DE19922265A1

DE19922265A1 - Verfahren zum Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen

Info

Publication number: DE19922265A1
Application number: DE19922265A
Authority: DE
Inventors: Kenji Miyai; Seiya Kunioka; Tadashi Takahashi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: US6244934B1; CN1237499A; JP3674306B2; JPH11320414A; CN1118353C; DE19922265B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche zur Verfügung, bei dem auf wirksame Weise im gesamten Bereich der Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors stets eine gleichmäßig angerauhte Fläche enthalten wird. Zu diesem Zweck besitzt eine Strahlpistole 1, die durch eine Vorschubvorrichtung 11 senkrecht zu bewegen ist und um ihre Achse gedreht werden kann, nahe dem unteren Ende eine Strahldüse 3 für die Abgabe der Strahlmittelteilchen 2. Die Strahlrichtung der Strahldüse 3 verläuft schräg nach unten. Ein Zylinderblock 4 wird senkrecht so angeordnet, daß die Achse jedes Zylinders senkrecht zu der Zylinderkopfpaßfläche 4e oben verläuft und er durch eine Kabine 12 gegen den umgebenden Raum abgeschirmt ist. Die Strahlpistole 1 gibt die Strahlmittelteilchen 2 ab, während sie sich in jeden Zylinder des Zylinderblocks 4 nach unten bewegt, wodurch die Zylinderlauffläche 5 sandgestrahlt wird. Ein Srtahlmittelteilchenauffangbehälter 13 zur Aufnahme der Strahlmittelteilchen 2 ist unter der Anlage vorgesehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND CHARAKTERISTIK DES BEKANNTEN STANDES DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen, bei dem die Zylinderlaufflächen eines Werkstücks, beispielsweise eines Verbrennungs motors, sandgestrahlt werden.

Zu den Verfahren zum Sandstrahlen der Zylinderlaufflächen eines Verbrennungsmotors gehören ein Verfahren, bei dem die Oberfläche eines Grundmaterials durch Sandstrahlen als Vorbehandlungsprozeß für das Thermospritzen aufgerauht wird, und ein Verfahren, bei dem eine Strahlbeschichtung gebildet wird (beispielsweise ein Verfahren, wie es in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8-333671 (Nr. 333671/1996) offenbart ist).

Bei dem Sandstrahlverfahren als Vorbehandlungsprozeß für das Thermospritzen werden Schmirgelteilchen, wie beispielsweise Alundum, "Densic" und Stahl, mittels Druckluft oder Motorkraft auf die Oberfläche eines Grundmaterials aufgeschleudert, um diese aufzu rauhen. So werden beispielsweise bei dem Verfahren, das in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-44267 (Nr. 44267/1985) offenbart ist, grobe und feine Strahlmittelteilchen miteinander gemischt, um die Vorteile dieser beiden Teilchenarten zusammen voll auszunutzen, wodurch versucht wurde, eine gute Haftung der Thermospritzbeschichtung zu erreichen.

Des weiteren sind bei dem Verfahren, das in der vorläufigen japanischen Patent veröffentlichung Nr. 64-58477 (Nr. 58477/l 989) offenbart ist, eine Strahldüse mit einer Thermospritzpistole miteinander integriert und die Strahldüse in einer Unterdruck strahlanlage eingesetzt worden, wodurch versucht wurde, einen Arbeitsgang wegzulassen und die Konfiguration der Sandstrahlanlage zu vereinfachen.

Darüber hinaus erfolgt bei dem Verfahren, das in der vorläufigen japanischen Patent veröffentlichung Nr. 6-136504 (Nr. 136504/1994) offenbart ist, das Thermospritzen, während der Bereich unmittelbar vor dem Abschnitt, wo eine Thermospritzbeschichtung entsteht, sandgestrahlt wird, wodurch ein Versuch unternommen wurde, die zurück prallenden und winzigen Teilchen zum Zeitpunkt des Thermospritzen zu entfernen.

Die vorstehend erwähnten Verfahren bereiten jedoch Probleme, wie es im folgenden beschrieben wird.

In der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 60-44267 werden, obwohl eine vorgeschriebene Teilchengrößenverteilung im Anfangszustand erreicht werden kann, die Schmirgelteilchen durch das Strahlen immer kleiner werden, so daß sich die Verteilung unerwünscht verändert. Deshalb ist es schwierig, die Teilchengrößenverteilung bei der Massenproduktion festzulegen. Damit eine vorgeschriebene Teilchengrößenverteilung eingehalten wird, müssen die Vorrichtungen für die Teilchenrückgewinnung, -zerkleinerung und -zuführung recht kompliziert ausgeführt werden.

In der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 64-58477 muß die Strahldüse mit dem Grundmaterial in Berührung kommen, um die Unterdruckstrahlung auszunutzen, so daß eine Beschädigung der Oberfläche des Grundmaterials möglich wird. Die Strahldüse muß bei jedem Zylinder gewechselt werden, um Zylinder mit verschiedenen Durchmessern sandzustrahlen, so daß die Anlage kompliziert wird. Da die Strahldüse mit dem Grund material in Berührung kommt, reibt diese auf der schon aufgerauhten Fläche, so daß keine gleichmäßige Aufrauhung erzielt wird.

In der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-136504, verbleiben, da die Thermospritzbeschichtung unmittelbar nach dem Sandstrahlen gebildet wird, eine große Anzahl der Strahlmittelteilchen in der Thermospritzbeschichtung.

Obwohl die Sandstrahlbearbeitung in hohem Maße zur Qualität der Thermospritz beschichtung beiträgt, ist bisher noch kein zufriedenstellendes Verfahren zum Aufrauhen der Zylinderlauffläche in einer Patentbeschreibung offenbart worden. Im folgenden sollen die Probleme beim Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen beschrieben werden.

Probleme in bezug auf die Form des Zylinders

Die Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors hat normalerweise einen Durchmesser von höchstens 80 mm, wobei große Zylinder einen Durchmesser von etwa 100 mm haben. Er besitzt eine zylindrische Form mit relativ kleinem Durchmesser und ist mit vielen Schrauben bohrungen und dergleichen versehen.

1. Die Strahlmittelteilchen, die zum Aufrauhen der Zylinderlauffläche eingesetzt werden, prallen zurück und treffen auf die Innenfläche der gegenüberliegenden Seite. Wenn die zurückprallenden Teilchen auf die bereits aufgerauhte Fläche treffen, dann wird die Oberflächenrauheit ungleichmäßig, so daß die Haftfestigkeit der Beschichtung verringert wird.
2. Das von der Zylinderlauffläche abgetragene feine Aluminiumpulver und die Strahlmittel teilchen neigen dazu, auf der Zylinderlauffläche zurückzubleiben.
3. Die Strahlmittelteilchen bleiben leicht in den Schraubenbohrungen und dergleichen zurück. Nachdem die Strahlmittelteilchen in die Schraubenbohrungen oder dergleichen gelangt sind, können sie nicht einfach durch Reinigen usw. entfernt werden. Werden die in den Schraubenbohrungen und dergleichen zurückbleibenden Strahlmittelteilchen nicht entfernt, dann beschädigen sie die Zylinderlauffläche, wenn der Motor zusammengesetzt wird, wodurch es zu einer Beeinträchtigung der Montage kommt.

Probleme in bezug auf das Sandstrahlen

Soll durch das Sandstrahlen eine rauhe Zylinderlauffläche erreicht werden, dann müssen die Strahlmittelteilchen auf die Zylinderlauffläche zwischen deren oberem und unterem Ende geblasen werden. Dadurch ergibt sich folgendes:

1. Zum Schutz der Zylinderkopfpaßfläche ist eine Abdeckplatte notwendig. Wird die Abdeckplatte bei jedem Zylinder eingesetzt, dann ist der erforderliche Arbeitskräftebedarf größer und muß eine große Anzahl Abdeckplatten vorbereitet werden. Darüber hinaus müssen verschiedene Abdeckplatten hergestellt werden, wenn die Zahl der Zylindertypen zunimmt.
2. Die Abdeckplatten werden dadurch, daß die Oberfläche durch Sandstrahlen aufgerauht wird, stark abgenutzt.

Probleme in bezug auf die Anlage

1. Damit während des Sandstrahlens eine Streuung der Strahlmittelteilchen vermieden wird, erfolgt das Aufrauhen der Oberfläche üblicherweise so, daß das Werkstück dafür in einer Kabine untergebracht wird. Wird eine Kabine verwendet, dann sind jedoch zum Einsetzen und Herausnehmen des Werkstücks das automatische Öffnen/Schließen einer Tür und die damit verbundene Bewegung des Werkstücks notwendig. Dadurch ist der Mechanismus kompliziert und auch die Anzahl der beweglichen Teile größer. Es kommt infolgedessen leicht zu einem Problem durch die Materialabtragwirkung der Strahlmittel teilchen. Der Bewegungsmechanismus der Strahlpistole unterliegt des weiteren aufgrund der Größe der Kabine hinsichtlich der Bewegung der Strahlpistole und der Größe des Mechanismus bestimmten Einschränkungen. Die Anlage muß darüber hinaus eine ausreichende Staubauffangmöglichkeit entsprechend dem Volumen der Kabine besitzen, so daß der Raumbedarf für die Kabine zunimmt und die Anlage größer wird.

Wenn es zur Bildung einer Strahlbeschichtung kommt, dann treffen in dem Bearbeitungs prozeß die Punkte (4) bis (6) zu.

ZIEL UND ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Situation gemacht worden, und dementsprechend besteht ein Ziel darin, ein Verfahren zum Sandstrahlen Zylinderlaufflächen zur Verfügung zu stellen, bei dem stets eine gleichbleibend rauhe Oberfläche im gesamten Bereich der Zylinderlauffläche eines Verbrennungsmotors erhalten, der Arbeitsumfang beim Einsetzen von Abdeckplatten selbst bei Massenproduktion verringert und das Verfahren zum Aufrauhen der Zylinderlauffläche oder zur Bildung einer Strahlbeschichtung auf das notwendige Mindestmaß vereinfacht wird.

Die vorstehende Bezeichnung "stets eine gleichbleibend rauhe Oberfläche erhalten" bedeutet, daß der gesamte Bereich der Zylinderlauffläche eine nahezu konstante Ober flächenrauheit aufweist und beispielsweise kein Unterschied in der Oberflächenrauheit der Zylinderlauffläche zwischen der Zylinderkopf- und Kurbelwellengehäuseseite besteht.

Um die vorstehende Zielstellung zu erreichen, werden bei dem Verfahren zum Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten geblasen, wodurch die in senkrechter Richtung eines Werkstücks verlaufende Zylinderlauf- fläche nach unten sandgestrahlt wird. Des weiteren werden ein Zylinderblock senkrecht mit einer Zylinderkopfpaßfläche nach oben angeordnet, ein Abdeckelement auf die Zylinder kopfpaßfläche aufgesetzt, und die Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten geblasen, wodurch die Zylinderlauffläche nach unten sandgestrahlt wird.

Das Abdeckelement kann aus einem Abdeckelementkörper und einem abnehmbaren Kontaktteil auf der Seite der Zylinderkopfpaßfläche des Abdeckelementkörpers bestehen.

Das Verfahren kann des weiteren so gewählt werden, daß der Zylinderblock auf eine Palette gestellt und ein Raum vom Abdeckelement zur Palette zu einem durchgängigen Innenraum ausgebildet wird, wodurch die Strahlmittelteilchen von der Palette nach unten gesaugt werden.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten geblasen, wodurch die in senkrechter Richtung eines Werkstücks verlaufende Zylinderlauffläche nach unten sandgestrahlt wird. Deshalb sammeln sich die Strahlmittel teilchen nicht im Zylinder an und kann eine gleichbleibend rauhe Oberfläche erreicht werden. Des weiteren wirken auf die Zylinderlauffläche keine zurückprallenden Strahl mittelteilchen, so daß eine rauhe Oberfläche mit den angestrebten Eigenschaften erzielt werden kann.

Nach der vorliegenden Erfindung werden des weiteren ein Zylinderblock senkrecht mit einer Zylinderkopfpaßfläche nach oben angeordnet, ein Abdeckelement auf die Zylinderkopf paßfläche aufgesetzt und Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten geblasen, wodurch die Zylinderlauffläche nach unten sandgestrahlt wird. Deshalb sammeln sich keine Strahlmittelteilchen im Zylinder an und kann eine gleichbleibend rauhe Ober fläche erreicht werden. Des weiteren wird die Zylinderlauffläche nicht durch zurückprallende Strahlmittelteilchen beeinträchtigt, so daß eine rauhe Oberfläche mit den angestrebten Eigenschaften erzielt werden kann. Darüber hinaus können die Zylinderkopffläche und die Laufflächen anderer Zylinder geschützt werden, kann auf das Einsetzen und Herausnehmen von Abdeckelementen bei jedem Werkstück verzichtet und der Unterbringungsraum für das Abdeckelement verringert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Falles, bei dem ein Zylinder eines Verbrennungsmotors nach der ersten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung sandgestrahlt wird;

Fig. 2 eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Zustandes, bei dem die Lauffläche des in Fig. 1 dargestellten Zylinders sandgestrahlt wird;

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Bewegung einer Strahlpistole im Fall vor Fig. 2;

Fig. 4 eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Falles, bei dem ein Zylinderblock horizontal aufgestellt ist;

Fig. 5 eine teilweise vergrößerte schematische Darstellung der Bewegungsbahnen der Strahlmittelteilchen während des Sandstrahlens;

Fig. 6 eine teilweise vergrößerte Darstellung der Beziehungen zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole bewegt wird, und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen bewegen;

Fig. 7 eine teilweise vergrößerte Darstellung der Beziehungen zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole bewegt wird, und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen bewegen;

Fig. 8 eine teilweise vergrößerte Darstellung der Beziehungen zwischen dem sandge strahlten Zylinder und einem Abdeckelement, wobei Fig. 8 (a) und Fig. 8 (b) einen Zustand zeigen, in dem das Sandstrahlen zuerst bzw. anschließend erfolgt;

Fig. 9 eine teilweise vergrößerte Darstellung, wobei das in Fig. 8 dargestellte Abdeck element vergrößert wiedergegeben ist;

Fig. 10 eine schematische Ansicht der gesamten Sandstrahlanlage nach einer zweiten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung von vorn;

Fig. 11 eine schematische Ansicht von Fig. 10 von der rechten Seite;

Fig. 12 eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Modifizierung des Abdeckelements;

Fig. 13 eine schematische Schnittdarstellung des Luftstroms; und

Fig. 14 eine Darstellung der Messung der Rauheit der Zylinderlauffläche, bei der Fig. 14(a) eine Ansicht von oben und Fig. 14(b) eine Schnittansicht von der Seite zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN ANWENDUNGSFORMEN

Im folgenden sollen nun Anwendungsformen eines Verfahrens zum Sandstrahlen von Zylinderlaufflächen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 bis 9 sind Zeichnungen zur Veranschaulichung einer ersten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Falles, bei dem ein Zylinder eines Verbrennungsmotors als Beispiel für die Zylinderlauffläche sandgestrahlt wird; Fig. 2 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Zustandes, in dem die Lauffläche des Zylinders sandgestrahlt wird; Fig. 3 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Bewegung einer Strahlpistole im Fall von Fig. 2; Fig. 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Falles, bei dem ein Zylinderblock horizontal angeordnet ist; Fig. 5 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung der Bewegungsbahnen der Strahlmittel teilchen während des Sandstrahlens; Fig. 6 und Fig. 7 zeigen teilweise vergrößerte Darstellungen der Beziehungen zwischen der Richtung, in die die Strahlpistole bewegt wird und der Richtung, in die sich die Strahlmittelteilchen bewegen; Fig. 8 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung der Beziehungen zwischen dem sandgestrahlten Zylinder und einem Abdeckelement; Fig. 9 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung, wobei das in Fig. 8 dargestellte Abdeckelement vergrößert wiedergegeben ist. Es muß festgestellt werden, daß der Zylinderblock nach dieser Anwendungsform vier Zylinder besitzt.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, besitzt eine Strahlpistole 1, die senkrecht auf ihrer Achse durch eine Vorschubvorrichtung 11 in der Z-Richtung bewegt werden kann, nahe ihrem unteren Ende eine Strahldüse 3 für die Abgabe von Strahlmittelteilchen 2. Die Strahlpistole 1 ist drehbar angebracht, so daß sie um ihre Achse gedreht werden kann, wenn die Strahlmittelteilchen 2 abgegeben werden.

Ein Zylinderblock 4 (ein Werkstück) wird senkrecht so aufgestellt, daß die Achsen der Zylinder 4a bis 4d senkrecht ausgerichtet sind. Die Position des Zylinderblocks 4 wird so gewählt, daß sich die Strahlpistole 1 von oben in den Zylinder bewegt (senkt).

Der Zylinderblock 4 ist gegenüber dem umgebenden Raum durch eine Kabine 12 abgeschirmt, um ein Streuen der eingesetzten Strahlmittelteilchen 2 zu verhindern. Unter der Kabine 12 befindet sich ein Strahlmittelteilchenauffangbehälter 13.

Die Strahlrichtung der Strahldüse 3 verläuft schräg nach unten. Die Strahlmittelteilchen 2 werden in die Richtung gestrahlt, die in einem Winkel von θ zur Lauffläche des in Fig. 2 dargestellten Zylinders geneigt ist.

In dieser Anlage, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Strahlpistole 1 nach unten bewegt, während sie gleichzeitig gedreht wird und die Strahlmittelteilchen 2 zum Sandstrahlen auf die Lauffläche 5 eines Zylinders richtet. Der Bewegungsbereich A der Strahldüse 3 ist so gewählt, daß die Lauffläche 5 des Zylinders vom oberen Ende 5a bis zum unteren Ende 5b kontinuierlich sandgestrahlt werden kann.

Nachdem das Sandstrahlen eines Zylinders beendet ist, wird der Zylinderblock 4 (in Fig. 1 nach links) bewegt und der gleiche Vorgang wiederholt, wodurch vier Zylinder 4a bis 4d sandgestrahlt werden können.

Der Grund dafür, warum die Zylinder 4a bis 4d senkrecht angeordnet werden, ist folgender: Wenn das Sandstrahlen erfolgt und dabei die Zylinder 4a bis 4d senkrecht ausgerichtet sind, dann gelangen die abgegebenen Strahlmittelteilchen 2 natürlicherweise durch die Schwerkraft nach unten, so daß sie nicht in den Zylindern 4a bis 4d zurück bleiben. Werden die Zylinder 4a bis 4d schräg oder horizontal aufgestellt, dann bleiben die Strahlmittelteilchen 2 so, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, in den Zylindern 4a bis 4d zurück. In diesem Fall treffen die Strahlmittelteilchen 2 auf die bereits aufgerauhte Oberfläche, so daß die erhabenen Abschnitte der Oberfläche abgetragen werden, oder wenn ein Bereich sandgestrahlt wird, in dem sich die Strahlmittelteilchen 2 angesammelt haben, dienen diese als Schutzschicht, so daß dort ein Aufrauhen der Oberfläche ausbleibt.

Aus diesem Grund müssen bei dem Aufrauhvorgang zur Schaffung der Haftfestigkeit für eine Thermospritzbeschichtung zurückbleibende Strahlmittelteilchen 2, die das Aufrauhen der Oberfläche behindern, vermieden werden. Die Zylinder müssen deshalb senkrecht aufgestellt werden.

Die Gründe dafür, warum das Sandstrahlen durch Bewegen der Strahlpistole 1 in die Richtung erfolgt, in die die Strahlmittelteilchen 2 von oben geblasen werden, und warum die Lauffläche 5 des Zylinders in einem Strahlwinkel von A (siehe Fig. 2) sandgestrahlt wird, sind folgende.

Wird die Innenfläche 5 eines Zylinders mit kleinem Durchmesser (beispielsweise eines Rohres) in einem Winkel von 90° zur Oberfläche des Grundmaterials sandgestrahlt, dann prallen beispielsweise die eingesetzten Strahlmittelteilchen 2 zurück, so daß sie die folgenden Strahlmittelteilchen 2 behindern oder die Strahldüse 3 absprengen. Auf diese Weise entsteht ein großer Strahlmittelteilchenverbrauch. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn das Sandstrahlen, wie in Fig. 5 dargestellt, in einem Strahlwinkel von θ (spitzer Winke erfolgt, der größte Teil der Strahlmittelteilchen 2a bis 2d in die Strahlrichtung bewegt, wobei sie von der Oberfläche des Grundmaterials zurückprallen. Jedesmal, wenn die zurück prallenden Strahlmittelteilchen 2a bis 2d auf das Grundmaterial treffen, wobei ihre Flugstrecken immer größer werden, verringert sich die kinetische Energie der Strahlmittel teilchen 2a bis 2d, so daß die Kraft zum Aufrauhen der Oberfläche abnimmt, wodurch sich die Oberflächenrauheit verringert.

Damit eine große Oberflächenrauheit erhalten bleibt, ist es notwendig, die Oberfläche des Grundmaterials in dem Zustand nach dem ersten Auftreffen der Strahlmittelteilchen 2, die aus der Strahldüse 3 aufgeschleudert werden, zu belassen. Dadurch kann der gesamte Bereich der Lauffläche 5 des Zylinders eine konstante Oberflächenrauheit erhalten. Dem Anmelder des vorliegenden Patents wurde verständlich, daß diese Bedingung ein sehr wichtiger Faktor bei der Gewährleistung einer hohen Haftfestigkeit der Thermospritz beschichtung ist. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis wurde festgestellt, daß die Strahlmittelteilchen 2, wenn das Sandstrahlen erfolgt, indem die drehbare Strahlpistole in die gleiche Richtung 10a wie die Richtung 10c bewegt wird, in der die Strahlmittelteilchen 2 in die senkrecht aufgestellten Zylinder 4a bis 4d von oben geblasen werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, aus der Strahldüse 3 zur Einwirkung gebracht werden und danach die Oberfläche des Zylinders, auf die die Strahlmittelteilchen 2 zuerst aufgetroffen sind, so belassen werden kann. Nachdem die Strahlmittelteilchen 2 auf die Oberfläche aufgetroffen sind und diese sandgestrahlt haben, treffen die zurückprallenden Strahlmittelteilchen nur auf eine noch nicht sandgestrahlte Oberfläche 5d und nicht auf eine sandgestrahlte Oberfläche 5c auf.

Wird die Strahldüse 3, nachdem sie bis zum unteren Ende 5b des Zylinders bewegt (gesenkt) wurde, herausgezogen, dann wird die Zuführung der Strahlmittelteilchen 2 unterbrochen und nur noch Druckluft abgegeben. Dadurch kann an der Lauffläche 5 des Zylinders eine Reinigungswirkung durch Druckluft entstehen und braucht kein Reinigungsprozeß mittels Druckluft getrennt vorgesehen zu werden.

Für die Sandstrahlbearbeitung ist ein Arbeitsgang (Sandstrahlbearbeitung vom oberen Ende 5a bis zum unteren Ende 5b der Lauffläche des Zylinders) ausreichend, wenn die Bewegungs- und Drehgeschwindigkeit der Strahlpistole 5 berücksichtigt werden. In einiger Fällen können jedoch mehrere Sandstrahlarbeitsgänge (beispielsweise Sandstrahlen bei Hin- und Herbewegung) ausgeführt werden. Selbst in diesem Fall jedoch ist es im letzten Sandstrahlarbeitsgang unter Berücksichtigung der Wirkung der abprallenden Strahlmittel teilchen notwendig, das Sandstrahlen in der Richtung durchzuführen, in der die Strahl mittelteilchen 2 ausgehend vom oberen Ende 5a der Lauffläche 5 des Zylinders (Sand strahlbearbeitung vom oberen Ende 5a zum unteren Ende 5b der Lauffläche 5 des Zylinders) zur Einwirkung gebracht werden.

Andererseits wird die bereits aufgerauhte Oberfläche 5c, wenn im Gegensatz zu dem Fall von Fig. 6 das Sandstrahlen durch Bewegen der Strahldüse 1 in die Richtung 10b erfolgt, die der Richtung 10c entgegengesetzt ist, in die die Strahlmittelteilchen 2 gestrahlt werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, mehrfach von den zurückprallenden Strahlmittelteilchen getroffen, so daß sich die Oberflächenrauheit verringert. Die Rauheit am unteren Teil des Zylinders ist infolgedessen gegenüber dem aufgerauhten oberen Teil des Zylinders geringer, so daß die Oberflächenrauheit nicht über den gesamten Bereich der Lauffläche 5 des Zylinders konstant gehalten werden kann.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird der Zylinderblock 4 senkrecht so aufgestellt, daß sich eine Zylinderkopfpaßfläche 4a oben und die Kurbelwellengehäusepaßfläche unten befinden. Der Grund dafür ist folgender.

Beim Sandstrahlen und Thermospritzen der Lauffläche 5 des Zylinders werden die Strahlmittelteilchen 2 von der Strahldüse 3 am vorderen (unteren) Ende der Strahlpistole 1 schräg nach vorn (unten) abgegeben, so daß die Oberfläche dreidimensional abgedeckt werden muß. Befindet sich die Kurbelwellengehäusepaßfläche oben, dann ist eine Abdeckung durch die komplizierte Form schwierig, der Vorgang der Anbringung einer Abdeckung kann nicht vereinfacht werden. Besitzt das Werkstück jedoch wie bei einem Mehrzylindermotor für ein vierrädriges Kraftfahrzeug eine große Kurbelwellengehäuseseite, kann beim Transport des Zylinderblocks 4 mit der Zylinderkopfpaßfläche nach unten nicht die nötige Stabilität gewährleistet werden, woraus sich eine hohe Wahrscheinlichkeit für Schwierigkeiten ergibt.

Im Gegensatz dazu ergeben sich, wenn der Zylinderblock 4 mit der Kurbelwellen gehäusepaßfläche nach unten wie bei der vorliegenden Anwendungsform der Erfindung aufgestellt wird, Vorteile dadurch, daß dreidimensionale Flächen, wie beispielsweise die eines Kurbelwellenlagerzapfens und Schraubenbohrungen, vor den Strahlmittelteilchen und Thermospritzpulvern geschützt werden, daß eine Abdeckplatte 6 problemlos an der Zylinderkopfpaßfläche 4e angebracht werden kann, weil es sich dabei um eine ebene Fläche handelt, und daß beim Transport des Zylinderblocks 4 keine Instabilitäten auftreten. Es ist deshalb wünschenswert, den Zylinderblock 4 so auszurichten, daß sich die Zylinderkopfpaßfläche 4e oben befindet.

Das Abdeckelement 6 wird so, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, auf der Zylinderkopfpaßfläche 4e angebracht. Das Abdeckelement 6 ist so ausgeführt, daß es senkrecht in Verbindung (synchron) mit der senkrechten Bewegung der Strahlpistole 1 bewegt werden kann. Der Grund dafür, warum das Abdeckelement 6 so aufgeführt ist, ist folgender.

Wie bereits beschrieben, ist die Zylinderkopfpaßfläche 4e eine ebene Fläche ungeachtet des Motortyps, wie beispielsweise Einzylinder-, Mehrzylinder-, Zwei- und Viertaktmotor, wobei sich nur die Zylinderbohrung (der Innendurchmesser) ändert. Deshalb ist nur ein Teil, der an der Zylinderkopfpaßfläche 4e zum Anliegen kommt, als Einsatz ausgeführt, bei dem der Durchmesser entsprechend verändert und dadurch eine größere Vielseitigkeit erreicht werden kann.

Werden jedoch alle Zylinder mit der Abdeckplatte 6 versehen, ehe der Zylinderblock 4 dem Sandstrahlen und Thermospritzen unterzogen wird, dann ergeben sich zahlreiche Probleme: Beispielsweise werden zusätzliche Arbeitsgänge zum Anbringen und Entfernen der Abdeckplatte 6 notwendig, wirken die Strahlmittelteilchen 2 auch auf Flächen der Befestigungsbohrungen ein und wird der Lagerraumbedarf größer.

Wird ein Abdeckverfahren angewendet, bei dem das Abdeckelement 6 jeweils nur an dem sandzustrahlenden Zylinder (Zylinder 4a in Fig. 8 (a) und Zylinder 4b in Fig. 8 (b)) angebracht wird, wenn der Zylinder 4a bis 4d in die Sandstrahlstellung kommt, dann werden die vorstehend erwähnten Probleme beseitigt. Das bedeutet, daß alle Zylinder 4a bis 4d mit einem Abdeckelement 6 und darüber hinaus alle Zylinder des Zylinderblocks 4 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zylindern mit einem Abdeckelement 6 abgedeckt werden. Zum Schutz der Lauffläche 5 der anderen Zylinder darf die Höhe H (siehe Fig. 8 (a)) des Abdeckelements 6 beispielsweise nicht kleiner als 20 mm gewählt werden. Das ist darauf zurückzuführen, daß beim Sandstrahlen der Lauffläche 5 des Zylinders das Sandstrahlen normalerweise vom oberen Teil des Zylinders 4a bis 4d begonnen wird, wie es bei dem Problem des Sandstrahlens zum zuverlässigen Aufrauhen bis hin zum Randbereich des Zylinders 4a bis 4d beschrieben ist. Die Position, bei der mit dem Sandstrahlen begonnen wird, liegt beispielsweise etwa 10 mm über der Zylinderkopfpaßfläche 4a (Fläche an der Oberseite des Zylinderblocks), wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch wird verhindert, daß die Strahlmittelteilchen 2 in andere Bereiche als den sandzustrahlenden Zylinder gelangen.

Bei dem Abdeckelement 6, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, besteht der Endabschnitt, der mit der Zylinderkopfpaßfläche 4e in Berührung kommt, aus einem abnehmbaren, getrennten Element und wird ein Kontakteinsatzteil 6b in einen Abdeckelementkörper 6a geschraubt. Das Abdeckelement 6 ist aus folgendem Grund in dieser Form ausgeführt.

Wenn alle Zylinder 4a bis 4d mit einem Abdeckelement 6 sandgestrahlt werden sollen, dann kommt es zu einer starken Abnutzung des Abdeckelements 6 oder Ablagerung auf dem Abdeckelement 6. Der Bereich, in dem die Abnutzung bzw. Ablagerung am stärksten ist, ist ein Bereich beispielsweise etwa 10 mm über der Zylinderkopfpaßfläche 4e, auf den die Strahlmittelteilchen 2 direkt geblasen werden, wie es durch den Bereich R in Fig. 9 gezeigt wird. Aus diesem Grund wurde nur der Bereich, in dem die Abnutzung oder Ablagerung am stärksten ist, austauschbar (als Einsatz) und abnehmbar ausgeführt. Deshalb muß nur das Kontakteinsatzteil 6b ersetzt werden, so daß bei dem Abdeckelement 6 Kosten eingespart werden können.

So kann allein das Kontakteinsatzteil 6b aus einem Material hergestellt werden, bei dem es kaum zu einer Abnutzung oder Ablagerung kommt, beispielsweise aus Wolframcarbid (WC). Es kann in alternativer Weise aus einer Aluminiumlegierung (Al) bestehen, die bearbeitet werden kann, das Einsatzteil 6b ist im Falle der Abnutzung auswechselbar. Wie oben beschrieben, läßt sich die Vielseitigkeit des Körpers dadurch erhöhen, daß das Kontakteinsatzteil 6 durch ein Einsatzteil mit einem Innendurchmesser ersetzt wird, der dem Typ des Zylinders entspricht.

Es soll nun eine zweite Anwendungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 10 bis 13 beschrieben werden. Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht der gesamten Sandstrahlanlage von vorn; Fig. 11 ist eine schematische Ansicht von Fig. 10 von der rechten Seite; Fig. 12 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Modifizierung des Abdeckelements; und Fig. 13 ist eine schematische Schnittdarstellung des Luftstroms.

Eine drehbare Strahlpistole 1 ist an einer uniaxialen Vorschubvorrichtung 11 angebracht und wird in ihrer vertikalen Bewegung in der Z-Richtung gesteuert. Wie in Fig. 10 und 11 dargestellt, ist unterhalb der Strahlpistole 1 ein Förderer 7 mit Rollen 7a vorgesehen. Auf diesem Förderer kann eine Palette 8 gesteuert bewegt werden. Infolgedessen wird ein Zylinderblock 4, der auf die Palette 8 aufgesetzt wurde, bewegt und automatisch so angeordnet, daß die Mittelachse jedes Zylinders 4a bis 4d mit der Mittelachse der drehbaren Strahlpistole 1 übereinstimmt.

Auf der Palette 8 werden Ständer 8a aufgestellt, die der Form des Kurbelwellenlagerzapfen entsprechen. Durch das Aufstellen des Zylinderblocks 4 werden die Zylinder 4a bis 4d geteilt, und ein durchgängiger röhrenförmiger Innenraum entsteht. Durch die Ständer 8a auf der Palette 8 werden die Kurbelwellenpaßfläche 4f (Fläche an der Unterseite) und die Schraubenbohrungen geschützt, so daß eine Beschädigung der Arbeitsfläche durch zurückprallende Strahlmittelteilchen 2 und ein Abtragen durch Strahlmittelteilchen 2 vermieden werden können. Die Positionierung des Zylinderblocks 4 auf der Palette 8 kann darüber hinaus sicher und problemlos vorgenommen werden.

Nachdem der Zylinderblock 4 positioniert ist, wird ein Abdeckelement 6 auf eine Zylinder kopfpaßfläche 4e des nach dem Positionieren sandzustrahlenden Zylinderblocks 4 gesetzt. Das Abdeckelement 6 ist zylindrisch aufgebohrt, und die Mittelachse des inneren Zylinders des Abdeckelements 6 ist fluchtend zur Mittelachse der Zylinder 4a bis 4e ausgerichtet. Die Höhe des Abdeckelements 6 ist so groß gewählt, daß die Strahlmittelteilchen 2 nicht an der oberen Öffnung austreten können. Wie in Fig. 12 dargestellt, kann das Abdeckelement 6 mit einem so stark verengten Bereich 6c versehen sein, daß eine Strahldüse 3 (Verlängerungsdüse) der Strahlpistole 1 gerade noch eingesetzt werden kann.

Wie in Fig. 10 und 11 dargestellt, ist die Palette 8 mit einer Durchgangsbohrung 8b in einer bestimmten Position zu der des Ständers 8a ausgeführt. Wird der Zylinderblock 4 auf die Ständer 8a gesetzt, dann können das Abdeckelement 6, der Zylinder 4a bis 4d, ein Kurbelwellengehäuse und die Palette 8 einen Verbindungsdurchgang bilden, so daß eine durchgehende Innenfläche entstehen kann. Unter der Palette 8 befinden sich ein mit der Durchgangsbohrung 8b verbundenes Saugrohr 9a und ein gegenüber dem Körper verschiebbarer Druckluftzylinder 9b. Wie in Fig. 13 dargestellt, gelangen die von der Strahldüse 3 abgegebenen Strahlmittelteilchen 2 durch das Abdeckelement 6, den Zylinder 4a bis 4d und die Palette 8, ohne von der Öffnung des abgedeckten Bereiches ausgehend gestreut zu werden, und werden vom unteren Teil der Palette 8 abgesaugt und gesammelt, so daß alle Strahlmittelteilchen 2 zuverlässig und effizient zurückgewonnen werden können.

Das Werkstück (beispielsweise ein Zylinderblock 4) braucht zum Sandstrahlen nicht in einer Kabine 12 untergebracht zu werden, so daß die Antriebssteuerung für das Einsetzen und Herausnehmen des Werkstücks in die bzw. aus der Kabine 12 unnötig und dadurch der Mechanismus vereinfacht wird. Die Form und Größe des Werkstücks, die Bewegung der Strahlpistole 1 und die Größe der Förderanlage unterliegen des weiteren keiner Beschränkung. Im Vergleich zur Kabine 12 (s. Fig. 1) ist ein Kanal (ein durch das Abdeck element 6, den Zylinder 4a bis 4d und die Palette 8 gebildeter Durchgang), durch den die Strahlmittelteilchen 2 gelangen, sehr eng und mit sehr kleinem Volumen ausgeführt, so daß ein Staubabscheider, wie er zur Rückgewinnung der Strahlmittelteilchen 2 erforderlich ist, kein großes Volumen besitzen muß und keine große Installationsfläche erforderlich macht. Die Anlage mit dem Kabinenbereich kann infolgedessen kompakt ausgeführt werden.

Die Oberseite des Ständers 8a kann eine Form besitzen, die der entsprechenden Fläche des Zylinderkopfs 4 entspricht, beispielsweise eine ebene Wandform. Sie muß nicht der runden Form des Zylinders 4a bis 4d entsprechen und kann eine Form besitzen, durch die ein geschlossener Raum gebildet wird. Der Abschnitt des Ständers 8, der mit dem Zylinderblock 4 in Berührung kommt, kann mit Hilfe einer Gummidichtung (nicht dargestellt) entsprechend luftdicht gemacht werden.

Im folgenden wird eine grobe Berechnung vorgenommen. Nehmen wir einen Vierzylinder motor von beispielsweise 270 mm × 380 mm × 260 mm (Höhe) an und ermitteln die Größe der Kabine 12. Berücksichtigen wir, daß der Zylinderblock 4 in der Kabine 12 bewegt wird, die senkrechte Bewegung des Abdeckelements 6 und Wartungsarbeiten möglich sein müssen, so wird eine Kabine 12 von mindestens 700 mm × 600 mm × 600 mm (Höhe) benötigt. Das Volumen der Kabine beträgt dann 0,252 m³.

Im Gegensatz dazu betragen dann, wenn die Zylinder 4a bis 4d als Durchgang wie in der vorliegenden Anwendungsform betrachtet werden, die Zylinderbohrung (Innendurchmesser) 78 mm und das Volumen 0,010 m³, wobei die Verbreiterung der Kurbelwellengehäuseseite bereits berücksichtigt wird. So weist die zur Ventilation und Rückgewinnung der Strahlmittelteilchen 2 erforderliche Saugleistung infolgedessen recht große Unterschiede auf.

Werden die Strahlmittelteilchen 2 zur Rückgewinnung aus dem unteren Teil der Palette 8 gesaugt, dann gelangt Luft durch eine Öffnung oben im Abdeckelement 6 in den Zylinder 4a bis 4d und strömt durch den Durchgang, der von dem Abdeckelement 6, dem Zylinder 4a bis 4d und der Palette 8 gebildet wird, nach unten. Die vom oberen Teil des Zylinders 4a bis 4d eingeblasenen Strahlmittelteilchen 2 und das feine Aluminiumpulver sowie das abge tragene Material, die durch das Bearbeiten der Lauffläche 5 des Zylinders entstehen, werden gleichmäßig abgeführt und zurückgewonnen, wodurch die Reinigung der Zylinder bohrungsfläche beschleunigt wird. Des weiteren können eine Verringerung der Haftfestigkeit der Thermospritzbeschichtung im nächsten Arbeitsgang und der Einschluß von Verun reinigungen zum Zeitpunkt der Bildung der Strahlbeschichtung verhindert werden.

Die im vorhergehenden beschriebenen Anlage ist eine typische Anlage, und es ist wichtig, daß für jeden Zylinder durch das Abdeckelement 6, den Zylinder 4a bis 4d und die Palette 8 ein Durchgang gebildet wird.

Als nächstes wird die Messung der Oberflächenrauheit in dem Fall, wo das Sandstrahlen bei einem aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinder 21 mit einem Gehäuseteil 22 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben. Fig. 14 zeigt eine Darstellung der Messung der Rauheit der Lauffläche 5 des Zylinders. Die Bedingungen (Sandstrahlbedingungen) entsprechen in diesem Fall den Angaben in der Tabelle 1.

Tabelle 1

Es wurden drei Arten von Probekörpern verwendet. Bei dem Probekörper 1 wurde der Zylinder 21 senkrecht aufgestellt und das Sandstrahlen durchgeführt, während die Strahlpistole 1 von oben in den Zylinder 21 in die Richtung bewegt wurde, in die die Strahlmittelteilchen 2 geblasen wurden. Bei dem Probekörper 2 wurde der Zylinder 21 senkrecht aufgestellt, und das Sandstrahlen erfolgte bei gleichzeitiger Bewegung der Strahlpistole 1 vom Boden des Zylinders 21 nach oben. Bei dem Probekörper 3 wurde der Zylinder 21 horizontal aufgestellt und das Sandstrahlen durchgeführt, während die Strahlpistole 1 in die Richtung bewegt wurde, in die die Strahlmittelteilchen 2 geblasen wurden.

Die Oberflächenrauheit wurde in einem Bereich von 1 cm × 1 cm an zwei Meßstellen 23 und 24, wie in Fig. 14 dargestellt, durch eine Untersuchung in einer Ebene bei Abtastung von 100 Linien mit Hilfe eines handelsüblichen Rauheitsmeßgerätes (nicht dargestellt) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben. Diese Werte sind die Mittenrauhwerte (senkrechte Ra-Werte), in µm ausgedrückt. Je größer dieser Wert ist, desto rauher ist die Oberfläche.

Tabelle 2

Aus diesen Meßergebnissen ist offensichtlich, daß bei den Probekörpern 2 und 3, anders als bei Probekörper 1, der gemäß der vorliegenden Anwendungsform der Erfindung sandgestrahlt wurde, die Oberflächenrauheit an den Meßstellen 23 und 24 abnahm. Das hat einen Einfluß auf die Haftfestigkeit der Thermospritzbeschichtung.

Es folgt eine Beschreibung eines Beispiels eines Sandstrahlarbeitsgangs, der mit Hilfe einer nach der zweiten Anwendungsform (s. Fig. 10 und 11) hergestellten Anlage an den Zylindern 4a bis 4d realisiert wurde.

Der bei dem Versuch verwendete Zylinderblock 4 ist ein Zylinderblock für einen Vierzylinder-Viertakt-Reihenmotor mit einem Zylinderinnendurchmesser von 78 mm, einer Zylinderlänge von 132 mm und einem Kurbelwellengehäuse.

Das Abdeckelement 6, das aus einer Aluminiumlegierung besteht, besitzt einen Durchmesser von 78 mm und eine Höhe von 50 mm. Das Oberteil dieses Abdeckelements besteht aus einem Einsatz. Das Abdeckelement 6 wird vertikal durch den Druckluftzylinder 9b bewegt, und der Zylinderblock 4 wird angehalten, wenn jeder der Zylinder 4a bis 4d eine festgelegte Position erreicht hat.

Die Palette 8 besteht aus einer Aluminiumlegierung. Es werden Ständer 8a aufgestellt, die der Form des Kurbelwellenlagerzapfens entsprechen. Durch das Einsetzen des Zylinderblocks 4 werden die Zylinder in je einen Durchgang unterteilt.

Der auf die Palette 8 gesetzte Zylinderblock 4 wird gesteuert bewegt, wobei das Abdeckelement, der Zylinder und das Staubauffang-/Rückführungsrohr so angeordnet sind, daß ihre Mittelachsen fluchtend aufeinander ausgerichtet sind, wodurch diese Teile zusammen einen Durchgang bilden.

Das Sandstrahlen erfolgte mit Hilfe dieser Anlage unter den in der Tabelle 1 angegebenen Bedingungen, und anschließend wurde das Plasmaspritzen unter den in der Tabelle 3 angegebenen Spritzbedingungen durchgeführt, wodurch ein Zylinder mit Thermospritz beschichtung erhalten wurde.

Tabelle 3

Während des Sandstrahlens wurden die Arbeitsfläche und die Schraubenbohrungen des Kurbelwellenlagerzapfenbereichs ausreichend geschützt und wurde eine gleichmäßig sandgestrahlte Fläche erhalten. Es konnte des weiteren keine Streuung der Strahlmittel teilchen aus der Anlage heraus festgestellt werden, so daß die Kabine unnötig wird. Da ein Einsatz der Kabine unnötig war und die Anlage kompakt ausgeführt werden konnte, wurde die Spritzanlage in derselben schalldichten Kammer untergebracht und so die Verbindung zum nächsten Prozeß verbessert. Hiermit wurde offensichtlich, daß die anfängliche Zielsetzung und die angestrebte Wirkung erreicht werden konnten.

Claims

1. Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche, bei dem Strahlmittelteilchen von einer Strahlpistole schräg nach unten geblasen werden, wodurch eine in senkrechter Richtung eines Werkstücks verlaufende Zylinderlauffläche nach unten sandgestrahlt wird.

2. Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche, bei dem ein Zylinderblock senkrecht mit einer Zylinderkopfpaßfläche nach oben angeordnet wird, ein Abdeckelement auf die Zylinderkopfpaßfläche aufgesetzt wird und Strahlmittelteilchen von einer Strahl pistole schräg nach unten geblasen werden, wodurch eine Zylinderlauffläche nach unten sandgestrahlt wird.

3. Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche nach Anspruch 2, bei dem das Abdeckelement aus einem Abdeckelementkörper und einem abnehmbaren Teil zum Anliegen an der Seite der Zylinderkopfpaßfläche des Abdeckelementkörpers besteht.

4. Verfahren zum Sandstrahlen einer Zylinderlauffläche nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Zylinderblock auf eine Palette gesetzt wird und ein Raum vom Abdeckelement zur Palette zu einem durchgängigen Innenraum gebildet wird, wodurch die Strahlmittelteilchen von der Palette nach unten abgesaugt werden.