(57)【要約】  大型機械の構成部分、特に2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッドまたは排出バルブディスクの、割り当てられた表面(2または14)に表面溶着によって塗布される保護コーティング(4)を備えるための方法において、保護コーティング(4)を備えようとする大型機械構成部分を表面溶着過程中に冷却することによって、経済的で同時に慎重な方法の実施が達成される。
2005515359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型機械の構成部分、特に2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッドまたは排出バルブディスクの、割り当てられた表面(2または14)に表面溶着によって塗布される保護コーティング(4)を備えるための方法であって、保護コーティング(4)を備えようとする大型機械構成部分を表面溶着過程中に冷却し、この冷却が、少なくともある一定の準備時間の後に、表面溶着過程によって供給される熱が冷却剤によって運び去られる熱におおよそ相当するように行なわれることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記冷却剤として水が適用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
溶着過程中に、大型機械構成部分の、保護コーティング(4)を備えようとする表面(2または14)とは反対側の表面に冷却剤が吹き付けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項４】
大型機械構成部分が、保護コーティング(4)を表面溶着するために、上から保護コーティング(4)が備えられ下から冷却されるように配置されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５】
割り当てられた表面に冷却剤が吹き付けられることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
冷却剤が、冷却剤源に接続され噴射ノズル(9)を備えた少なくとも1つの噴射管(8)によって、割り当てられた表面に吹き付けられることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項７】
冷却剤が、包囲する壁(11または16,18)によって囲まれた空間(12または12a)の中に吹き込まれることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の方法。
【請求項８】
冷却剤が、ピストンヘッド(13)の場合に、ピストン外被(16)またはこれと同心の支持カラー(18)によって画定された空間(12a)の中に吹き込まれることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
排出バルブ(1)の場合に、冷却剤を吹き付けることができる周囲を密閉された空間(12)を形成するために、バルブディスク(3)の周囲を取り巻く外被(11)が備えられることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
冷却剤が下から導き出されることを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
空間(12または12a)が吸引されることを特徴とする請求項7ないし請求項10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
保護コーティング(4)を備えようとする壁の領域において少なくとも1つの冷却流路(20)によって構成された内部冷却系を有する大型機械構成部分の場合に、前記構成部分に冷却剤が表面溶着中に吹き付けられることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１３】
大型機械構成部分が表面溶着過程中に回転させられることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型機械の構成部分、特に2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッドまたは排出バルブディスクの、割り当てられた表面に表面溶着によって塗布される保護コーティングを備えるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記様式の方法を実施する場合、結果的に、溶着過程に起因して非常に大きい熱負荷が、保護コーティングを備えようとする構成部分に生ずる。これに起因して、前記構成部分の基礎となっている材料の許容温度を超過するという危険性がある。なお、保護コーティングが比較的大きな質量を有する場合には、この危険性は特に高く、このことから、上記種類の大型機械に保護コーティングを備える際にこの危険性が生じることになる。
【０００３】
このことから、表面溶着によって生じる保護コーティングを形成する場合には、構成部分を冷却させるために溶着過程を何度も中断することがこれまで必要であった。これは時間を費やし経済的ではない。その上、中間冷却による溶着過程の中断は、保護コーティングの達成可能な強度に対して不利な影響を及ぼす可能性がある。特に、ニッケルベースの合金はこれに関して敏感である。さらに、溶着過程の中断は確実に遅延の発生を助長させ、これによって何倍も多い余分の作業が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがってこのことから、本発明の課題は、簡単でコストの低い手段により冒頭に述べた様式の方法を、経済的でそれでもなお慎重な方法の実施が可能となるように改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、保護コーティングを備えようとする大型機械構成部分を表面溶着過程中に冷却し、この場合に、少なくともある一定の準備時間の後に、表面溶着過程によって供給される熱が冷却剤によって運び去られる熱におおよそ相当するように、冷却を行なうことによって解決される。
【０００６】
この処置は、保護コーティング、または多層保護コーティングの場合には各層が中断されることなく溶着されることを保証する。こうして、時間を節約した経済的な方法実施が結果として得られる。それでもなお、コーティングしようとする構成部分の温度を臨界温度以下に維持することができるので、保護コーティングを受け入れる基礎材料は損傷を受けない。溶着の際における基礎材料の温度が低いので、不意の熱遅滞も最小限に抑えられる。したがって、これに起因する基礎材料の永久的変形およびこれから結果として生じる応力はさらに回避され、これは構成部分全体の高い安定性を保証する。コーティングしようとする大型機械構成部分の溶着過程中に行われる冷却が、表面溶着過程によって供給される熱が冷却剤によって運び去られる熱におおよそ相当するように実施されることによって、ある一定の準備時間の後に平衡状態が生ずる。したがってこのことから、準備時間を超える比較的長い溶着過程継続時間においても、すなわち非常に大きな構成部分の加工の場合にも、ある一定の温度から特筆すべき温度上昇はもはや起こらない。本発明による処置により、冒頭に述べた欠点および困難性はそれに応じて完全に排除される。
【０００７】
上記の処置の有利な実施形態および目的に適った発展形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
冷却剤として、目的に適って水を適用することができる。この媒体は比較的安価に入手することができ、したがって一貫連続方式を適用することができ、循環および再生の経費はない。
【０００９】
冷却剤を割り当てられた表面に有利に吹き付けることができる。これによって、不規則な寸法形状の構成部分の場合でも冷却剤がうまく配分される。
【００１０】
さらに別の目的に適った処置は、コーティングしようとする構成部分を、保護コーティングの表面溶着のために、上から保護コーティングが備えられ下から冷却されるように配置することから構成することができる。これによって、冷却剤を自動的に下から排出できるようにすることが実現される。
【００１１】
上記の処置のさらなる発展形態では、冷却剤が周囲壁によって囲まれた空間の中に吹き込まれる。これによって、冷却剤が表面溶着された材料と接触することがあり得なくなることが保証される。
【００１２】
上記の処置のさらなる有利な実施形態および目的に適った発展形態は、残りの従属請求項に記載されており、図面を基にした下記の実施例の説明から、よりよく理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の主要な適用分野は、2サイクル大型ディーゼル機関などの大型機械の表面溶着として形成される保護コーティングを備えようとする構成部分であり、この場合、表面溶着しようとする保護コーティングは少なくとも10kgおよびそれ以上の比較的大きな質量を有し、これは2サイクル大型ディーゼル機関の排出バルブまたはピストンヘッドを保護コーティングする場合に、通例は事実その通りである。
【００１４】
図1は、2サイクル大型ディーゼル機関の排出バルブ1に基づくものである。この場合、例えば80cmの内腔に適合する排出バルブを問題にすることができる。このバルブは、動作中に燃焼室に適用されるバルブディスク3の下側2に、例えばニッケル合金からなる保護コーティング4を備え、保護コーティング4は溶着装置5によって表面溶着法で塗布される。溶着装置5については、シールドアーク溶着装置(GMAW)またはエレクトロスラグ溶着装置(ESW)を問題にすることができる。
【００１５】
溶着装置5には締付装置6が割り当てられ、この締付装置の中に排出バルブ1はそのシャフトによって嵌め込み可能である。溶着装置5は締付装置6の上方にある。排出バルブ1は締付装置6の中に、動作中には下向きのバルブディスク3の下側2が上向きになるように嵌め込まれる。溶着装置5と排出バルブ1は、下側2の全面に保護コーティング4を備えることができるように互いに動くことができる。
【００１６】
図示した例では、締付装置6は、回転矢印によって示すように、垂直軸aのまわりに回転可能である。締付装置6の相応の駆動によって、締付装置6に受け容れられた排出バルブもまたその垂直軸のまわりに回転する。溶着装置5は、方向矢印によって示すように、軸aを横切る方向にあちこち移動することができる。溶着装置5があちこち移動することによって、回転する排出バルブ1の場合に、バルブディスク3の下側2の全面を塗布することができる。もちろん、これは別の運動機構によっても、例えば固定配置された排出バルブ1と螺旋状に移動可能な溶着装置5によっても可能であろう。
【００１７】
溶着装置5と排出バルブ1との間の相互運動は、保護コーティング4が所望の被覆厚で溶着されるように起る。図示した例では、11kg/時の被覆速度を考慮すべきである。保護コーティング4全体の合計質量が11kgである場合には、これに相応して表面溶着過程は約1時間続く。それでもなお表面溶着過程中に排出バルブが過度に熱せられることを避けるために、排出バルブは表面溶着過程中に冷却される。一定の時間経過後に表面溶着過程によって排出バルブ1に伝達される熱が、適用される冷却剤によって完全または十分に除去される程度に冷却が行なわれることが目的に適っている。
【００１８】
前記の準備時間中に、すなわち表面溶着過程の最初の段階において、表面溶着過程を通じて加工された、ここでは排出バルブ1の形である大型機械構成部分に伝達される熱は、冷却剤によって除去される熱よりも通例なお大きいので、前記の準備時間中に、加工された大型機械構成部分のある一定の加熱が起こることになる。しかしながら、増大する温度によって熱伝達は改善されるので、ある一定の時間の後に入ってくる熱と出ていく熱との間の上述の平衡状態に達し、これによって大型機械構成部分のさらなる加熱はなくなる。前記の平衡が最適加工温度の場合に達成されるように、冷却の規模が決められることは目的に適っている。ここに挙げる様式の場合には、これは200℃になる。その後、冷却は、大型機械構成部分が溶着過程中に200℃の温度からは、さらなる加熱を受けることがないように行われる。
【００１９】
図示した例では、所望の冷却を遂行するために、溶着過程の際に下に向いているバルブディスク3の上側7、すなわち保護コーティング4を備えようとする表面とは反対側の表面に冷却剤が吹き付けられる。冷却剤として水が適用されることは目的に適っており、この水は冷却しようとする表面7に吹き付けられる。そのために、排出バルブ1のネックを包囲し軸と同心に配置された環状管8が備えられ、この環状管8は、冷却しようとする表面7の方に向いている領域に、表面7に向けられたノズル9を備え、これらのノズルは単純には孔として形成することができる。環状管8は、供給管10によって冷却剤源に、ここでは例えば給水管網に連結されている。ノズル9は、冷却しようとする表面7に冷却剤が均等に吹き付けられるように配置されている。ある距離を置いてバルブのネックを包囲する環状管8は、固定して配置することができる。
【００２０】
冷却剤または不意に発生する冷却剤の蒸気が溶着過程中に保護コーティング4と接触することを回避するために、バルブディスク3の周囲には、カラー形状の下向きに突出した保護スリーブ11が装着されている。この場合単純に、包囲するブリキの外被を問題にすることができる。保護スリーブ11は、バルブディスク3と共に、周囲方向および上方が閉ざされ下方にのみ開かれた空間12を画定し、この中に冷却剤を吹き込むことができ、冷却剤が保護コーティング4を備えようとする表面の領域に流出してくる可能性はない。冷却剤は、空間12の下向きの開口部を通じて簡単に流出することができる。もちろん、空間12の下方をも閉じ、底側を通る排出管を備えることも考えることができよう。排出される冷却剤は、簡単に下水網系に導かれることが可能である。前記の閉じられた空間12が、蒸気を吸引するための吸引装置にも連結可能であることは有利である。この場合、必要な圧力の均衡が通例は現存する非密閉性によって生じ、こうして追加の空気流入を省くことができる。
【００２１】
図2に基づく実施例における方法の実施は、図1によって上に述べた実施例に本質的に対応する。したがって図2の以下の説明では、同様な部分については同様な参照符号が適用されている。
【００２２】
図2に基づく実施例では、2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッド13が、そのピストン底部15の上側14に保護コーティング4を備え、この保護コーティングは溶着装置5によって表面溶着法により塗布される。ピストンヘッド13は、その外被16の下部前額側で接触して回転可能な台17の上に受け容れられる。この台には適切な締付装置を備えることができる。回転可能な台17の上方には、あちこちに動くことができる溶着装置5がある。
【００２３】
保護コーティング4を備えようとするピストン底部15の下側は、溶着過程中に冷却剤が吹き付けられる。そのために、ピストン軸に同心状に配置された環状管8が設けられ、これにはノズル9が備えられ、供給管10を通じて、ここでも同様に給水管網の形の冷却水源に連結されている。
【００２４】
ここに挙げた種類のピストンヘッド13の場合には、ピストン底部15に接続されたピストン外被16、またはこれに同心に備えられた支持カラー18に基づいて、周囲側では、ピストン外被16または支持カラー18の形をなす1つの包囲する壁によって、また上方には、ここではピストン底部15によって、したがって被覆を施そうとする要素によって画定される空間12aが生じ、この中に冷却剤を吹き込むことができ、冷却剤が上側14の領域に達することはない。図示した実施例では、環状管8が、支持カラー18によって周囲側を包囲された空間の中にある。台17が供給管10を通過させるための開口部19を備えていることは目的に適っている。図示した例では、開口部19は同時に、流出する冷却剤の流出開口部として役立つ。空間12aからの蒸気の吸引も考えることができよう。
【００２５】
ピストンヘッド13はここでは、ピストン底部15の周囲側領域に、周囲を取り巻く冷却流路20を備え、この冷却流路は、詳しくは示されていない導入管と流出管とに連絡している。追加の冷却作用を達成するために、冷却流路20にも冷却剤を吹き付けることができる。回転可能な台17では、この場合に導入管と流出管に割り当てた回転実施機構が必要となろう。固定した台では回転実施機構を省くことができ、これによって流路20への吹き付けは簡単になる。
【００２６】
本発明の好ましい、いくつかの適用例を詳しく説明したが、それでもこれによって限定に結びつけるべきではない。したがって、本発明による方法はもちろん、他の大型機械構成部分、例えば2サイクル大型ディーゼル機関のシリンダライナまたはシリンダヘッドに関連して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】2サイクル大型ディーゼル機関の排出バルブを基にした第1の適用例の概略図である。
【図２】2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッドを基にした第2の適用例の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
1  排出バルブ
2  バルブディスクの下側
3  バルブディスク
4  保護コーティング
5  溶着装置
6  締付装置
7  冷却しようとする表面
8  環状管
9  ノズル
10  供給管
11  保護スリーブ
12  閉じられた空間
13  ピストンヘッド
14  ピストン底部の上側
15  ピストン底部
16  外被
17  台
18  支持カラー
19  開口部
20  冷却流路
【図１】
2005515359.tif 000003
【図２】
2005515359.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月11日(2003.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型機械の構成部分、特に2サイクル大型ディーゼル機関のピストンヘッドまたは排出バルブディスクの、割り当てられた表面(2または14)に表面溶着によって塗布される、少なくとも10kgの質量を有する保護コーティング(4)を備えるための方法であって、保護コーティング(4)を備えようとする大型機械構成部分を表面溶着過程中に冷却し、この冷却が、表面溶着過程の初期段階中に、これによって大型機械の構成部分に伝達される熱が冷却剤によって運び去られる熱よりも大きいように、およびこの準備時間の後に、表面溶着過程によって供給される熱が冷却剤によって運び去られる熱におおよそ相当するように行なわれることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記冷却剤として水が適用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
溶着過程中に、大型機械構成部分の、保護コーティング(4)を備えようとする表面(2または14)とは反対側の表面に冷却剤が吹き付けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項４】
大型機械構成部分が、保護コーティング(4)を表面溶着するために、上から保護コーティング(4)が備えられ下から冷却されるように配置されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５】
割り当てられた表面に冷却剤が吹き付けられることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
冷却剤が、冷却剤源に接続され噴射ノズル(9)を備えた少なくとも1つの噴射管(8)によって、割り当てられた表面に吹き付けられることを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項７】
冷却剤が、包囲する壁(11または16,18)によって囲まれた空間(12または12a)の中に吹き込まれることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の方法。
【請求項８】
冷却剤が、ピストンヘッド(13)の場合に、ピストン外被(16)またはこれと同心の支持カラー(18)によって画定された空間(12a)の中に吹き込まれることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項９】
排出バルブ(1)の場合に、冷却剤を吹き付けることができる周囲を密閉された空間(12)を形成するために、バルブディスク(3)の周囲を取り巻く外被(11)が備えられることを特徴とする請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
冷却剤が下から導き出されることを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
空間(12または12a)が吸引されることを特徴とする請求項7ないし請求項10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
保護コーティング(4)を備えようとする壁の領域において少なくとも1つの冷却流路(20)によって構成された内部冷却系を有する大型機械構成部分の場合に、前記構成部分に冷却剤が表面溶着中に吹き付けられることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１３】
大型機械構成部分が表面溶着過程中に回転させられることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の方法。
【国際調査報告】
2005515359.tif 000005
2005515359.tif 000006
2005515359.tif 000007
2005515359.tif 000008
2005515359.tif 000009
2005515359.tif 000010