-
Diese
Erfindung betrifft ein Kombinationswerkzeug für die Herstellung
einer Oberflächenstruktur, welche eine verbesserte Haftfähigkeit
für aufzubringende Beschichtungen aufweist.
-
Für
die Vorbearbeitung einer Oberfläche, insbesondere zur Aufnahme
einer Beschichtung, die z. B. durch Auftragen von aushärtenden
Massen aus Kunststoff oder durch Lichtbogen- oder Flammspritzen
aufgebracht wird, kann die Haftfähigkeit der Oberfläche
gegenüber einer glatten Oberfläche dadurch erhöht
werden, dass deren Rauigkeit vergrößert wird.
Dadurch vergrößert sich die zur Bindung beitragende
Oberfläche. Zudem kann ein Verkrallungseffekt bzw. ein
Formschluss der aufgebrachten Schicht mit der Oberfläche
entstehen, wenn die Oberfläche so zerklüftet ist,
dass Teile der Beschichtung Teile der Oberfläche hintergreifen
können.
-
Der
Nutzen einer solchen Beschichtung kann in der Erzielung bestimmter
Oberflächeneigenschaften liegen, die das Grundmaterial
nicht aufweist. Zum Beispiel können Verschleißschutzschichten
auf ein weiches Untergrundmaterial aufgebracht werden, das durch
seine Verformbarkeit oder seine thermischen Eigenschaften dem Bauteil
seine Grundfunktion gibt. Ein Beispiel ist das Beschichten von Baggerschaufeln
oder Teile von Brechern aus einem Stahl, der durch seine geringe
Festigkeit und der damit vorteilhaft verbundenen Zähigkeit
gegenüber Schlägen und Stößen
unempfindlich ist. Der Nachteil der schlechten Abriebfestigkeit
des Grundmaterials (Stahl) kann beispielsweise durch eine flammgespritzte
Schicht aus einer harten Legierung beseitigt werden. Ein weiteres
Beispiel ist die Beschichtung der Zylinderlaufbahnen von Verbrennungsmotoren. Um
den Forderungen nach geringerem Gewicht gerecht zu werden, werden
Zylinderblöcke häufig aus Aluminium hergestellt.
Ein Nachteil von Aluminium ist jedoch, dass es ein weicher Werkstoff
mit schlechten Abriebeigenschaften ist. Um dem zu begegnen, kann die
Oberfläche der Laufbahn aus einer abriebfesten Schicht
bestehen. In diesem Beispiel, wie auch in dem vorgenannten Beispiel,
ist es zweckmäßig, die darunter liegende Oberfläche
durch eine Oberflächenstrukturierung vorzubearbeiten, um
die Haftung der Beschichtung auf der darunter liegenden Oberfläche
des Grundmaterials (z. B. Aluminium) zu verbessern.
-
Nach
dem Stand der Technik werden hierfür vor allem die Verfahren
druckluftgeführtes Sandstrahlen sowie Hochdruck-Wasserstrahlen
eingesetzt, wobei dem Wasserstrahl vorzugsweise Schleifpartikel
zugesetzt werden. Durch diese Verfahren wird eine deutlich größere
Rauigkeit der Oberfläche erzeugt, die eine effektive Vergrößerung
der Fläche bewirkt. Hinterschnitte in der Oberfläche
entstehen prozessbedingt jedoch nur ausnahmsweise. Die Wirkung der
Oberflächenstrukturierung beschränkt sich daher
auf die Erzeugung einer größeren Kontaktfläche
zwischen Beschichtungsmaterial und Grundmaterial. Da insbesondere
beim Wasserstrahlen mit sehr hohem Druck gearbeitet wird, sind entsprechende
Produktionsanlagen sehr groß, energieaufwendig und damit
sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb kostenintensiv.
-
In
der
EP 1 334 268 A1 wird
ein Verfahren zur Vorbearbeitung eines Zylinders vorgeschlagen. Dabei
wird durch spanende Bearbeitung mit geometrisch definierter Schneide
ein feines Gewinde in die Oberfläche geschnitten. Im gleichen
Bearbeitungsschritt werden die Spitzen dieses Gewindes gebrochen
und/oder abgerissen, um ein Profil zu erzeugen, das durch die verbleibenden
Einschnitte bis zum Gewindegrund und durch die Bruchstellen der
abgebrochenen Gewindespitzen geprägt ist. Bei einer solchen
Oberfläche ist die Eingriffsfläche ebenfalls deutlich
erhöht, jedoch ist die Haftfähigkeit von Beschichtungen
auf derartigen Oberflächen in vielen Fällen noch
immer unbefriedigend.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug bereitzustellen,
mit dem einfach und kostengünstig eine Oberflächenstruktur
hergestellt werden kann, die für aufzubringende Beschichtungen
eine verbesserte Haftfähigkeit aufweist.
-
Nach
der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kombinationswerkzeug für
die Herstellung einer Oberflächenstruktur mit verbesserter
Haftung von aufzubringenden Beschichtungen gelöst, welches ein
spanendes Strukturierungswerkzeug und ein Umformwerkzeug umfasst.
-
Insbesondere
sind das spanende Strukturierungswerkzeug und das Umformwerkzeug
nacheinander und in definierter geometrischer Relation mit der Oberfläche
eines Werkstückes in Eingriff bringbar.
-
Das
Merkmal ”in definierter geometrischer Relation” bringt
dabei zum Ausdruck, dass das nach dem Strukturierungswerkzeug mit
der Werkstückoberfläche in Eingriff zu bringende
Umformwerkzeug in Bezug auf die bereits erzeugten Strukturen an
bestimmten relativen Positionen und nicht etwa unabhängig
von den bereits erzeugten Strukturen in Eingriff gebracht wird.
Zum Beispiel kann das Umformwerkzeug, wenn das Strukturierungswerkzeug
zuvor entlang einer bestimmten Bahn oder Verlaufslinie mit dem Werkstück
in Eingriff gebracht wurde, auf einer parallelen, in bestimmtem
Abstand zu den schon eingeschnittenen Strukturen verlaufenden Bahn
oder Linie, die insbesondere auch dieselbe Bahn umfasst, in Eingriff
gebracht werden.
-
Nach
der Erfindung ist das Kombinationswerkzeug so ausgestaltet, dass
zunächst eine Oberflächenstruktur mit einem spanenden
Strukturierungswerkzeug hergestellt und diese Oberflächenstruktur
anschließend durch ein ebenfalls in oder an dem Kombinationswerkzeug
angeordnetes Umformwerkzeug derart umgeformt werden kann, dass die Haftfähigkeit
für Beschichtungen weiter verbessert wird. Insbesondere
können durch das Kombinationswerkzeug Hinterschnitte bzw.
hinterschnittene Vertiefungen in der Oberfläche erzeugt
werden.
-
Insbesondere
werden durch das Strukturierungswerkzeug Rillen bzw. Nuten in die
Oberfläche eingebracht. Die Begriffe ”Rillen” und ”Nuten” werden im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung synonym verwendet und bezeichnen
längliche Vertiefungen mit über die ihre Länge
hinweg im Wesentlichen konstanten Profilquerschnitt. Das nach der
spanenden Strukturierzung zwischen Rillen verbliebene Material der
ursprünglichen Oberfläche des Werkstücks
wird durch das Umformwerkzeug verformt, so dass es in Richtung der
Rillen gedrückt wird und dadurch deren Struktur bzw. Profil
in einer die Haftung von aufgebrachten Beschichtungen verbessernden
Weise modifiziert. Insbesondere können durch eine solche
Umformung Nuten mit hinterschnittenen Seitenwänden erzeugt
werden. Ein Hinterschnitt kann zum Beispiel darin bestehen, dass
eine oberflächliche Nutöffnung schmaler ist als
der darunter liegende Hohlraum. Bei einer vollständigen
Ausfüllung des Hohlraums hinter der Engstelle durch ein
Beschichtungsmaterial entsteht so eine Verkrallung bzw. ein Formschluss
zwischen der Schicht und der Oberfläche. Die Haftfestigkeit
der Schicht auf der Oberfläche wird dadurch beträchtlich
erhöht.
-
Alternativ
zu einem beidseitigen Umformen von Nutwänden kann auch
eine nur einseitige Umformung einer Nutwand erzeugt werden. Vorteilhaft könnte
zu diesem Zweck die Nut schräg eingeschnitten werden, so
dass schon ein gewisser Überhang auf einer Seite der Nut
vorhanden ist. Ein zusätzlicher Verkrallungseffekt kann
nach der Umformung der (von der Oberfläche her gesehen)
zuvor noch nicht hinterschnittenen Nutwand erzielt werden.
-
In
einer Ausführungsform der Erfindung weist das spanende
Strukturierungswerkzeug mindestens einen Schneidzahn zur Ausbildung
einer nutartigen Vertiefung in einer Oberfläche auf. Mit
einem Schneidzahn nach dieser Ausführungsform können Nuten
in eine zu bearbeitende Oberfläche eingebracht werden.
Das Zahnprofil, gesehen in Richtung der Relativbewegung zwischen
Zahn und Werkstückoberfläche, entspricht dabei
dem Profil der Rille bzw. Nut.
-
In
einer weiteren Ausführungsform weist ein Schneidzahn eines
spanenden Strukturierungswerkzeugs als Teil des Kombinationswerkzeuges
ein im Wesentlichen rechteckiges Profil auf. Mit einem solchen rechteckigen
Profil kann eine im Querschnitt rechteckige Nut in eine Oberfläche
geschnitten werden. Die seitlichen Wände der Nut sind vorteilhaft senkrecht
zur Oberfläche ausgerichtet. Mit Vorteil sind die zwei
vorstehenden Ecken des Schneidzahns mit einer Fase versehen oder
verrundet. Durch diese Maßnahme wird der Verschleiß an
den Ecken verringert. Das Werkzeug bleibt dadurch länger
einsatzfähig.
-
Nuten
mit einem im Wesentlichen rechteckigen Profil sind gemäß einer
Ausführungsform eine Vorstufe für die Herstellung
einer Oberflächenstruktur mit Hinterschnitten, wobei die
Ränder der Nut am Übergang zu der ursprünglichen
Oberfläche in Richtung des Inneren der Nut verformt werden,
um auf diese Weise einen hinterschnittenen Nutquerschnitt mit einer
verengten Nutöffnung zu schaffen.
-
Alternativ
kann ein Strukturierungswerkzeug auch einen Zahn mit einem Radius
an der Spitze aufweisen, so dass keine rechteckige Nut entsteht,
sondern eine Nut mit einem verrundeten Nutgrund. Die Herstellung
eines Hinterschnitts kann aber auf gleiche Weise wie bei einer rechteckigen
Nut erfolgen.
-
Alternativ
kann das Strukturierungswerkzeug auch so ausgebildet sein, dass
nicht nur Rillen oder Nuten geschnitten werden, sondern auch die
verbleibende ursprüngliche Oberfläche zwischen
den Nuten bearbeitet wird. Mit Vorteil werden in einer alternativen
Ausführungsform durch eine entsprechend geformtes Werkzeug
Ausnehmungen in diese Flächenabschnitte geschnitten, so
dass am Übergang von der auf diese Weise bearbeiteten Fläche
zu den Wänden von Rillen oder Nuten aufragende Abschnitte
verbleiben. Die bearbeitete Fläche kann mit einem Umformwerkzeug
eingeebnet werden, wobei das Material der aufragenden Abschnitte
in Richtung des Inneren der Rillen oder Nuten umgeformt wird. Auch dadurch
kann eine Engstelle an der Nutöffnung und damit der Hinterschnitt
hergestellt werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform weist das Strukturierungswerkzeug
wenigstens drei Schneidzähne auf, wobei die Teilung der
Schneidzähne jeweils gleich ist.
-
Der
Begriff Teilung bedeutet hier einen wiederkehrenden Abstand zwischen äquivalenten
Punkten aufeinander folgender Schneidzähne.
-
In
dieser Ausführungsform sind die Schneidzähne kammartig
nebeneinander angeordnet, so dass ein gleichzeitiger Schnitt mit
den Zähnen mehrere nebeneinanderliegende Nuten erzeugt.
-
Auf
diese Weise kann z. B. bei der Erzeugung schraubenförmig
umlaufender Nuten in einer Zylinderoberfläche der axiale
Vorschub bis auf ein Maß vergrößert werden,
das dem Produkt aus der Teilung und der Anzahl der vorhandenen Schneidzähne
entspricht. Beispielsweise ermöglicht das Vorhandensein
von fünf Schneidzähnen einen fünffach höheren
axialen Vorschub, als bei einem einzelnen Zahn für ein
gleichwertiges Ergebnis erforderlich wäre. Alternativ dazu
kann auch eine Reihe von nebeneinanderliegenden Schneidzähnen
mit dem Vorschub der einfachen Teilung eingesetzt werden. Bei dieser
Alternative ist es von Vorteil, wenn die Höhe der einzelnen
Zähne in Bezug auf einen Grund von Zahnzwischenräumen
gegen die Vorschubrichtung zunimmt. Dann wird von jedem Schneidzahn
nicht die volle Zahnhöhe als Spandicke abgenommen, sondern
nur der jeweilige Unterschied zum Nachbarschneidzahn. Die Belastung
der Schneidzähne kann dadurch erheblich gesenkt werden.
Auch Kombinationen aus den beiden genannten Varianten sind möglich.
-
Typische
Maße des Zahnprofils liegen zwischen 0,2 und 2 mm Breite
und einer maximalen Zahnhöhe von 0,5 bis 2 mm. Die gleichen
Maße gelten gegebenenfalls auch für etwaige Zahnzwischenräume,
die nach der spanenden Strukturierung Stegen zwischen in der Oberfläche
erzeugten Nuten entsprechen.
-
In
einer weiteren Alternative kann die Teilung der Schneidzähne
verdoppelt werden, wobei jedoch die Schneidzähne selbst
die gleiche Breite behalten. Um zu demselben Strukturierungsergebnis
zu kommen, können zwei solcher Werkzeuge um ein ungerades
Vielfaches der halben Teilung zueinander versetzt angeordnet werden,
so dass nur jede zweite Nut von je einem der Werkzeuge geschnitten
wird. Durch die insgesamt höhere Anzahl von Schneiden kann
die Schneidleistung erhöht erhöht, so dass der Prozess
der Oberflächenstrukturierung schneller durchgeführt
werden kann.
-
Für
jeden Schneidzahn, der eine Nut oder einen Kanal fertigbearbeitet,
kann vorteilhaft ein entsprechendes Umformwerkzeug bereitgestellt
werden, um eine maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen.
-
In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das
Umformwerkzeug ein im Wesentlichen nicht spanend mit der Oberfläche
eines Werkstückes in Eingriff bringbares Umformungselement auf,
welches, bezogen auf die Arbeitsrichtung, Oberflächenmaterial
mindestens teilweise seitlich von einem am weitesten in Richtung
des Werkstückes hervorstehenden Abschnitt des Umformwerkzeuges wegdrückt.
-
Durch
ein solches Umformwerkzeug wird die für die Haftung einer
Beschichtung wirksame Struktur der Oberfläche verbessert.
Insbesondere können durch die Umformung der Oberfläche
Hinterschnitte hergestellt werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das spanende
Strukturierungswerkzeug und das Umformwerkzeug relativ zueinander
so angeordnet, dass sie bei demselben Bearbeitungsvorgang zeitlich
nacheinander mit unmittelbar benachbarten Bereichen der Werkstückoberfläche
in Eingriff bringbar sind, wobei das spanende Strukturierungswerkzeug
dem nicht spanenden Umformwerkzeug voraneilt.
-
Durch
diese Anordnung der Werkzeuge zueinander wird ermöglicht,
zunächst Vertiefungen wie etwa Rillen oder Nuten herzustellen,
die anschließend zur Verbesserung der Haftfestigkeit einer
Beschichtung auf der Oberfläche verformt werden können,
indem die zwischen den Nuten verbliebenen Stege der Oberfläche
von dem Umformwerkzeug beaufschlagt und in Richtung der Nuten plastisch
verformt werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform sind das Umformwerkzeug
und das spanende Strukturierungswerkzeug einstückig miteinander
verbunden.
-
Ein
solches Werkzeug kann, ebenso wie das Strukturierungswerkzeug oder
Umformwerkzeug für sich allein, ebenfalls als Wendeschneidplatte
ausgeführt werden, wobei auf einer solchen Wendeschneidplatte
eine oder mehrere Kombinationen von Umformwerkzeugen und spanenden
Strukturierungswerkzeugen angeordnet sein können.
-
Zusätzlich
kann an einem Kombinationswerkzeug ein Feinbearbeitungswerkzeug
angeordnet sein, das gegebenenfalls auch mit den anderen Werkzeugelementen
einstückig verbunden ist.
-
Ein
Vorteil eines solchen Kombinationswerkzeuges ist, dass das spanende
Strukturierungswerkzeug und das Umformwerkzeug und gegebenenfalls auch
ein Feinbearbeitungswerkzeug schon bei der Herstellung des Kombinationswerkzeugs
fest zueinander beabstandet und ausgerichtet werden können. Aufwendige
Einstellarbeiten, die bei der Verwendung mehrerer einzelner Werkzeuge
in einem Kombinationswerkzeug erforderlich sein können,
entfallen damit. Die Austauschzeiten verschlissener Werkzeuge werden
dadurch verringert.
-
In
einer weiteren Ausführungsform ist das Kombinationswerkzeug
als austauschbare Wendeschneidplatte ausgebildet.
-
Eine
solche Wendeschneidplatte ermöglicht den Einsatz auf konventionellen
Werkzeugträgern und damit eine kostengünstige
Bereitstellung des Kombinationswerkzeugs. Zudem kann das Material der
Wendeschneidplatte optimal genutzt werden, indem mehrere Kombinationswerkzeuge
an verschiedenen Kanten der Wendeschneidplatte vorgesehen werden. Üblicherweise überschreiten
die Abmessungen der Bearbeitungsabschnitte der einzelnen Werkzeuge
25 mm nicht, und sie sind in mehreren Positionen einsetzbar.
-
In
einer weiteren Ausführungsform weist das Umformwerkzeug
einen Umformabschnitt mit im Wesentlichen V-förmigem Querschnitt
auf, wobei die Spitze des V von dem Umformwerkzeug weggerichtet
ist.
-
Durch
den V-förmigen Querschnitt ist es möglich, bei
einem Eingriff des Umformungswerkzeuges mit den zwischen benachbarten
Nuten verbliebenen Stegen das Material an der Oberfläche
der Stege seitlich in Richtung des Inneren der Nuten zu verdrängen.
Dadurch wird die Nutöffnung schmaler und es entsteht eine
Hinterschneidung. Dadurch wird eine Verkrallung einer Beschichtung
mit den Nuten einer solchen Oberfläche ermöglicht.
-
In
einer weiteren Ausführungsform ist das Kombinationswerkzeug
für eine rotierende Bearbeitung vorgesehen. Dies bedeutet,
dass sich das Kombinationswerkzeug entweder auf einer rotieren Oberfläche
befindet, oder mit einer rotierenden (i. a. zylindrischen) Außen-
oder Innenfläche eines Werkstückes in Eingriff
gebracht wird.
-
In
einer weiteren Ausführungsform weist das Kombinationswerkzeug
einen Werkzeugträger mit einer Drehachse auf, wobei die
an dem Werkzeugkörper fixierten Werkzeuge auf einen Umfangsabschnitt beschränkt
sind, der sich in Bezug auf die Drehachse zusammenhängend über
weniger als 180° des Umfangs erstreckt.
-
Vorteil
der Ausführungsform mit einer solchen Verteilung der Werkzeuge
auf dem Umfang ist es, dass es nach einer Bearbeitung eines Teils
einer Bohrung möglich ist, das Kombinationswerkzeug durch
Verfahren entlang der Positionierachsen einer Werkzeugmaschine,
die zu der Drehachse des Kombinationswerkzeugs senkrecht stehen,
aus dem Eingriff mit der Bohrungswand zu nehmen. Dies ist möglich,
weil die Werkzeuge nur auf der einen Hälfte des Kombinationswerkzeugs
in Eingriff stehen. Würde die gegenüber liegende
Seite ebenfalls Werkzeuge aufweisen, die im Eingriff mit der Wand
der Bohrung stehen, so wäre ein Verfahren des Kombinationswerkzeugs
in diese Richtung nicht möglich.
-
Dabei
weist die den Werkzeugen gegenüberliegende Seite des Kombinationswerkzeugs
einen kleineren Abstand zur Drehachse auf als die Bearbeitungswerkzeuge.
Die gegenüberliegende Seite kann z. B. abgeflacht oder
ausgenommen sein, oder (bei kleinerem Abstand zur Drehachse) einen
größeren Krümmungsradius aufweisen.
-
In
einer weiteren Ausführungsform sind die in dem Kombinationswerkzeug
enthaltenen Werkzeuge austauschbar.
-
Nach
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das
Kombinationswerkzeug außerdem ein spanendes Feinbearbeitungswerkzeug, welches
so angeordnet ist, dass es dem Strukturierungswerkzeug in Arbeitsrichtung
vorauseilt.
-
Durch
die Integration eines Feinbearbeitungswerkzeuges in das Kombinationswerkzeug kann
ein grob vorbearbeitetes, zu beschichtendes Werkstück in
einem einzigen weiteren Bearbeitungsschritt mit dem Kombinationswerkzeug
fertig bearbeitet werden. Das Feinbearbeitungswerkzeug übernimmt
dabei das Schlichten der vorbearbeiteten Fläche. Wenn das
Kombinationswerkzeug für Bohrungen vorgesehen ist, so kann
das Feinbearbeitungswerkzeug beispielsweise ein Schneideinsatz sein, der
für den Einsatz bei einem Ausbohrvorgang geeignet ist.
-
Das
Werkzeug für die Feinbearbeitung, soweit es vorhanden ist,
eilt dem Werkzeug für die spanende Oberflächenstrukturierung
in Bezug auf die Bearbeitung voraus und dieses wiederum eilt in
Bezug auf die Bearbeitung dem Werkzeug für die Oberflächenumformung
voraus.
-
Die
Abfolge kann beispielsweise auf einem Kombinationswerkzeug, das
als Ausbohrwerkzeug ausgestaltet ist, so erfolgen, dass ein bei
der Bearbeitung zuerst eingreifender Abschnitt das Feinbohrwerkzeug,
ein darauffolgend bei der Bearbeitung in das Werkstück
eingreifender Abschnitt das spanende Strukturierungswerkzeug und
in einem nachfolgend in Eingriff tretenden Abschnitt das Umformwerkzeug umfasst.
Die Abschnitte können beispielsweise verschiedene axiale
Positionen auf dem Ausbohrwerkzeug haben. Alternativ können
die Abschnitte auf dem Umfang in der genannten Reihenfolge entgegen der
vorgesehenen Drehrichtung des Ausbohrwerkzeugs mit annähernd
gleichen axialen Positionen angeordnet sein. Eine Kombination der
beiden vorgenannten Anordnungen ist ebenfalls möglich.
-
In
einem Kombinationswerkzeug für eine ebene Bearbeitung können
die Einzelwerkzeuge nebeneinander in der Reihenfolge Feinbearbeitungswerkzeug,
spanendes Strukturierungswerkzeug und Umformwerkzeug angeordnet
sein. Alternativ können die Werkzeuge auch hintereinander
angeordnet sein, wobei in diesem Fall das Feinbearbeitungswerkzeug
in der vorgesehenen Schnittrichtung das erste der drei Werkzeuge
ist.
-
Zur
Bearbeitung von Bohrungen, insbesondere Zylinderbohrungen von Kraftfahrzeugmotoren, kann
das Kombinationswerkzeug als Ausbohrwerkzeug ausgeführt
sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform beträgt der Winkel
zwischen den Schenkeln des V-förmigen Umformabschnitts
wenigstens 90° und höchstens 180°, vorzugsweise
wenigstens 120° und höchstens 170° und
besonders bevorzugt etwa 150°.
-
Durch
einen solchen Winkel des V-förmigen Umformwerkzeugs wird
gewährleistet, dass bei Eindringen des Umformwerkzeugs
in die Oberfläche der Stege ein plastisches Verformen,
Teilen und Aufbiegen der Oberflächenbereiche des Steges
in Richtung der Nuten erfolgt. Ein besonders geeigneter Winkel dafür
wurde bei ungefähr 150° gefunden. Die größeren
Winkel, insbesondere der Winkel von 180°, der dafür
steht, dass das Umformwerkzeug im Wesentlichen eine Ebene ohne ausgeprägte
Spitze ist, ist für die Fälle geeignet, in denen
in die Oberfläche nach außen vorstehende Strukturen
aufweist, so dass ein Nachbearbeiten mit einem ebenen Umformwerkzeug dazu
führt, dass am weitesten vorspringenden Anteile des Oberflächenprofils
gestaucht und in Richtung der Nuten verformt werden.
-
Anstelle
des V-Profils kann das Umformwerkzeug auch eine andere konvexe oder
nahezu ebene Kontur zum Beispiel mit einem Radius haben, der deutlich
größer ist als die Breite der Zähne oder Strukturelemente
des spanenden Strukturierungswerkzeuges.
-
Nach
einer weiteren Ausführungsform ist bei einer einstückigen
Ausführung des Kombinationswerkzeugs der Abstand der am
weitesten hervorstehenden Stelle des Umformabschnitts des Umformwerkzeugs
von einer Position nahe der Mitte eines Zwischenraums zwischen zwei
Schneidzähnen ein Vielfaches der Teilung der Schneidzähne.
-
Durch
eine solche Anordnung des am weitesten vorspringen Teiles eines
Umformabschnitts wird gewährleistet, dass bei der Bearbeitung
und nach einem der Teilung oder einem ganzzahligen Vielfachen der
Teilung entsprechenden Vorschub des Werkzeuges der verbleibende
Steg zwischen den von dem Strukturierungswerkzeug geschnittenen
Nuten oder dessen Ränder von dem Umformwerkzeug getroffen
werden. Der Vorschub einer Bearbeitungsmaschine, in der das Kombinationswerkzeug
verwendet wird, entspricht, soweit das Strukturierungswerkzeug mehrere
Schneidzähne aufweist, der Teilung der Schneidzähne
des Strukturierungswerkzeugs. Auf diese Weise wird durch die genannte Anordnung
des Umformwerkzeugs die gewünschte Umformung der Stege
erreicht.
-
In
einer weiteren Ausführungsform steht die am weitesten hervorstehende
Stelle des Umformabschnitts um wenigstens 0,025 mm und höchstens
2 mm gegenüber dem Zahngrund des Strukturierungswerkzeuges
aus einem Grundkörper des Umformwerkzeugs hervor. Dieser Überstand
des Umformabschnittes entspricht einer maximalen Eindringtiefe des
Umformwerkzeuges in die Werkstückoberfläche, die
erreicht wird, wenn die Schneidzähne in ihrer vollen Höhe,
d. h. bis zum Zahngrund, in die Oberfläche eindringen.
In der Praxis ist jedoch die Eindringtiefe des Umformwerkzeuges
häufig etwas geringer, wenn der Zahngrund im Allgemeinen
noch eine kleinen Abstand zur Werkstückoberfläche
hat. Bei der Kombination mit einem Feinbearbeitungswerkzeug, das
vor der Strukturierung die Oberfläche glättet
und auf ein Sollmaß bringt, ist der Überstand des
Umformwerkzeuges zweckmäßigerweise auf die durch
die Schneidkante des Feinbearbeitungswerkzeuges definierte Fläche
zu beziehen.
-
Bei
einem rotierenden Werkzeug steht also die Spitze des V-förmigen
Umformungsabschnittes in radialer Richtung um einen entsprechenden
Betrag gegenüber dem Zahngrund gegenüber der vorstehend
definierten zylindrischen Bezugsfläche in radialer Richtung
vor.
-
In
einer weiteren Ausführungsform hat die Umformschneide in
einer Projektion in eine Ebene, die die Bearbeitungsrichtung enthält
und senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche steht, eine im
Wesentlichen konvexe Form. Diese Projektionsebene entspricht bei
einem rotierenden Werkzeug im Wesentlichen einer zur Rotationsachse
senkrechten Ebene
-
Durch
diese Form kann ein Einlaufbereich und ein Auslaufbereich des Umformwerkzeugs
definiert werden. Mit dem Einlaufbereich dringt das Umformwerkzeug
nicht schlagartig, sondern allmählich bis zu einer gewissen
Tiefe in die Oberfläche (z. B. eines Steges zwischen zwei
Nuten) ein und schneidet bzw. quetscht sie auf und drückt
diese Bereiche seitlich auseinander. – Dabei werden die
entstehenden Hälften in Richtung der Nuten gedrückt
bzw. umgeformt. Der Einlaufbereich ist dadurch definiert, dass er
gegenüber der Bezugsfläche weniger hervorsteht als
ein in Bearbeitungsrichtung nachfolgender Abschnitt und kontinuierlich
in diesen übergeht, was dazu führt, dass das Umformwerkzeug
mit fortschreitender Bearbeitung einer gegebenen Stelle der Oberfläche
allmählich tiefer in diese eindringt. Der Auslauf kann,
falls gewünscht, ebenfalls gegenüber der Bezugsebene
kontinuierlich eingezogen sein.
-
In
einer weiteren Ausführungsform bestehen das Umformwerkzeug
und/oder das Strukturierungswerkzeug aus Diamant, vorzugsweise aus
polykristallinem Diamant, alternativ aus Bohrnitrit, aus Aluminiumoxid
oder aus einer anderen Schneidkeramik oder aus Hartmetall.
-
Diese
Materialien sind geeignet, um den hohen Belastungen bei der Oberflächenstrukturierung und
der Oberflächenumformung standzuhalten.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
ergeben sich sowohl aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen,
als auch aus den dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
-
1a–b
ein Umformwerkzeug nach der Erfindung in verschiedenen Ansichten
-
2a–d
verschiedene Ansichten eines einstückigen Kombinationswerkzeugs,
-
3a–e
verschiedenen Ansichten einer Kassette zur Aufnahme eines Umform-
oder -Strukturierungswerkzeugs
-
4a–d
verschiedne Ansichten einer zweiten Kassette zur Aufnahme eines
Umform- oder -Strukturierungswerkzeugs oder eines Kombinationswerkzeugs
nach der Erfindung,
-
5a zeigt
eine axiale Stirnansicht auf ein Kombinationswerkzeugs mit einzelnen
Feinbearbeitungs-, Oberflächenstrukturierungs- und Umformwerkzeugen,
-
5b eine
Seitenansicht des Kombinationswerkzeugs aus 5a,
-
6a–d
verschiedene Stadien der Herstellung einer Oberflächenstruktur,
-
7 und 8 weitere
Oberflächenstrukturen im Querschnitt nach der spanenden
Oberflächenstrukturierung und nach dem Umformen,
-
9a–d
Verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines
Umformwerkzeug es für die Umformung der Oberflächenstrukturen
aus den 7a und 8a
-
10a–c verschiedene Ansichten eines spanenden
Strukturierungswerkzeuges zur Herstellung einer Oberflächenstruktur
nach 8a,
-
2a zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt aus 2b,
welche wiederum ein erfindungsgemäßes Kombinationswerkzeug
in Form einer Wendeschneidplatte 1 und in der Draufsicht
auf die Spanflächen des Strukturierungswerkzeuges zeigt.
Eine solche Wendeschneidplatte kann beispielsweise am Außenumfang
eines rotierenden Werkzeuges angebracht werden, wie es im Falle
der 5a und 5b dargestellt
ist, wobei die Wendeschneidplatte 1 z. B. der von einer
Kassette 29 gehaltenen Platte 30 in 5a und 5b entspricht.
Sowohl die Schneidplatte nach den 2a bis
d allein als auch das rotierende Werkzeug gemäß den 5a und 5b mit
den entsprechenden Schneidplatten erfüllen die Definition
eines erfindungsgemäßen Kombinationswerkzeuges.
-
Die
Schneidplatte 1 wird in einer Kassette bzw. einem entsprechenden
Sitz eines rotierenden Werkzeuges gemäß 5a/5b beispielsweise so
angeordnet, dass die Schneid- und Umformungselemente 6, 2 am
Umfang des rotierenden Werkzeuges in axialer Richtung hintereinander
angeordnet sind.
-
Die
in 2 im Wesentlichen horizontal verlaufende,
gezahnte Bearbeitungskante verläuft also in etwa in axialer
Richtung am Umfang eines drehbaren Werkzeuges, wobei auch eine leichte
Anstellung gegenüber der Axialrichtung ohne Weiteres möglich ist.
-
Die
erfindungsgemäße Platte besteht aus zwei Abschnitten,
nämlich einem spanenden Strukturierungsabschnitt 6,
der aus mehreren Schneidzähnen 7 mit jeweils gleichem
Zahnzwischenraum 8 besteht, und einem Umformungsabschnitt
mit V-förmigem Profil, der insgesamt mit 2 bezeichnet
ist.
-
In
der Anordnung auf einem rotierendem Werkzeugträger bzw.
Kombinationswerkzeug gemäß den 5a und 5b wird
das rotierende Werkzeug beispielsweise in eine zylindrische Bohrung
in axialer Richtung eingebracht, so dass zunächst die Schneidzähne 7,
beginnend mit dem in 2a am weitesten links dargestellten
Schneidzahn, mit der Zylinderoberfläche in Eingriff kommen.
Gleichzeitig erfolgt während der Rotation des Werkzeugträgers ein
axialer Vorschub um ein Maß, welches beispielsweise dem
Mittenabstand der Zähne 7 pro Umdrehung entspricht.
Dies bedeutet, dass der erste, etwas niedrigere Zahn 7 zunächst
eine Nut geringer Tiefe in die zylindrische Oberfläche
des Werkstückes einschneidet und der nächste Zahn 7 bei
der nächsten Umdrehung in dieselbe Nut eingreift und diese
tiefer ausschneidet, wobei nacheinander alle Zähne 7 mit derselben
Nut in Eingriff kommen und letztlich die endgültige Querschnittsform
der so hergestellten Nut definieren. Die Ecken der Zähne
und auch des jeweiligen Zahngrundes sind abgerundet oder angefast, um
die Belastung der Zähne gering zu halten. Breite und Höhe
der Zähne 7 sind relativ gering und liegen typischerweise
in einem Bereich zwischen 0,1 und maximal 2 mm, ohne dass mit diesen
Maßangaben eine Beschränkungsabsicht verbunden
ist. Auch die Breite der Zähne und die Breite der Zahnzwischenräume
liegt in etwa in der gleichen Größenordnung, d.
h. zwischen 0,1 mm und 2 mm. Insbesondere kann das Verhältnis
von Breite zu Höhe der Zähne 7 sowie das
Verhältnis von Breite zu Höhe der Zahnzwischenräume 8 bei
1:1 liegen und insgesamt in einem Bereich von 1:3 bis 3:1 schwanken.
-
Bei
der spanenden Bearbeitung der zylindrischen Oberfläche
durch die Zähne 7 entstehen also Nuten mit näherungsweise
rechteckigem Querschnitt und dazwischen verbleibende Stege, die
ebenfalls einen näherungsweise rechteckigen Querschnitt
haben. Nach entsprechendem Vorschub tritt schließlich auch
der im Profil V-förmige Umformungsabschnitt 2 mit
der Oberfläche des Werkstückes in Eingriff. Dabei ist
der axiale Abstand von der Spitze des V-Profils zu dem letzten der
vorangehenden Zähne 7 so bemessen, dass die V-förmige
Spitze nach einem axialen Vorschub der einem ganzzahligen Vielfachen
der Zahnteilung entspricht in etwa mit der Mitte der Oberfläche
eines zwischen zwei benachbarten Nuten verbliebenen Steges in Eingriff
tritt.
-
Die 2d zeigt
einen Schnitt durch das Umformungswerkzeug 2 entlang der
Linie A-A in 2a. Auch wenn in 2d nicht
erkennbar, so hat das V-Profil in Umfangsrichtung eine gewisse Länge und
die Höhe des V-Profils, bezogen auf den Grund 9 zwischen
den Zähnen 7 und dem Umformungsabschnitt 2,
welcher auch dem Grund der Zahnzwischenräume 8 entspricht,
wächst vorzugsweise von einem kleinen Anfangswert aus an,
verläuft über ein Maximum und fällt anschließend
wieder ab, so dass das V-Profil während der weiteren Bearbeitung
zunächst nicht mit seiner maximalen Profiltiefe, sondern
mit einer geringeren Anfangsprofiltiefe und anschließend
der vollen Profiltiefe in die Oberfläche des Werkstücks
eindringt und dabei aufgrund der V-Form das oberflächliche
Material des Werkstücks, konkret das Material einer Schicht
nahe der Oberfläche der zwischen den Nuten verbliebenen
Stege, seitlich weg- und in die Nuten hineindrückt. Die
Schraffur zeigt einen aus polykristallinem Diamant bestehenden Bereich.
-
Die 1a und 1b zeigen
ein anderes, als Platte ausgebildetes Werkzeug, welches ausschließlich
einen Umformungsabschnitt aufweist, wie er im Prinzip in 2d als
Teil eines Kombinationswerkzeuges wiedergegeben ist, wobei 1a eine Frontansicht
in Arbeitsrichtung und 1b eine der 2 entsprechende
Seitenansicht ist. Auch hier erkennt man den konvexen Verlauf des
Grates des V-förmigen Profils 2. Eine solche Furchungsplatte könnte
demnach als getrenntes Werkzeug an einem Kombinationswerkzeug gemäß 5a, 5b angeordnet
sein, welches unabhängig von der in 1 dargestellten
Platte auch noch andere Platten oder Werkzeuge aufweist, welche
entsprechende feine, nutartige Strukturen mit entsprechenden Schneidzähnen
erzeugen.
-
Es
versteht sich, dass bei der Verwendung mehrerer Schneidzähne,
seien sie nun an ein und demselben Werkzeug angeordnet oder auf
verschiedene Werkzeuge verteilt, der Vorschub auch ein Mehrfaches
des Teilungsabstandes T sein kann, wobei jeweils andere Zähne
die zueinander benachbarten Nuten erzeugen. In analoger Weise könnten
auch mehrere Verformungsabschnitte 2 oder entsprechende
Verformungsplatten gemäß 1a, b
an entsprechenden Positionen verwendet werden, die, ähnlich wie
bei einem mehrgängigen Gewinde, jeweils den Steg zwischen
zwei anderen benachbarten Nuten bearbeiten würden.
-
Bei
einer Anordnung des spanenden Strukturierungswerkzeuges und des
Umformwerkzeuges an verschiedenen Umfangspositionen des rotierenden
Werkzeugträgers ist die oben definierte axiale Position
des Umformwerkzeuges relativ zu den spanenden Zähnen selbstverständlich
um ein Maß zu korrigieren, das dem axialen Vorschub des
Werkzeuges bei einer Rotation um den Differenzwinkel zwischen Strukturierungs-
und Umformwerkzeug entspricht.
-
Weiterhin
können an einem entsprechenden Bearbeitungswerkzeug neben
den Oberflächenstrukturierungselementen und Umformungselementen auch
andere Bearbeitungsabschnitte angeordnet sein, wie z. B. ein Feinbearbeitungs-
bzw. Glättungswerkzeug, welches die Oberfläche
für die Herstellung einer entsprechenden Struktur vorbereitet
und/oder bei der Bearbeitung einer zylindrischen Oberfläche einen
geeigneten Durchmesser herstellt. Bei dem in 5a dargestellten
Werkzeug könnte also beispielsweise die Schneidplatte 7 eine
herkömmliche Wendeschneidplatte zur Feinbearbeitung bzw.
zum Schlichten einer zylindrischen Oberfläche sein, die Schneidplatte 30 könnte
ein Strukturierungswerkzeug für spanende Bearbeitung sein
und die Platte 32 könnte schließlich
ein Umformungswerkzeug sein. Dabei können die jeweiligen
Bearbeitungswerkzeuge bzw. Platten 27, 30 und 32 jeweils
auch in axialer Richtung zueinander versetzt sein, um sicherzustellen,
dass sie in der richtigen Bearbeitungsreihenfolge mit der Werkstückoberfläche
in Eingriff treten, d. h. dass zunächst eine Glättung
bzw. Feinbearbeitung der Oberfläche durch die Platte 27 erfolgt,
anschließend die Struktur gemäß einer
entsprechenden gezahnten Platte 30 erzeugt wird und schließlich
eine Umformung durch den Umformungsabschnitt 32 stattfindet.
-
In
der 3a ist eine Kassette 13 für
die Aufnahme eines einstückigen Kombinationswerkzeugs, eines
spanenden Strukturierungswerkzeugs oder eines Umformwerkzeugs dargestellt.
Eine Aussparung 12 zur Aufnahme eines Werkzeuges befindet
sich in der Abbildung in der oberen linken Ecke der Kassette 13.
Im rechten Teil der Kassette 13 befindet sich ein Gewinde 14,
das beispielsweise einen Gewindestift aufnehmen kann, mit dem eine
Einstellung der Kassette 13 gegenüber einem Träger
der Kassette 13 vorgenommen werden kann.
-
In
der 3b ist eine Draufsicht der Kassette 13 aus 3a dargestellt.
In dieser Ansicht ist zu sehen, dass die Kassette 13 zusätzlich
zu der Gewindebohrung 14 zwei weitere Gewindebohrungen 15 enthält,
die zur Verstellung der Position der Kassette 13 dienen.
-
In 3c ist
eine Frontansicht der Kassette 13 mit einem Ausbruch dargestellt.
In dem Ausbruch im oberen Teil der Figur ist die Gewindebohrung 15 dargestellt.
-
In 3d ist
die gleiche Frontansicht wie in 3c zu
sehen, die jedoch ohne Ausbruch dargestellt ist.
-
In 3e ist
ein Schnitt A-A gezeigt, der durch die Befestigungsbohrung 16 der
Kassette 13 verläuft.
-
In 4a ist
eine weitere Kassette zur Aufnahme eines Kombinationswerkzeuges
nach der Erfindung oder eines Strukturierungswerkzeuges nach der
Erfindung oder eines Umformwerkzeuges nach der Erfindung in einer
Seitenansicht dargestellt. Die Kassette ist weitgehend identisch
mit der Kassette aus den 3a bis 3e.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet.
-
Der
Unterschied zu der Kassette aus den 3a bis 3e besteht
in der Anordnung des Werkzeugs in der Kassette. Während
in den 3a bis 3e die
Spanfläche eines Strukturierungswerkzeugs oder die entsprechende
Frontfläche eines Umformwerkzeugs, die im Wesentlichen
in derselben Ebene liegt, wie die Spanfläche des Strukturierungswerkzeugs,
parallel zu der Oberfläche 21 der Kassette liegt,
liegen die Spanfläche bzw. die Frontfläche in der
Kassette nach den 4a bis 4d parallel
zu der Oberfläche 22 der Kassette. Die Aufnahme 12 für das
Werkzeug in der Kassette 13, die in der 4a oben
links dargestellt ist, ist dementsprechend gegenüber der
Aufnahme 12 in der 3a um
90° verdreht angeordnet. Entsprechend ist auch die Gewindebohrung 17 in 4a im
Vergleich zu der Gewindebohrung 17 in 3a um
90° verdreht. Der Zweck dieser verdrehten Anordnung des
Werkzeugs ist es, zu ermöglichen, die Bearbeitungsabschnitte
der Werkzeuge an anderen Stellen des Umfangs der jeweiligen Werkzeuggrundkörper
anzuordnen. Beispielsweise kann ein Umformwerkzeug, wie es in 9 dargestellt ist, in eine Kassette nach 3 eingesetzt werden, und diese in einen
Träger der Kassette eingebaut werden. Wird ein Werkzeug
nach 2 in eine Kassette nach 4 eingebaut und diese im selben Träger
eingebaut, so haben die Umformwerkzeuge jeweils die gleiche Anordnung
und Bearbeitungsrichtung.
-
Die
weiteren Merkmale der Kassette, insbesondere die Gewindebohrungen 14 und 15,
die Befestigungsbohrung 16, die Fase 19 und die
Ausnehmung 18 an der Aufnahme 12 sind mit denen
in den 3a bis 3e identisch.
Auf eine gesonderte Beschreibung, auch der 4b bis 4d,
wird verzichtet.
-
In 5a ist
ein Kombinationswerkzeug dargestellt, das einen Werkzeugträger 25 mit
drei Bearbeitungswerkzeugen aufweist. Eine erste Kassette 26 trägt
ein Feinbearbeitungswerkzeug 27. Der Werkzeugträger 25 enthält
eine weitere Kassette 29 mit einem Strukturierungswerkzeug 30.
Eine weitere Kassette 31, enthält ein Umformwerkzeug 32.
Die Kassetten 26, 29 und 31 sind jeweils über
in Gewindebohrungen eingreifende Schrauben mit dem Werkzeugträger 25 verschraubt.
Die drei Bearbeitungswerkzeuge sind auf einem Abschnitt des Umfangs angeordnet,
der etwa einem Winkel von 150° entspricht. Maßgeblich
sind dabei die Eingriffsstellen der Werkzeuge. Die Ausnehmungen
weisen einen verrundeten Grund auf und erstrecken sich jeweils über 20
bis 40° des Umfangs, vorzugsweise etwa über 35° des
Umfangs.
-
Das
dargestellte Kombinationswerkzeug führt sowohl die Bohrungsfeinbearbeitung,
als auch eine vollständige Oberflächenstrukturierung
und -umformung von hinterschnittenen Nuten in einem Arbeitsgang
durch. Die Herstellung der hinterschnittenen Nuten erfolgt dabei
durch schraubenförmige Bearbeitung der Oberfläche.
Dies bedeutet, dass der Vorschub bei der Bearbeitung auf die Ausgestaltung und
relative Positionierung der Werkzeuge abgestimmt sein muss oder
umgekehrt die Positionen dem gewünschten Vorschub pro Umdrehung
anzupassen sind.
-
Eine
radiale Ausnehmung 34 auf der den Werkzeugen 27, 30 und 32 gegenüber
liegenden Seite ermöglicht, dass das Kombinationswerkzeug 25 nach
beendeter Bearbeitung aus dem Eingriff genommen wird, indem das
Werkzeug relativ zu der Bohrung 35 in Richtung der Ausnehmung 34 verfahren
wird, so dass es einfach axial aus der Bohrung heraus gezogen werden
kann.
-
In 5b ist
eine Seitenansicht des Kombinationswerkzeugs aus 5a gezeigt.
Das in 5b links erkennbare Anschlußende 36 wird
in einer Werkzeugmaschine aufgenommen. Am gegenüberliegenden
Ende des Kombinationswerkzeugs 25 sind die Kassetten 26, 29 und 31 angeordnet,
die jeweils die Werkzeuge 27, 30 und 32 tragen.
In der 5b sind davon nur die Kassetten 26 und 29 sowie
die Werkzeuge 27 und 30 zu sehen. Die Werkzeuge
und 27 und 30 befinden sich jeweils auf einer ausgestellten
Ecke der Kassetten 26 und 29, so dass sie über
die Kontur des Schafts 37 des Kombinationswerkzeugs 25 hinaus
hervorstehen. Dadurch wird die Bearbeitung über eine Tiefe
ermöglicht, die der Länge des Schafts 37 entspricht.
-
In
den Kassetten sind die Gewindebohrungen 14 und 15 zum
Einstellen der Position der Kassette in Bezug auf das Kombinationswerkzeug 25 eingebracht.
Die Kassetten umfassen außerdem Befestigungsbohrungen 16,
die mit einer Zylindersenkung zur Aufnahme eines Schraubenkopfes
versehen sind.
-
In
den 6a bis d sind verschiedene Stadien der Bearbeitung
einer Oberfläche 40 mit einem Strukturierungswerkzeug 41 dargestellt.
In 6a erkennt man ein Strukturierungswerkzeug mit
zwei Schneidzähnen 42, die mit Oberfläche 40 in
Eingriff stehen. Die Schneidzähne 42 sind Teil
eines Bereichs 43 aus einem harten Schneidstoff, z. B.
aus polykristallinem Diamant (PKD). Die Schneidzähne 42 sind
dabei jeweils deutlich schmaler als der Zahnzwischenraum 44,
z. B. sind die Zahnzwischenräume etwa dreimal so breit
wie die Schneidzähne. Die Zahnhöhe ist etwa so
groß wie die Zahnbreite. Alternative Geometrien sind zusätzlich
denkbar.
-
In 6b ist
ein weiterer Bearbeitungsschritt mit dem Strukturierungswerkzeug 41 dargestellt.
Das Strukturierungswerkzeug 41 kann alternativ auch ein zweites
Strukturierungswerkzeug sein, dass eine identische Anordnung und
Geometrie der Schneidzähne 42 hat. Die Schneidzähne 42 befinden
sich wiederum in Eingriff mit der Oberfläche 40,
wobei die Schneidzähne 42 in Bezug auf den Eingriff
der Schneidzähne 42 aus 6a um
die halbe Teilung der Schneidzähne 42 in Richtung
der zu bearbeitenden Oberfläche versetzt sind. In der Oberfläche 40 entsteht
durch diese zweite Bearbeitung eine gleichmäßige
Rillenstruktur mit Rillen, die eine Breite aufweisen, die etwa der
Tiefe entspricht, und die eine Teilung von der Größe
der halben Teilung der Zähne des Strukturierungswerkzeugs 41 aufweisen.
-
In 6c ist
ein Umformwerkzeug 45 gezeigt, das im Eingriff mit einer
Oberfläche 40 steht. Das Umformwerkzeug 45 weist
zwei Umformschneiden 46 auf. Deren Spitzen 47 dringen
in die Oberfläche zwischen jeweils einem Steg 48 ein
und verformen diesen. Die Umformschneiden 47 haben dabei die
gleiche Teilung wie die Schneidzähne 42 des Strukturierungswerkzeugs 41.
Der obere Teil der Stege 48 wird dabei durch die Umformschneiden 47 gespalten
und das Material in Richtung der zwischen den Stegen 48 liegenden
Rillen gedrückt. Schon nach dieser Bearbeitung weisen alle
Rillen einen Hinterschnitt auf.
-
In 6d ist
dasselbe oder ein identisches Umformwerkzeug 45 im Eingriff
mit der Oberfläche 40 gezeigt. Der Eingriff findet
nun um die halbe Teilung der Umformschneiden 47 in Richtung
der zu bearbeitenden Oberfläche versetzt statt, so dass
die in dem in 6c gezeigten Bearbeitungsschritt
noch nicht bearbeiteten Stege ebenfalls bearbeitet werden. Auf diese
Weise werden alle Stege in ihrem oberen Teil in der Mitte gespalten
und Material in Richtung der dazwischenliegenden Rillen gedrückt.
Auf diese Weise wird der Hinterschnitt an den Rillen beidseitig
realisiert, so dass ein Verkrallungseffekt beim Aufbringen einer
Beschichtung sehr wirksam ist.
-
In 7a ist
eine strukturierte Oberfläche gezeigt, die mit einem spanenden
Strukturierungswerkzeug nach der Erfindung bearbeitet wurde. In der
Figur sind nebeneinanderliegend tiefe Einschnitte 50 und
flache Einschnitte 49 im Wechsel zu erkennen. Die Einschnitttiefe
der Vertiefungen liegt in der Größenordnung von
einigen zehntel Millimetern bis einem halben zehntel Millimeter.
Die Strukturen in der Oberfläche können mit einem
herkömmlichen Zerspanungswerkzeug mit einer Geometrie hergestellt werden,
die das Gegenstück zu der abgebildeten Kontur darstellen.
Für die tiefen Einschnitte 50 und die flachen
Einschnitte 49 können auch voneinander getrennte
Werkzeuge verwendet werden.
-
In 7b ist
eine Oberflächenstruktur aus der 7a nach
der Umformung dargestellt. Als Umformungswerkzeug wird ein Werkzeug
mit einem ebenen Umformabschnitt verwendet. Dieses ebnet Spitzen
am Übergang zwischen den flachen und den tiefen Ausnehmungen
ein, wobei das Material so umgeformt wird, dass sich eine Verengung 55 des
Eingangs in die tiefen Einschnitte 50 ergibt. Auf diese Weise
entstehen Hinterschnitte in der Oberflächenstruktur. Die
Einebnung durch das Umformwerkzeug kann mit der Teilung der Vertiefungen
erfolgen. Alternativ kann es davon unabhängig die Oberfläche
bearbeiten.
-
In 8a ist
eine weitere Oberfläche mit einer Oberflächenstruktur
dargestellt. Dabei handelt es sich wie in der 7 um
eine Struktur mit Rillen 51 und Stegen 52. Die
Stege sind an der Oberfläche 53, die aus dem Werkstück
herauszeigt, mit einem Winkel angeschrägt. Der Winkel beträgt
vorzugsweise 5 bis 15°. Ein Werkzeug, mit dem die abgebildete
Kontur hergestellt werden kann, hat zweckmäßig
die entsprechende Gegenkontur. Dies kann aus einem Abschnitt bestehen,
der nur eine Rille und einen Steg erzeugt, alternativ jedoch auch
einen größeren Abschnitt der Gegenkontur aufweisen.
-
In 8b ist
die Oberflächenstruktur aus der 8a nach
einem Umformschritt dargestellt. Das Umformen erfolgt wie im Beispiel
in 7 mit einem Werkzeug, das einen
ebenen Umformabschnitt aufweist. Dieses wird entlang der Oberfläche
geführt und ebnet die schrägen Oberflächen 53 der
Stege 52 ein, so dass das Material der Stege 52 in
Richtung der Rillen 51 verschoben wird. Dadurch entsteht
ein Überhang 54, der einen Hinterschnitt an der
Rille 51 bewirkt. Dieser Hinterschnitt ermöglicht,
dass sich eine Beschichtung in der Oberfläche verkrallen
kann und eine gute Haftfestigkeit aufweist.
-
In 9a ist
ein Umformwerkzeug gezeigt. Es hat eine im Wesentlichen quadratische
Kontur mit einer Durchgangsbohrung in der Mitte. An jeder der vier
Ecken der Kontur ist eine Fase vorhanden, die jeweils einen Umformabschnitt 63 des
Umformwerkzeugs 61 darstellt. Durch die symmetrische Form
des Umformwerkzeugs 61 kann es wie eine Wendeschneidplatte
verwendet werden und in mehreren, jeweils um 90° zueinander
verdrehten Positionen auf einem Werkzeughalter montiert werden.
-
9b zeigt
einen Querschnitt durch das Umformwerkzeug 61 aus 9a.
Um die Symmetrieachse herum ist die Durchgangsbohrung 62 angeordnet.
Die Durchgangsbohrung besteht aus drei Abschnitten, einem in der
Figur links dargestellten zylindrischen Abschnitt 69, einem
sich nach rechts in der Figur aufweitenden Abschnitt 71 mit
Glockenkontur und einem am Austritt gelegenen kegelförmigen
Abschnitt 72. In dem Abschnitt mit Glockenkontur kann ein
Schraubenkopf untergebracht werden, der Kräfte auf das
Umformwerkzeug ausübt, so dass dieses in seine Aufnahme
an einem Werkzeughalter gepresst wird.
-
In 9c ist
eine Ansicht in die Diagonale des Umformwerkzeugs 61 gezeigt.
In der Mitte der Kontur liegt im Wesentlichen in der Papierebene
der Umformabschnitt 63. Dieser hat in Richtung der Seite des
Umformwerkzeugs 61, auf der der Schraubenkopf aufgenommen
werden kann, eine zunehmende Breite. Der Umformabschnitt ist im
Wesentlichen eben, d. h. ohne eine Furchschneide, ausgeführt.
-
In 9d ist
das Umformwerkzeug aus den 9a, 9b und 9c perspektivisch
dargestellt. Die Seite, auf der ein Schraubenkopf aufgenommen werden
kann, weist nach oben. Dies bedeutet, dass das Umformwerkzeug in
der gezeigten Ansicht durch die Schraube nach unten in die Aufnahme an
einem Werkzeughalter gepresst wird. An den vier kurzen Kanten des
Werkzeugs befinden sich jeweils Umformabschnitte 63. An
dem in der Figur auf den Betrachter gerichteten Umformabschnitt
lässt sich erkennen, dass dessen Breite in Richtung der
Aufnahme für den Schraubenkopf breiter wird. Dies ist dadurch
bedingt, dass der Umformabschnitt in Richtung der Aufnahme für
den Schraubenkopf leicht schräg zur Richtung der ursprünglichen
Form der Kante, an der er sich befindet, in das Werkzeug eingebracht
ist. Der Abschnitt in Richtung der Aufnahme für den Schraubenkopf
mit nicht konstanter Breite stellt daher einen Einlauf in den Umformabschnitt
dar. Beim Überstreichen einer Oberfläche werden
von dem zunehmend hervorstehenden Abschnitt während des Überstreichens
in Richtung der Oberfläche gedrückt.
-
Der
restliche Teil des Umformabschnitts 63 hat dagegen eine
parallele Außenkontur, was bedeutet, dass es sich hierbei
um einen Auslaufabschnitt handelt, der keine Wirkung auf die Verformung
der Oberfläche ausübt. Durch diese Anordnung des
Umformabschnitts 63 in Bezug auf die Aufnahme des Schraubenkopfes
und damit auch auf den Werkzeughalter bedingt, dass die Umformkräfte
ebenfalls im Wesentlichen in Schraubenrichtung wirken und das Umformwerkzeug
fester in seinen Sitz drücken. Dies führt zu optimaler
Steifigkeit der Befestigung des Umformwerkzeugs 61.
-
In 10a ist ein Strukturierungswerkzeug 65 nach
der Erfindung gezeigt. Es ist für die Herstellung einer
Oberflächenstruktur geeignet, die in 8a schematisch
dargestellt ist.
-
In 10a ist eine rautenförmige Wendeschneidplatte
gezeigt, an deren spitzen Ecken ein Bearbeitungsabschnitt 65 für
die Oberflächenstrukturierung angeordnet ist. In der Mitte
des Strukturierungswerkzeugs 64 ist eine Befestigungsbohrung 66 angeordnet.
-
In 10b ist ein Querschnitt durch die Längsachse
des Strukturierungswerkzeugs 64 aus 10a dargestellt.
An den kurzen Seiten der rechteckigen Kontur, in der 10b oben und unten, ist der Bearbeitungsabschnitt 65 dargestellt.
Man erkennt, dass sich die Zähne über die gesamte
Dicke des Strukturierungswerkzeugs 64 erstrecken. Die Befestigungsbohrung 66 besteht
aus drei Abschnitten, wobei der in der Darstellung links abgebildete
zylinderförmige Abschnitt 73 einen Schraubenschaft aufnimmt.
Mittig in dem Strukturierungswerkzeug 64 liegt ein sich
aufweitender Abschnitt mit Glockenkontur 74 der Befestigungsbohrung 66,
an den sich ein entsprechend geformter Schraubenkopf anlegt, um die
Befestigungskräfte auf das Strukturierungswerkzeug 64 zu übertragen.
An den mittleren Abschnitt 74 schließt sich ein
leicht konischer Abschnitt 75 an, der bis zur äußeren
Oberfläche des Strukturierungswerkzeugs 64 rechts
in der 10b reicht.
-
In 10 ist eine Vergrößerung
des Bearbeitungsabschnitts 65 des Strukturierungswerkzeugs 64 gezeigt.
-
Das
Profil umfasst Schneidzähne 67 und Zahnzwischenräume 68.
Der Grund der Zahnzwischenräume 68 ist gegenüber
der Flucht der Zahnspitzen jeweils verkippt. Die Richtung der Verkippung und
ihr Winkel ist in allen Gründen der Zahnzwischenräume 68 gleich.
Die Übergänge der Gründe der Zahnzwischenräume 68 zu
den Zahnflanken sind mit einem Radius verrundet. Der Übergang
von den Zahnflanken zu den Schneiden an Spitzen der Zähne 67 ist
ebenfalls mit einem Radius verrundet. Die Schneiden der Spitzen
der Schneidzähne 67 sind fluchtend zueinander
angeordnet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kombinationswerkzeug
- 2
- Umformabschnitt
- 3
- Abschnitt
- 4
- Grundkörper
- 5
- Aufnahmebohrung
- 6
- Strukturierungswerkzeug
- 7
- Schneidzähne
- 8
- Zahnzwischenräume
- 9
- ebene
Fläche
- 10
- Umrisslinie
- 11
- Konturlinie
- 12
- Aufnahme
- 13
- Kassette
- 14
- Gewindebohrung
- 15
- Gewindebohrung
- 16
- Befestigungsbohrung
- 17
- Gewindebohrung
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Fase
- 20
- Wand
- 21
- Oberfläche
- 22
- Oberfläche/Außenfläche
- 23
- Fläche
- 25
- Kombinationswerkzeug
- 26
- Kassette
- 27
- Feinbearbeitungswerkzeug
- 28
- Gewindebohrung
- 29
- Kassette
- 30
- Strukturierungswerkzeug
- 31
- Kassette
- 32
- Umformwerkzeug
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Ausnehmung
- 35
- Bohrung
- 36
- Anschlussvorrichtung
- 37
- Schaft
- 40
- Oberfläche
- 41
- Strukturierungswerkzeug
- 42
- Schneidzähne
- 43
- Bereich
aus Schneidstoff
- 44
- Zahnzwischenraum
- 45
- Umformwerkzeug
- 46
- Umformschneiden
- 47
- Spitzen
- 48
- Steg
- 49
- flache
Einschnitte
- 50
- tiefe
Einschnitte
- 51
- Rillen
- 52
- Stege
- 53
- Oberflächen
- 54
- Überhang
- 55
- Verengung
- 61
- Umformwerkzeug
- 62
- Durchgangsbohrung
- 63
- Umformabschnitt
- 64
- Strukturierungswerkzeug
- 65
- Strukturierungswerkzeug/Bearbeitungsabschnitt
- 66
- Befestigungsbohrung
- 67
- Schneidzähne
- 68
- Zahnzwischenräume
- 69
- zylindrischer
Abschnitt
- 70
- Umformwerkzeug
- 71
- Abschnitt
mit Glockenkontur
- 72
- kegeliger
Abschnitt
- 73
- zylinderförmiger
Abschnitt
- 74
- Abschnitt
mit Glockenkontur
- 75
- kegelförmiger
Abschnitt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
