Thermisches Spritzverfahren

Die Erfindung betrifft ein thermisches Spritzverfahren zum Beschichten der Innenfläche eines Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Kolbenmaschine. Thermische Spritzbrenner sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden zur Beschichtung von Oberflächen verwendet. Beispielsweise ist das PTWA- (Plasma Transferred Wire Are Spraying) oder RSW- (Rotating Single Wire) Verfahren bekannt, durch das in der Automobilindustrie die Laufflächen von Zylinderbohrungen in Verbrennungskraftmaschinen beschichtet werden. Hierzu wird dem Spritzbrenner über eine Vorschubvorrichtung ein Draht zugeführt, dessen Partikel in einem Gasstrom auf die Innenfläche der Zylinder aufgespritzt werden.

Zum Erreichen einer gleichbleibenden Qualität des Beschichtungsprozesses ist es notwendig, dessen Ergebnisse zu kontrollieren. Dies gilt insbesondere, da ein nachfolgender Honprozess sehr sensibel auf Unregelmäßigkeiten reagiert, die durch den thermischen Beschichtungsprozess des Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Kolbenmaschine entstehen können. Es ist somit wichtig, ein fehlerhaftes Bauteil zu erkennen und nötigenfalls nachzubearbeiten.

Bisher wurde die Qualität des thermischen Spritzprozesses durch einen Mitarbeiter kontrolliert, indem dieser die beschichtete Zylinderlaufbahn visuell inspiziert. Aufgabe der Erfindung ist es, ein thermisches Spritzverfahren sowie eine Vorrichtung zum Beschichten der Innenfläche eines Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Kolbenmaschine bereitzustellen, das eine einfachere Überprüfung des Ergebnisses des Beschichtungsprozesses ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6.

Das thermische Spritzverfahren zum Beschichten der Innenfläche eines Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Kolbenmaschine umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

Es wird eine thermische Spritzschicht auf die Innenfläche des Zylinders aufgebracht. Dies kann beispielsweise unter Verwendung des aus dem Stand der Technik bekannten PTWA/RSW-Verfahrens erfolgen.

Es wird eine optische Sensorvorrichtung in den beschichteten Zylinder eingeführt. Vorzugsweise wird die optische Sensorvorrichtung in das Innenvolumen des Zylinders eingeführt, so dass sie sich in axialer Richtung zwischen den Grundflächen des Zylinders befindet.

Anschließend erfolgt ein Abtasten der beschichteten Innenfläche des Zylinders durch die optische Sensorvorrichtung zur Erfassung von Aufwürfen in der Beschichtung. Aufwürfe können beispielsweise während des Beschichtungsprozesses dadurch entstehen, dass der dem Spritzbrenner zugeführte Draht nicht gleichmäßig abgeschmolzen wird.

Durch die Verwendung einer optischen Sensorvorrichtung können diese Aufwürfe automatisiert erkannt werden, so dass eine Kontrolle der Qualität des Beschichtungsprozesses durch einen Menschen entfallen kann. Das fehlerhafte Bauteil kann dann nötigenfalls nachbearbeitet werden.

Es ist bevorzugt, dass die optische Sensorvorrichtung eine Kamera ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die optische Sensorvorrichtung ein Laserinterferometer, oder ein Weißlichtinterferometer ist. Alternativ kann für die optische Sensorvorrichtung eine Vorrichtung auf holographischer Basis verwendet werden.

Durch einen solchen wird bevorzugt der Abstand von der Achse des Sensors zu der beschichteten Oberfläche gemessen. Hierzu kann die optische Sensorvorrichtung beispielsweise an der Mittelachse des Zylinders angeordnet sein, so dass sie im Idealfall einen gleichbleibenden Abstand zu der gesamten beschichteten Innenfläche des Zylinders aufweisen sollte. Bei einer Abweichung dieses Abstands von einem Sollabstand, die einen definierten Schwellwert überschreitet, wird ein Aufwurf oder eine Vertiefung in der Beschichtung angenommen. Ein Schwellwert kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass speziell hergestellte fehlerbehaftete Zylinder angefertigt werden, deren Fehler genau bei der noch zulässigen Grenze liegt. Durch eine Vermessung dieses fehlerbehafteten Musterteils ist es möglich eine Fehlerschwelle zu definieren.

Es können verschiedene Parameter des Ausgleichskreises/Zylinders betrachtet werden z.B. der Mittelwert.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die optische Sensorvorrichtung die Lage, Anzahl und Größe der Aufwürfe in der Beschichtung erfasst und diese durch Softwarealgorithmen ausgewertet werden, um die Qualität des Beschichtungsprozesses zu beurteilen. Beispielsweise können mathematische Verfahren wie die Ausgleichsrechnung nach Gauß verwendet werden, um die Streuung auf der Oberfläche des Zylinders zu analysieren. Liegt die Lichtstreuung über einem definierten Schwellwert, so wird das beschichtete Teil als fehlerhaft angenommen. Es können beispielsweise folgende Parameter betrachtet werden: Standardabweichungen, Varianz, Range oder Verteilung. Die Größe der noch zulässigen Abweichung ist davon abhängig, wie viele Aufwürfe oder Vertiefungen eine bestimmte Anwendung noch zulässt.

Die Erfindung betrifft ferner einen thermischen Spritzbrenner zum Aufbringen einer thermischen Spritzschicht auf die Innenfläche eines Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Kolbenmaschine. Der jetzt beschriebene thermische Spritzbrenner kann alle Merkmale aufweisen, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, und umgekehrt. Er weist eine optische Sensorvorrichtung auf, die in den beschichteten Zylinder einführbar ist. Die optische Sensorvorrichtung ist ausgestaltet zum Abtasten der beschichteten Innenfläche des Zylinders und zur Erfassung von Aufwürfen oder Vertiefungen in der Beschichtung. Bevorzugt ist durch die optische Sensorvorrichtung der Abstand von der Mittelachse des Zylinders zu seiner beschichteten Innenfläche bestimmbar.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die optische Sensorvorrichtung an der Mittelachse des Zylinders angebracht ist und vorzugsweise um diese rotierbar ist.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur erläutert. Figur 1 zeigt einen Zylinder 10, auf den beispielsweise durch ein PTWA- Verfahren eine thermische Spritzschicht 24 auf seine Innenfläche 26 aufgebracht wurde. Die thermische Spritzschicht weist einen Aufwurf 14, der durch einen Fehler im Beschichtungsprozess entstanden ist, auf. Der Abstand a von der Mittelachse M des Zylinders 10 zur beschichteten Innenfläche 24 des Zylinders 10 weist somit an der Stelle des Aufwurfs 14 einen geringeren Wert auf als an der übrigen Innenfläche des Zylinders. Dieser Abweichung wird durch eine in den Zylinder 10 eingeführte optische Sensorvorrichtung 12, beispielsweise einen Laserinterferometer, erfasst. Die Beschichtung kann somit als mangelhaft erkannt werden und nötigenfalls nachbearbeitet werden.