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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung
von Werkstücken. Die Erfindung betrifft außerdem
eine Bürststation zum Bürsten einer Oberfläche
eines Werkstücks.
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Bei
Bauteilen, die im Betrieb aneinander gleiten, wird zur Reduzierung
der Reibung versucht, die miteinander in Kontakt stehenden Oberflächen
möglichst glatt, also mit minimaler Rauigkeit auszugestalten.
Dies kann durch aufwendige mechanische Bearbeitung, wie zum Beispiel
das sogenannte Honen, erfolgen. Von besonderer Bedeutung sind reibungsarme
und somit verschleißarme Gleitverbindungen zum Beispiel
im Bereich von Lagern und bei Brennkraftmaschinen auch bei Kolben-Zylinder-Paarungen.
Durch reduzierte Reibung wird auch der Verschleiß der Bauteile
reduziert, wobei eine gegebenenfalls vorhandene Schmierung verbessert
werden kann. Bei Brennkraftmaschinen kann dadurch eine Absenkung
des Kraftstoffverbrauchs und des Ölverbrauchs realisiert
werden. Auch können Emissionswerte reduziert und die Lebensdauer
der Komponenten erhöht werden.
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Aus
der
US 7,134,939 , aus
der
WO 2005/024287
A2 und aus der
WO
2006/027768 A1 ist jeweils ein Verfahren zur Oberflächenglättung
bekannt, das als Polymerläppen bezeichnet wird. Hierbei
wird eine Läpppaste verwendet. Das Polymerläppen
verbindet eine mechanische Oberflächenbearbeitung mit chemischen
Wirkeffekten. Nachteilig beim Polymerläppen ist die Verschmutzung
der Bauteile durch die Läpppaste sowie Einschränkungen durch
die Werkzeuggeometrie und Werkzeugoszillation. Diese Einschränkungen
reduzieren die Zugänglichkeit an Ecken und Kanten beim
Werkstück. Des Weiteren können beim Polymerläppen
zusätzliche Ausbrüche an Materialfehlstellen,
wie zum Beispiel Lunker, entstehen. Ferner kann ein Eintrag von
Hartstoffpartikeln, wie Metallabrieb, in die Oberfläche festgestellt
werden, was sich nachteilig auf die Funktion der Werkstücke
auswirken kann.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an. Die Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für die Herstellung reibungsarmer
Oberflächen einen vorteilhaften Weg aufzuzeigen, der sich
insbesondere dadurch auszeichnet, dass die vorstehend genannten Nachteile
vermieden werden und/oder dass verbesserte Reibeigenschaften realisierbar
sind.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Bearbeiten der
jeweiligen Oberfläche eine Bürste zu verwenden,
deren Borsten mit einem Polymer ummantelt sind. Mit Hilfe einer
derartigen Bürste kann die zu bearbeitende Oberfläche
gebürstet werden. Dieses Bürsten kann im Folgenden auch
als Polymerbürsten bezeichnet werden. Das Polymerbürsten
wird z. B. nach der mechanischen Bearbeitung der Oberfläche
durchgeführt und kann beispielsweise Oberflächenspitzen
abtragen bzw. verrunden, um eine plateauartige Grundstruktur zu erzeugen.
Gleichzeitig werden beim Polymerbürsten Polymerteilchen
im Nanometer- bis Mikrometerbereich von den polymerummantelten Borsten
abgetragen und in die Werkstoffoberfläche eingearbeitet.
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Da
das Polymerbürsten bevorzugt nach einer mechanischen Bearbeitung
der Werkstückoberfläche erfolgt, entsteht beim
Polymerbürsten kaum mechanischer Abrieb, so dass die Gefahr
reduziert ist, dass beim Bürsten harte Partikel in die
Oberfläche eingetragen werden, zudem werden lose Partikel durch
die Rotation der Bürste ausgetragen.
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Durch
die Einglättung der Oberfläche des jeweiligen
Bauteils ergeben sich tribologische Vorteile. Zu nennen ist z. B.
ein verbessertes Einlaufverhalten. Insgesamt lässt sich
ein reduzierter Gesamtverschleiß an den aneinander gleitenden
Bauteilen beobachten. Durch das Einbringen von Polymerteilchen in
die Bauteiloberfläche lässt sich beispielsweise
die Benetzung mit Motoröl bei Motoranwendungen verbessern.
Insbesondere kann dadurch eine Beschädigungsgefahr auch
bei Mangelschmierung reduziert werden. Darüber hinaus können
die in die Bauteiloberfläche eingebrachten Polymerteilchen
in Verbindung mit dem Motoröl eine kontinuierliche Regeneration
der Oberfläche sicherstellen. Des Weiteren ist es beim
Bürsten durchaus möglich, Freiformflächen
und Konturelemente, die sich durch eingeschränkte Zugänglichkeit,
zum Beispiel durch Ecken und Kanten, auszeichnen, mit positivem
Ergebnis zu bearbeiten.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der während
dem Bürsten eine Zugabe von zusätzlichem Polymer
erfolgt. Diese Polymerzugabe kann beispielsweise pastös
oder pulverförmig erfolgen. Hierdurch kann beispielsweise
der Verschleiß der Bürste reduziert werden. Außerdem
kann der Eintrag der Polymerteilchen in die Bauteiloberfläche verbessert
werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Bürststation,
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2 eine
stark vergrößerte Detailansicht einer Bauteiloberfläche
beim Bürsten.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Bürststation 1, mit deren Hilfe eine Oberfläche 2 eines
Werkstücks 3 gebürstet werden soll, zumindest
eine Bürste 4 mit Borsten 5. Im Betrieb
der Bürststation 1, also beim Bürsten
der Werkstückoberfläche 2, rotiert die Bürste 4 entsprechend
einem Pfeil 15 um eine Rotationsachse 7.
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Entsprechend 2 sind
die Borsten 5 mit einem Polymer 6 ummantelt. Beim
Bürsten der Oberfläche 2 können
die entsprechend einem Pfeil 8 über die Bauteiloberfläche 2 streifenden
Borsten 5 Vorsprünge, Spitzen oder andere Rauigkeiten
abtragen. Mit 9 ist in 2 eine solche
Oberflächenspitze bezeichnet. Mit 10 ist ein Oberflächenpartikel
be zeichnet, das mit Hilfe der Bürste 4 von der
Oberfläche 2 abgetragen worden ist und entsprechend
einem Pfeil 11 von der Oberfläche 2 entfernt
wird. Durch das Bürsten erfolgt somit eine Oberflächenglättung. Gleichzeitig
werden beim Bürsten Polymerpartikel von den Borsten 5 abgetragen
und in die Oberfläche 2 eingearbeitet. Hierdurch
kann eine Polymerbeschichtung 12 bzw. ein Materialverbund
Polymer/Grundwerkstoff der Oberfläche 2 realisiert
werden. Mit 13 ist in 2 ein Abschnitt
der Oberfläche 2 bezeichnet, der bereits polymergebürstet
ist. Erkennbar ist die auf der Oberfläche 2 aufgetragene Polymerschicht 12.
Diese Polymerschicht 12 vereinfacht im Betrieb des Werkstücks 3 die
Anhaftung von Motoröl bzw. die Benetzung mit Motoröl 14,
das in 2 durch zwei Tropfen symbolisch dargestellt ist.
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Beim
Polymerbürsten kann das Einarbeiten der Polymerteilchen
in die Werkstoffoberfläche 2 dadurch verbessert
werden, dass zusätzliches Polymer zugegeben wird. Diese
Polymerzugabe kann beispielsweise in Form eines Pulvers oder in
Form einer Paste erfolgen.
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Die
sich beim Polymerbürsten von den Borsten 5 ablösenden
Polymerteilchen sind extrem klein und besitzen beispielsweise Korngrößen
im Mikrometer- bis Nanometer-Bereich, vorzugsweise im zehnstelligen
Nanometer-Bereich und besonders vorzugsweise im einstelligen Nanometer-Bereich.
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Durch
eine geeignete Auswahl des verwendeten Polymers kann außerdem
in Verbindung mit einem entsprechenden Schmierstoff im Betrieb eine kontinuierliche
Regeneration der Oberfläche 2 realisiert werden.
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Das
hier beschriebene Polymerbürsten kommt beispielsweise beim
Bearbeiten von Laufflächen von Kolben in Zylindern bei
Brennkraftmaschinen zum Einsatz.
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Die
Borsten 5 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoff oder
aus einem Metall bzw. aus einer Metalllegierung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7134939 [0003]
- - WO 2005/024287 A2 [0003]
- - WO 2006/027768 A1 [0003]