EP0320902A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von Dispersionsschichten - Google Patents

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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials

Definitions

  • the invention relates to a device of the type specified in the preamble of the first claim.
  • DE-OS 22 61 776 describes a known arrangement.
  • a very high swirl flow is generated.
  • the installation rate can thus be increased significantly.
  • the object of the present invention is to develop a device of the type mentioned at the outset in such a way that, in a single machining process, differently dense installation rates of the wear-reducing solid particles are made possible in a controlled manner.
  • this object is achieved by the characterizing features of the first claim.
  • the invention is based on the finding that an increased installation rate of the wear-reducing solid particles can be achieved with the aid of a turbulent flow. Care must therefore be taken at the necessary points to ensure that a turbulent flow of the electrolyte is maintained there. As soon as this turbulent flow changes into a laminar one, the incorporation rate of the solid particles is reduced. A significantly thinned dispersion layer is then achieved, but this corresponds to the reduced wear requirements. This results in an economical approach, since the more wear-resistant, more concentrated layers are only produced where they are absolutely necessary.
  • Claim 2 describes a flow body with which a turbulent and then a laminar flow can be achieved on the surfaces to be coated at the inlet.
  • Claims 4-6 describe preferred embodiments of the flow body.
  • the flow body described here is preferably suitable for use on cylinder running surfaces of reciprocating piston internal combustion engines. This ensures that only the cylinder surfaces that are to be coated are also coated. All other parts of the crankcase forming the cylinder running surfaces are not coated unnecessarily.
  • crankcase 1 of an internal combustion engine is shown schematically in cross section.
  • 2 denotes the cylinder bore in which a piston carries out an oscillating movement in the fully assembled internal combustion engine.
  • An anode 3 is located in the cylinder bore 2 and is held by a flow body 4.
  • the flow body 4 has an annular channel 5, which - as shown in Fig. 2 - is designed spirally, so that the fluid passed through the inlet 6 into the annular channel 5 experiences an increase in speed with increasing flow.
  • Overflow channels 7 run from the annular channel 5 into a swirl chamber 8.
  • the overflow channels 7 are oriented obliquely towards the cylinder axis 9 and are also arranged in a ring, so that the liquid entering the annular channel 5 can enter the overflow channels 7 at any point.
  • the overflow channels 7 are connected to the swirl chamber 8, which is also arranged circumferentially. In cross section, it has an annular contour. From there, the fluid reaches the annular gap 10, which is formed between the cylinder bore 2 and the outer circumference of the anode 3.
  • the anode 3 sits on an anode holder 11, which has a central bore 12, which serves as an overflow and drain for the fluid transported in the annular gap 10.
  • the swirl chamber 8 is formed in its lower part by the flow body 4 or the anode holder 11.
  • the upper part of the swirl chamber is through formed a partial circumference of the anode 3 and part of the wall of the crankcase 1 to be coated.
  • a turbulent flow is generated in this area according to the invention. Because of the spiral channel 5, the flow in the overflow channel 7 is broken down into two main components, namely once into a vertically rising portion and into a tangential portion. Because of this division, a turbulent flow now arises in the swirl chamber 8, which increasingly directs the solid bodies to be stored against the upper region 14 of the cylinder bore 2.
  • This area is delimited by the deflection nose 15, which is formed by the annular segment of the anode 3 and its vertically running peripheral wall. The fluid flow is laminar in the direction of flow of the fluid above this deflection nose. This means a lower installation rate.
  • the surface to be coated adjoining the region 14 is coated with a solid particle layer in a lower concentration, which corresponds to a lower wear resistance.
  • the length of the layer with the higher layer density is limited here by the position of the deflection nose 15.
  • Silicon carbides are preferably used as wear-reducing solid particles if aluminum is provided as the base material.
  • Suitable electrolytes are generally known.

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Abstract

Um unterschiedlich dichte Dispersionsschichten auf Innenflächen von Hohlkörpern zu erzeugen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Elektrolyt über einen drallerzeugenden Strömungskörper in den Hohlkörper strömen zu lassen, wobei die Strömung sich in einen laminaren und turbulenten Anteil aufteilt. Bei turbulenter Strömung wird eine höhere Einbaurate der Festkörperpartikel erreicht als bei laminarer, so daß sich in einem Arbeitsgang Schichten unterschiedlicher Konzentration erstellen lassen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.
  • Die DE-OS 22 61 776 beschreibt eine bekannte Anordnung. Hier wird zum Erhöhen der Einbaurate der Feststoffpar­tikel an den zu beschichtenden Flächen eine sehr hohe Drallströmung erzeugt. Damit kann die Einbaurate we­sentlich erhöht werden. Erreicht wird hiermit allerdings nur eine über die gesamte Länge der zu beschichtenden Fläche gleichmäßige Einbaurate.
  • Untersuchungen an Zylinderlaufflächen von Hubkolben-­Brennkraftmaschinen haben ergeben, daß im Bereich des oberen Umkehrpunktes des Kolbens ein erhöhter Verschleiß an den Zylinderlaufflächen auftritt.
  • Um diesen Verschleiß zu verringern, könnte man nun mit dem bekannten Verfahren auf die gesamte Zylinderlauf­fläche eine erhöhte Einbaurate der verschleißverhin­dernden Feststoffpartikel vorsehen. Dies ist jedoch nur für Kleinserien sinnvoll. Bei Großserien und/oder vielzylindrigen großvolumigen Brennkraftmaschinen bedeutet dies jedoch eine sehr unwirtschaftliche Vor­gehensweise, da entsprechend viele verschleißvermin­dernde Festkörper an Flächen angelagert werden müßten, und zwar in einer solchen Stärke, die nicht notwendig ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­richtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter­zubilden, daß in einem einzigen Bearbeitungsvorgang gezielt gesteuert unterschiedlich dichte Einbauraten der verschleißvermindernden Festkörperpartikel ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­nenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der Erfin­dung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit Hilfe einer turbulenten Strömung eine erhöhte Einbaurate der ver­schleißvermindernden Feststoffpartikeln erzielt werden kann. Es ist deshalb an den erforderlichen Stellen dafür Sorge zu tragen, daß dort eine turbulente Strömung des Elektrolyts aufrechterhalten wird. Sobald sich diese turbulente Strömung in eine laminare umwandelt, wird die Einbaurate der Feststoffpartikel verringert. Man er­reicht dann eine wesentlich ausgedünnte Dispersions­schicht, die jedoch den verringerten Verschleißanfor­derungen entspricht. Dadurch wird eine wirtschaftliche Vorgehensweise erreicht, da die verschleißfesteren, konzentrierteren Schichten nur dort erzeugt werden, wo sie unbedingt notwendig sind.
  • Anspruch 2 beschreibt einen Strömungskörper, mit dem am Einlauf eine turbulente und anschließend eine laminare Strömung an den zu beschichtenden Flächen erzielt werden kann.
  • Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 kann eine genau definierte und reproduzierbare Grenze zwischen den unterschiedlichen Konzentrationen der verschleißfesten Schichten erzielt werden. Diese Grenze wird markiert vom Umschlagen der turbulenten auf die laminare Strömung.
  • Die Ansprüche 4 - 6 beschreiben bevorzugte Ausführungs­formen des Strömungskörpers. Der hier beschriebene Strömungskörper eignet sich bevorzugt zur Verwendung an Zylinderlaufflächen von Hubkolben-Brennkraftmaschinen. Hierbei ist sichergestellt, daß nur die Zylinderlauf­flächen, die beschichtet werden sollen, auch beschichtet werden. Alle übrigen Teile des die Zylinderlaufflächen bildenden Kurbelgehäuses werden nicht unnötigerweise beschichtet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher dargestellt.
    Es stellen dar:
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute Beschichtungsvorrichtung mit Teilen eines Kurbelgehäuses einer Hubkolben-Brenn­kraftmaschine;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch den Strömungskörper nach Fig. 1;
    • Fig. 3 den Strömungsverlauf in der Wirbelkammer.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Kurbelgehäuse 1 einer Brennkraftmaschine im Querschnitt dargestellt. Hierbei ist mit 2 die Zylinderbohrung bezeichnet, in der bei der fertigmontierten Brennkraftmaschine ein Kolben eine oszillierende Bewegung ausführt.
  • In der Zylinderbohrung 2 befindet sich eine Anode 3, die von einem Strömungskörper 4 gehalten wird.
  • Der Strömungskörper 4 weist einen Ringkanal 5 auf, welcher - wie in Fig. 2 dargestellt - spiralförmig ausgeführt ist, so daß das durch den Einlauf 6 in den Ringkanal 5 geführte Fluid mit zunehmendem Durchfluß eine Geschwindigkeitssteigerung erfährt.
  • Von dem Ringkanal 5 verlaufen Überströmkanäle 7 in eine Wirbelkammer 8. Die Überströmkanäle 7 sind schräg auf die Zylinderachse 9 hin ausgerichtet und sind ebenfalls ringförmig angeordnet, so daß die in den Ringkanal 5 eintretende Flüssigkeit an jeder Stelle in die Über­strömkanäle 7 eintreten kann.
  • Die Überströmkanäle 7 sind mit der Wirbelkammer 8 verbunden, die ebenfalls umlaufend angeordnet ist. Im Querschnitt weist sie eine kreisringförmige Kontur auf. Von dort gelangt das Fluid in den Ringspalt 10, welcher zwischen der Zylinderbohrung 2 und dem Außenumfang der Anode 3 gebildet wird.
  • Die Anode 3 sitzt auf einem Anodenhalter 11, welcher eine Zentralbohrung 12 aufweist, der als Überlauf und Abfluß für das in dem Ringspalt 10 transportierte Fluid dient.
  • Zwischen dem Strömungskörper 4 und dem Kurbelgehäuse 1 befindet sich noch eine Dichtung 13.
  • Mit Hilfe der Fig. 3 soll nun die Wirkung der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert werden.
  • Wie insbesondere Fig. 3, die einen vergrößerten Aus­schnitt einer Hälfte des Strömungskörpers 4 zeigt, darstellt, wird die Wirbelkammer 8 in ihrem unteren Teil von dem Strömungskörper 4 bzw. dem Anodenhalter 11 gebildet. Der obere Teil der Wirbelkammer wird durch einen Teilumfang der Anode 3 gebildet sowie einen Teil der zu beschichtenden Wand des Kurbelgehäuses 1. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß aufgrund der schräg einwärts gerichteten Überströmkanäle 7 die Aufprallflä­che für die hier durch geleitete Strömung von der Anode 3 gebildet wird, so daß diese sowieso verschleiß­behaftet, in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden kann.
  • Um nun im oberen Teil der Zylinderbohrung 2, der in Fig. 3 mit 14 bezeichnet ist, eine verstärkte Schicht von verschleißmindernden Feststoffparktikeln anlagern zu können, wird in diesem Bereich erfindungsgemäß eine turbulente Strömung erzeugt. Aufgrund des Spiralkanals 5 wird in dem Überströmkanal 7 die Strömung in zwei Hauptkomponenten zerlegt, nämlich einmal in einen vertikal aufwärts steigenden Anteil und in einen tan­gentialen Anteil. Aufgrund dieser Aufteilung entsteht nun in der Wirbelkammer 8 eine turbulente Strömung, die die einzulagernden Festkörper verstärkt gegen den oberen Bereich 14 der Zylinderbohrung 2 lenkt. Begrenzt wird dieser Bereich von der Umlenknase 15, die gebildet wird von dem kreisringförmigen Segment der Anode 3 und deren vertikal verlaufenden Umfangswand. In Strömungsrichtung des Fluids oberhalb dieser Umlenknase ist die Fluidströ­mung laminar ausgebildet. Dies bedeutet eine geringere Einbaurate. Dadurch wird die sich an dem Bereich 14 anschließende zu beschichtende Fläche mit einer Fest­stoffpartikelschicht in geringerer Konzentration be­schichtet, was einer geringeren Verschleißfestigkeit entspricht.
  • Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des Ring­kanals sowie des Überströmkanals und der Wirbelkammer kann in einem einzigen Bearbeitungsvorgang eine unter­ schiedliche Konzentration von Farbstoffpartikeln an der Wand der Zylinderbohrung 2 erzielt werden.
  • Die Länge der Schicht mit der höheren Schichtdichte, also die Höhe des Bereiches 14 wird hierbei begrenzt von der Lage der Umlenknase 15.
  • Als verschleißvermindernde Feststoffpartikel werden bevorzugt Siliziumkarbide verwendet, wenn als Grundma­terial Aluminium vorgesehen ist. Geeignete Elektrolyte sind allgemein bekannt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Dispersionsschichten auf Innenflächen von zumindest einseitig offenen Hohlzylindern, insbesondere Laufflächen in Zylin­dern für Brennkraftmaschinen, wobei ein Elektrolyt mit den anzulagernden Festkörperpartikeln über die zu beschichtenden Flächen am Außenumfang einer zentral in der Zylinderachse angeordneten Anode geleitet und das Elektrolyt mit Hilfe eines drall­erzeugenden Strömungskörpers in den Zylinder eingeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der drallerzeugende Strömungskörper (4) das Elektrolyt derart leitet, daß sich die Strömung in einen laminaren und turbulenten Anteil aufteilt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) in der Ebene des Zuflusses einen spiralförmigen Ringkanal (5) für das Elektrolyt aufweist, der über einen schräg zur Hohlzylinderlängsachse (9) ange­ordneten Überströmkanal (7) mit einer Wirbelkam­mer (8) in Verbindung steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (8) als umlaufender Ringkanal mit kreisringförmigem Querschnitt mit einer in Strömungsrichtung gesehe­nen umlaufenden Umlenknase (15) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) außerhalb des Hohlzylinders angeordnet ist und dichtend mit diesem verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (4) zugleich als Anodenhalter (11) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An­sprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (8) zweiteilig ausgebildet ist, wobei der untere mit den Überströmkanälen (7) verbundene Teil vom Strö­mungskörper (4) und der obere Teil von der Ano­de (3) gebildet wird.
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