedrige Geschwindigkeit der Parti kel bei relativ geringen Parti keltemperaturen entsteht.

Vorteilhafterweise wird die Beschichtung zur Herstellung der Zylinderlauffläche nach dem Spritzvorgang gehont. Hierdurch werden zusätzliche Poren der Spritzschicht, die als Mi krodruckkammern wirken und in denen sich Öl einlagern kann, freigelegt und es entsteht eine funktionale Honoberfläche. Des Weiteren können achssymmetrische konstante Wandstärken hergestellt werden. Es wird somit ein Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlauffläche eines Zylinderkurbelgehäuses sowie ein derartig hergestelltes Zylinderkurbelgehäuse geschaffen, welches eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die Versorgung der Laufflächen mit Öl wird sichergestellt, so dass eine lange Lebensdauer der Beschichtung erreicht wird. Die Kosten zur Herstellung der Beschichtung sind im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren insbesondere bei Verwendung kohlenstoffhaltiger, niedriglegierter Stähle als Beschichtungswerkstoffe reduziert.

Im Folgenden wird das Verfahren am Beispiel einer mittels eines PTWA- Brenners oder RSW-Brenners aufgebrachten Beschichtung sowie die entstehende Zylinderlauffläche anhand der Figur beschrieben.

Die Figur zeigt eine Düse eines PTWA- oder RSW-Brenners sowie die Struktur der an einer Zylinderinnenwand entstehenden Beschichtung in schematischer Darstellung.

Zunächst wird ein Zylinderkurbelgehäuse mit einem oder mehreren Zylindern in einem Aluminiumgussverfahren in bekannter weise gegossen. Da die Zylinderinnenwände des Zylinderkurbelgehäuses häufig keine ausreichend haltbare Zylinderlauffläche aufweisen, wird diese hergestellt, indem zunächst die Zylinderinnenwand beispielsweise durch Erzeugung von Hinterschnittstrukturen aktiviert wird. Anschließend wird durch thermisches Spritzen eine Beschichtung auf die Zylinderinnenwände aufgebracht. Hierzu wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein PTWA- oder RSW-Brenner 10 in den Zylinder eingeführt und axial und rotatorisch zum Aufbringen der Schicht bewegt.

In der Figur ist eine Zylinderinnwand zu erkennen, auf die eine thermische Spritzschicht mittels des Brenners 10 aufgebracht wird. Der in der Figur dargestellte Brenner 10 weist eine an eine erste Spannungsquelle angeschlossene Elektrode 12 sowie einen als zweite Elektrode wirkenden elektrisch leitfähigen Draht 14 aus einem niedrig legierten kohlenstoffhaltigen Stahl auf, der an den entgegengesetzten Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, senkrecht zugeführt wird und als Beschichtungswerkstoff 15 dient. Die erste Elektrode 12 ist von Bohrungen 16 des Brenners 10 umgeben, durch deren Lage ein gegebenenfalls längs der ersten Elektrode 12 mit einem Drall behafteter Gasstrom entsteht, der mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse 18 entweicht. Das Plasmagas besteht aus einem Argon- Wasserstoffgemisch mit einem Wasserstoffanteil von etwa 25 % besteht. Das durch den Plasmabrenner 10 strömende Plasmagas wird durch den entstehenden Lichtbogen geleitet und ionisiert hierbei . Die Dissoziation, beziehungsweise anschließende Ionisation, erzeugt ein hochaufgeheiztes elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen, das Plasma . Das Plasma weist eine Temperatur von etwa 12.000 °C bei einem Plasmagasdurchsatz von etwa 100 l/min auf. Es strömt durch die Düse 18 und dehnt sich entlang der Längsachse der Düse 18 aus. Dabei wird das Plasma zum senkrecht zur Düse 18 kontinuierlich zugeführten Draht 14 transportiert, wodurch der elektrische Kreis geschlossen wird . Der entstehende Lichtbogen weist eine Temperatur von etwa 4.000 °C auf. Der Draht 14 wird erfindungsgemäß mit einem Durchsatz von 8 bis 22,5 kg/h zugeführt und wird durch die großen anliegenden Stromstärken widerstandserhitzt, wodurch er in einen schmelzflüssigen, und durch den Aufprall des Plasmas zerstäubten Zustand übergeht. Die Bohrungen 16 sind von mehreren Kanälen 20 umgeben, durch die ein Zerstäubergas strömt, welches aus einem Inertgas, in vorliegendem Fall aus Stickstoff besteht und mit einem Durchsatz von etwa 900 l/min zugeführt wird . Dieser zusätzliche Gasstrom schafft einerseits eine inerte Atmosphäre und dient als Trägergas für die aufgeschmolzenen Parti kel 22 des Drahtes 16 und sorgt für eine zusätzliche Zerstäubung dieser Parti kel 22. Die Parti kel 22 werden durch den Gasstrom gegen eine Zylinderinnenwand 24 des Zylinders 26 geschleudert. Der für ein PTWA- oder RSW-Spritzverfahren etwa verdoppelte Massendurchsatz des Drahtes 16 sowie die reduzierte Geschwindig keit des Zerstäubergasstroms sorgen dafür, dass die auf die Zylinderinnenwand 24 geschleuderten Parti kel 22 des Beschichtungswerkstoffs 15 nicht alle vollständig aufgeschmolzen werden und mit einer relativ geringen Geschwindigkeit auf die zu beschichtende Zylinderinnenwand 24 treffen . Des Weiteren wird einerseits durch die geringe Geschwindigkeit des Gasstroms und andererseits durch das als Zerstäubergas verwendete Inertgas eine relativ geringe Parti keloberflächentemperatur von etwa 2.000 °C erreicht. So entstehen relativ große Parti kel 22, die sich auf der Zylinderinnenwand 24 absetzen, was zu einer deutlichen Erhöhung der Schichtporosität auf etwa 20 % führt. Zusätzlich wird durch die Verwendung des Stickstoffs als Zerstäubergas eine inerte Atmosphäre geschaffen, die dafür sorgt, dass eine Oxidation der Parti kel 22 trotz der Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Stahls als Beschichtungswerkstoff 15 deutlich reduziert wird . Dies verringert die entstehende Temperatur der Parti kel 22 zusätzlich, da exotherme Reaktionen weitestgehend verhindert werden, so dass erneut große Partikel 22 entstehen. Der Anteil an Oxiden 28 in der Beschichtung 30 an der Zylinderinnenwand 24 wird auf diese Weise auf etwa 3 % reduziert, wodurch eine geringe Wüstitphase vorliegt, was zu einer abnehmenden Oxidationsgeschwindigkeit in der Beschichtung 30 führt, so dass die Korrosion verringert wird . Die Martinsitbildung in der Beschichtung 30 bleibt jedoch erhalten, so dass eine ausreichende Härte der Beschichtung 30 vorliegt.

Im Folgenden wird die Beschichtung 30 in einem weiteren Bearbeitungsschritt zur Bildung der gewünschten Zylinderlauffläche gehont. Dies bedeutet, dass Parti kel 22 von der Oberfläche abgetragen werden, was dazu führt, dass aufgrund der hohen Porosität zum Teil offene Poren 32 mit einem großen Ölrückhaltevolumen gebildet werden, in denen sich im Betrieb des Kurbelgehäuses Öl einlagern kann, was erneut einen folgenden Korrosionsprozess behindert. So entsteht ein Zylinderkurbelgehäuse mit einer gespritzten Zylinderlauffläche, welche einerseits sehr korrosionsbeständig sind und andererseits einen sehr geringen Verschleiß durch sehr gute Schmierung aufweisen. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. So eignen sich auch andere thermische Spritzverfahren zur Herstellung einer derartigen Beschichtung, wobei ein bisher nicht gekannt hoher Quotient aus Massendurchsatz des Spritzwerkstoffs zum Inertgasdurchsatz einzuhalten ist, um die gewünschte Zylinderlauffläche zu erhalten.