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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe und ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche, insbesondere einer Bremsscheibe, wobei zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer Beschichtung auf der Oberfläche diese aufgerauht wird, indem in die Oberfläche mindestens eine Vertiefung eingebracht wird, deren Breite mit zunehmender Tiefe der Vertiefung zunimmt und mittels diesem Hinterschnitt eine formschlüssige Verbindung zwischen Bremsscheibe und Beschichtung erzeugt wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schneidwerkzeug zur Erzeugung mindestens einer Vertiefung in einer Oberfläche, insbesondere in der Oberfläche einer Bremsscheibe vorgeschlagen, wobei das Schneidwerkzeug mindestens eine Vertiefung in der Oberfläche dergestalt erzeugt, dass die Breite dieser Vertiefung mit zunehmender Tiefe zunimmt. Hierzu weist das Schneidwerkzeug mindestens zwei Schneidkanten auf, wobei die beiden Schneidkanten in einem Neigungswinkel zur Senkrechten der Werkstückoberfläche aufweisen und beide Schneidkanten gleichzeitig in orthogonaler Richtung eine gemeinsame Ebene bilden.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für thermische Beschichtungsprozesse wie dem Flammspritzen oder dem Plasmaspritzen die Oberflächen vor dem Beschichten einer Aktivierung zu unterziehen. Diese Aktivierung besteht im Normalfall aus einem Aufrauhen der Oberfläche, indem die Oberfläche mit druckbeaufschlagten Abrasivpartikeln, insbesondere mit scharfkantigen Partikeln wie Edelkorund bearbeitet wird. Dieser Schritt wird auch als Strahlspanprozess bezeichnet.
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Derartige Strahlspanprozesse haben den Nachteil, dass die erzeugten Oberflächenbeschaffenheiten nicht exakt reproduzierbar sind und damit verbundenen Haftfähigkeiten der Beschichtungen großen Schwankungen unterliegen können, was für Großserienfertigungen nicht geeignet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, eine exakt reproduzierbare Oberflächenaktivierung zu schaffen, um Oberflächenbeschichtungen mit möglichst geringen Schwankungen der Prozeßparameter auf die aktivierten Oberflächen aufzubringen.
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Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dabei besteht die Erfindung aus einem Werkstück, insbesondere einer Bremsscheibe, das die erfindungsgemäße Oberflächenaktivierung aufweist, weiterhin aus einem Verfahren zur Oberflächenaktivierung und aus einem Werkzeug, insbesondere einem Schneidwerkzeug zur Durchführung der Oberflächenaktivierung auf Werkstückoberflächen.
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Das Werkstück, insbesondere die Bremsscheibe, mit der erfindungsgemäßen Oberfläche, zeigt dabei zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer Beschichtung auf der Oberfläche eine Strukturierung auf, wobei die Strukturierung der Oberfläche mindestens eine Vertiefung aufweist, deren Breite mit zunehmender Tiefe der Vertiefung zunimmt. Hierdurch ist es möglich, eine formschlüssige Verbindung zwischen einer anschließend aufzubringenden Beschichtung und dem Werkstück zu erzeugen, wobei die formschlüssige Verbindung eine exakte Reproduzierbarkeit aufweist.
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Vorteilhafterweise weist die mindestens eine Vertiefung ein Querschnittsprofil in Schwalbenschwanzform auf, wodurch eine Formschlüssigkeit entsteht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die mindestens eine Vertiefung in Form eines oder mehrerer konzentrischer Kreise oder in Form einer spiralförmigen Vertiefung, ähnlich der Rille einer Schallplatte aufweist. Dadurch wird es möglich, die Oberflächenaktivierung durch eine spanende Materialbearbeitung, insbesondere einen Drehprozeß, durchzuführen, wobei die Oberflächenaktivierung sehr schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Dicke der aufzutragenden Beschichtung größer als die Tiefe der mindestens einen Vertiefung, so dass nach dem Beschichtungsprozeß die Vertiefung vollständig mit Beschichtungsmaterial ausgefüllt ist und eine vollständig ebene Oberfläche entsteht.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Beschichtung aus einem Material mit hoher Abriebfestigkeit besteht und die Oberfläche, insbesondere die Oberfläche der Bremsscheibe, sehr verschleißfest wird. Besonders vorteilhaft wird die Oberflächenaktivierung mittels mindestens einer Vertiefung, die eine formschlüssige Verbindung zwischen der Beschichtung und der Bremsscheibe erzeugt, an den Bereichen der Bremsscheibe durchgeführt, an denen die beschichtete Bremsscheibe später in Kontakt mit den Bremsbelägen kommt.
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Im Rahmen der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche, insbesondere der Oberfläche einer Bremsscheibe, vorgesehen, zur Erhöhung der Haftung einer Beschichtung auf der Oberfläche, wobei auf der Oberfläche mindestens eine Vertiefung eingebracht wird, deren Breite mit zunehmender Tiefe zunimmt. Damit wird erfindungsgemäß die Formschlüssigkeit zwischen der Werkstückoberfläche und der Beschichtung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise wird die mindestens eine Vertiefung mittels spanender Materialbearbeitung erzeugt, insbesondere mittels Drehen.
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Vorteilhafterweise wird die mindestens eine Vertiefung in mehreren Schritten erzeugt. Nach dem Einstechen des Drehwerkzeugs in die Materialoberfläche wird in einem ersteren Schritt eine erste Hinterschneidung auf der ersten Seitenflanke der Vertiefung erzeugt, indem das Drehwerkzeug in eine linke, erstere Richtung gegenüber dem Werkstück bewegt wird und damit die erste Hinterschneidung erzeugt wird. In einem zweiteren Schritt wird eine zweite Hinterscheidung auf der gegenüberliegenden Seitenflanke der Vertiefung erzeugt, indem das Schneidwerkzeug in eine rechte, zweitere Richtung bewegt wird, die der ersteren Richtung entgegengesetzt ist. Durch diesen Schritt wird eine weitere Hinterschneidung erzeugt. Nachdem das Schneidwerkzeug in eine mittlere Position bewegt wurde und vom dem Werkstück entfernt wurde, verbleiben zwei Hinterschnitte, die gemeinsam eine Vertiefung erzeugen, deren Breite mit zunehmender Tiefe zunimmt und ein schwalbenschwanzförmiges Profil aufweist. Durch die beiden entgegengesetzt angebrachten Hinterschnitte wird eine Formschlüssigkeit mit der später aufgebrachten Beschichtung erzeugt, die die Beschichtung untrennbar mit dem Werkstück verankert.
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Vorteilhafterweise werden mehrere Vertiefungen mit einem einzigen Werkzeug zeitgleich erzeugt, indem ein Schneidwerkzeug mit mehreren gleichartigen, nebeneinander angeordneten kammförmigen Schneidkanten verwendet wird. Hierdurch ein Mehrfachnutzen erzielt, indem in einem einzigen Arbeitsschritt eine Vielzahl benachbarter, gleichartiger Vertiefungen erzeugt wird, wodurch die Oberflächenaktivierung schneller und damit kostengünstiger durchgeführt werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Schneidwerkzeug mit sogenannten Standard-Schneidplättchen verwendet werden kann, da hierdurch eine kostengünstige Herstellung und Wartung des Werkzeugs erreicht wird und hierdurch ebenfalls eine schnelle Oberflächenaktivierung durchführen läßt. Hierzu ist ein Werkzeug mit mehreren, insbesondere zwei Schneidkanten, vorgesehen, bei dem die abgestimmten Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück auf die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks so abgestimmt ist, dass mit einer ersten Schneidkante des Werkzeugs eine erste Hinterschneidung auf der ersten Seitenflanke der Vertiefung erzeugt wird und gleichzeitig mit einer zweiten Schneidkante des Werkzeugs eine zweite Hinterscheidung auf der gegenüberliegenden Seitenflanke der Vertiefung erzeugt wird. Dabei sind die beiden Hinterschneidungen aufgrund der abgestimmten Vorschubgeschwindigkeit so angeordnet, dass diese zusammen eine gemeinsame Vertiefung ausbilden, wobei das die breite des Querschnittsprofils der Vertiefung mit zunehmender Tiefe zunimmt und wiederum ein schwalbenschwanzförmiges Querschnittsprofil ausbildet. Dabei werden die erste Hinterschneidung und die zweite Hinterscheidung gleichzeitig erzeugt und durch die Vorschubgeschwindigkeit spiralförmig über die Werkstückoberfläche erzeugt, ähnlich der Tonrille einer Schallplatte.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Schneidwerkzeug zur Erzeugung mindestens einer Vertiefung in einer Oberfläche, insbesondere in der Oberfläche einer Bremsscheibe, vorgesehen, wobei das Schneidwerkzeug so gestaltet ist, dass dieses mindestens eine Vertiefung in die Oberfläche einbringt, wobei die Breite der mindestens einen Vertiefung mit zunehmender Tiefe zunimmt. Dieses kann vorteilhafterweise mittels eines Schneidwerkzeugs erzeugt werden, das mindestens zwei Schneidkanten aufweist, wobei die erste Schneidkante einen Neigungswinkel zur Senkrechten der Werkstückoberfläche aufweist und einen ersten Teil der mindestens einen Vertiefung erzeugt und die zweite Schneidkante einen Neigungswinkel zur Senkrechten der Werkstückoberfläche in entgegengesetzter Richtung zum Neigungswinkel der ersten Schneidkante aufweist und einen zweiten Teil der mindestens einen Vertiefung erzeugt und dass beide Schneidkanten eine gemeinsame Ebene bilden.
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Vorteilhafterweise sind die mindestens zwei Schneidkanten des Schneidwerkzeugs in einem Winkel zur Werkzeugmittelachse geneigt, so dass diese aufeinander zulaufen. Dabei kann es aber sowohl möglich sein, dass der Schnittpunkt der beiden Verlängerungsachsen der Schneidkanten innerhalb des Werkstücks liegt oder auch auf der dem Werkstück abgewandten Seite des Werkzeugs, je nachdem welche Ausführungsform des Schneidwerkzeugs betrachtet wird, wobei beide Ausführungsformen die Erfindung bilden. Dabei ist die Werkzeugmittelachse als parallel zur Senkrechten der Werkstückoberfläche angeordnet zu verstehen.
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Vorteilhafterweise sind die wenigstens zwei Schneidkanten schwalbenschwanzförmig angeordnet, so dass der gemeinsame Schnittpunkte der beiden seitlichen Schneidkanten auf der dem Werkstück abgewandten Seite des Schneidwerkzeugs liegt. Hierdurch sind die Schneidkanten auseinanderweisend angeordnet, wodurch sich ein im wesentlichen zahnförmiges Profil ergibt, das dem Profil der Vertiefung ähnelt, und im Gegensatz zu diesem lediglich schmaler ausgebildet ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Schneidwerkzeug eine Vielzahl gleichartiger schwalbenschwanzförmig angeordneter Schneidkanten aufweist, wodurch mehrere gleichartige Vertiefungen in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden können und ein Mehrfachnutzen erzeugt wird.
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Dabei sind in besonders vorteilhafter Weise die Vielzahl gleichartiger schwalbenschwanzförmig angeordneter Schneidkanten in einer Linie in gleichmäßigen Abständen angeordnet, so dass eine kammartige Werkzeugform entsteht. Dabei kann das Schneidwerkzeug einstückig ausgebildet werden.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass das Werkzeug zur Erzeugung der Vertiefung derart geschieht, dass, nach dem senkrechten Einstechen des Schneidwerkzeugs in das Werkstück, eine erste Bewegung parallel zur Werkstückoberfläche durchgeführt wird, wodurch einen erster Hinterschnitt erzeugt wird, der eine erste Seitenflanke der Vertiefung ausbildet. Durch eine nachfolgende, entgegengesetzte Bewegung des Schneidwerkzeugs zum Werkstück, die ebenfalls parallel zur Werkstückoberfläche geschieht, wird zweiter Hinterschnitt erzeugt, dessen Profil spiegelverkehrt zum ersten Hinterschnitt ausgebildet is und eine zweite Seitenflanke der Vertiefung ausbildet. Durch beide spiegelverkehrt zueinander ausgebildeten Hinterschnitte, die die beiden Seitenflanken der Vertiefung bilden, wird eine Vertiefung mit schwalbenschwanzförmigem Querschnitt erzeugt, wodurch mittels dieses Werkzeugs eine Oberflächenaktivierung durchgeführt wird, die eine später aufzubringende Beschichtung formschlüssig und untrennbar mit der Oberfläche verbindet.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Schneidwerkzeug im Werkstück mindestens eine Vertiefung in Form eines konzentrischen Kreises oder mehrerer konzentrischer Kreise erzeugt, indem eine, mehrere Vertiefung/en mit schwalbenschwanzförmigem/n Querschnitt/en mittels eines Drehverfahrens in die Oberfläche des Werkstücks strukturiert wird/werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die mindestens zwei Schneidkanten in spitzem Winkel zueinander, also aufeinander zulaufend, angeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Schnittpunkt der beiden Verlängerungsgeraden der beiden Schneidkanten vor dem Werkzeug liegt, also innerhalb des Werkstücks liegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass die mindestens zwei Schneidkanten aus zwei, auf einem gemeinsamen Werkzeughalter befestigten Schneidplättchen bestehen. Dabei ist es besonders kostengünstig, wenn zwei Standard-Wendeschneidplättchen verwendet werden können, wodurch ein besonders kostengünstiges Werkzeug bereitgestellt werden kann, da keine Sonderanfertigung notwendig ist. Dies wird erreicht durch ein Werkzeug, bestehend aus einem Schneidplättchenhalter, auf dem zwei Standard-Wendeschneidplättchen befestigt werden, wobei beide Schneidplättchen mindestens einen spitzen Winkel aufweisen. Die beiden Schneidplättchen sind auf dem Schneidwerkzeug so befestigt, dass die jeweiligen Symmetrieachsen, die jeweils durch die Ecken mit dem spitzen Winkeln verlaufen, aufeinander zulaufen, so dass die beiden spiegelsymmetrischen Längsachsen sich außerhalb des Werkzeugs schneiden. Der Schnittpunkt liegt dabei im Fall des Schneidbetriebs des Werkzeugs innerhalb des Werkstücks. Durch das erste Schneidplättchen wird dabei die erste Hälfte der mindestens einen Vertiefung gedreht, wobei diese erste Hälfte vorteilhaft aus einem Hinterschnitt besteht, der sich mit zunehmender Schnitttiefe verjüngt. Das zweite Schneidplättchen schneidet vorteilhaft zeitgleich einen weiteren Hinterschnitt horizontal versetzt in das Werkstück, wobei sich das Werkzeug mit einer Vorschubgeschwindigkeit gegenüber dem rotierenden Werkstück bewegt, so dass nach einer ganzzahligen Anzahl an Werkstückumdrehungen sich die Spitze des zweiten Schneidplättchens an fast genau der Position befindet, an der vor der ganzzahligen Anzahl an Werkstückumdrehungen die Spitze des ersten Schneidplättchens die erste Hälfte der mindestens einen Vertiefung geschnitten hat. Die Spitze des zweiten Schneidplättchens schneidet dabei ebenfalls einen Hinterschnitt in das Werkstück, wobei sich dieser zweite Hinterschnitt ebenfalls mit zunehmender Schnitttiefe verjüngt, jedoch, durch die gegeneinander zulaufende Orientierung der beiden Schneidplättchenachsen, spiegelverkehrt zum ersten Hinterschnitt angeordnet ist. Da beide Hinterschnitte fast exakt aufeinander verlaufen, jedoch dennoch leicht zueinander versetzt sind, ergibt die Kombination dieser beiden Hinterschnitte eine mindestens eine Vertiefung, deren Breite sich, aufgrund der beiden sich mit zunehmender Tiefe verjüngenden Hinterschnitte, mit zunehmender Tiefe zunimmt, wodurch sich ein Querschnittsprofil der Vertiefung in Schwalbenschwanzform ergibt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die erste der mindestens zwei Schneidkanten die erste Hälfte der mindestens einen Vertiefung in der Oberfläche erzeugt und gleichzeitig die zweite der mindestens zwei Schneidkanten die zweite Hälfte der mindestens einen Vertiefung in der Oberfläche erzeugt, wobei die zweite Hälfte der mindestens einen Vertiefung die erste Hälfte der mindestens einen Vertiefung so vervollständigt, dass die mindestens eine schwalbenschwanzförmige Vertiefung entsteht. Dabei ist es möglich, die gesamte Oberfläche mit einer einzigen, spiralförmigen Vertiefung flächendeckend zu versehen, die ähnlich einer Tonrille eiern Schallplatte ausgebildet ist und in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden kann.
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Vorteilhafterweise erzeugt das Schneidwerkzeug im Werkstück eine oder mehrere spiralförmige Vertiefungen, indem die Vorschubgeschwindigkeit auf die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks abgestimmt ist und eine oder mehrere spiralförmige Vertiefungen in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden, ähnlich der spiralförmigen Tonrille einer Schallplatte.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Schneidwerkzeug so gestaltet ist, dass die hiermit erzeugte Vertiefung eine Mikrostruktur ist, insbesondere dass die Mikrostruktur eine Tiefe im Bereich von 10 μm bis 1000 μm aufweist.
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Vorteilhafterweise führt die Mikrostruktur durch die schwalbenschwanzähnliche Geometrie mit Hinterschnittanteil zu einer verbesserten Haftung der aufzubringenden Schicht. Zur Reduzierung der Prozeßzeit ist es dabei vorteilhaft, mit einem entsprechend breiten Werkzeug sämtliche Strukturen auf einmal zu erzeugen. Dabei kann jede einzelne Struktur mit einem Einzelwerkzeug seriell eingebracht werden, insbesondere zur Schaffung von mehr Flexibilität, beispielsweise in der Ausgestaltung der Strukturabstände oder Strukturtiefen. Es ergibt sich dem Fachmann im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten, an Querschnittsprofilen Kombinationen und Zerlegung des Herstellungsprozesses in Einzelprozesse. Im Vergleich zur Oberflächenaktivierung mittels klassischem Sandstrahlen ist dieses Verfahren aufgrund seiner Prozeßfähigkeit für die Großserienfertigung geeignet. Neben den reduzierten Ausschusskosten im Vergleich zum Sandstrahlen bietet dieses Verfahren weitere Kostenvorteile, da werkzeug- und maschinenseitig keine relevanten Verschleißerscheinungen, wie beim Strahlspanen, auftreten. Beim Einsatz dieses Verfahrens für Gußteile ergibt sich ein weiterer Vorteil, da zur Beseitigung der Gußhaut bzw. zur präzisen Formgebung von Bremsscheiben in der Regel ohnehin ein Drehprozess zum Einsatz kommt, der zusätzlich diese Operation ausführen kann. Somit vereinfacht sich die gesamte Prozesskette und führt zu weiteren Kostenvorteilen. Die Applikation des Mikrostrukturdrehens für Planflächen von Bremsscheiben ist exemplarisch ausgeführt, jedoch ist prinzipiell dieses Verfahren für sämtliche Drehprozesse geeignet. Ebenso ist es möglich, anstatt eines Drehprozesses alternativ für nicht drehende Flächen vergleichbare Strukturen mittels Fräsen, Räumen, Stoßen oder Hobeln zu erzeugen.
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Besonders vorteilhaft ist zur Erzeugung gezielter Hinterschnitte ein Werkzeug, das aus einem Halter und zwei Standard-Wendeschneidplatten mit möglichst kleinem Schneidkantenradius bestehen. Damit wird ermöglicht, schwalbenschwanzähnliche Mikrostrukturen zu erzeugen, die nicht als konzentrische Strukturen erzeugt werden, sondern einen spiralförmigen Verlauf der Mikrostrukturen aufweisen. Diese Mikrostrukturen führen durch die schwalbenschwanzähnliche Geometrie mit Hinterschnittanteil zu einer verbesserten Haftung der aufzubringenden Beschichtung, wobei sich ein großer Vorteil in den sehr geringen Werkzeugkosten ergibt, da Standard-Wendeschneidplatten eingesetzt werden können. Lediglich die Erstjustage der Mikroschneiden zueinander ist als ein erhöhter Aufwand anzusehen.
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Alternativ zu einem schwalbenschwanzähnlichen Querschnittsprofil können auch einfache Strukturen, eingebracht werden, die zwar eine zunehmende Breite des Querschnittsprofils mit zunehmender Tiefe aufweisen, jedoch ansonsten in Details von einem exakten Schwalbenschwanzprofil abweichen können. Vorteil dieser Variante ist der vereinfachte Aufbau bzw. das fehlende Einrichten der zwei Wendeschneidplatten, jedoch ist es dabei nachteilig, dass sich eine geringere Anzahl an Hinterschnitte ergibt Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
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kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
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1 ein beispielhaftes Werkstück, beispielsweise eine Bremsscheibe,
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2 ein Ausführungsbeispiel eines ersten, erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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3 den Einsatz des ersten, erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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4 die aktivierte Oberfläche nach der erfindungsgemäßen Bearbeitung,
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5 ein Ausführungsbeispiel eines weiteren, erfindungsgemäßen Werkzeugs und
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6 den Einsatz des weiteren, erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Werkstück 1, das beispielhaft als Bremsscheibe ausgeführt sein kann. Ein derartiges Werkstück 1 weist dabei eine Rotationsachse 2 auf, um die das Werkstück 1, im Rahmen eines Drehverfahrens rotiert. Weiterhin ist eine Fläche 3 vorgesehen, die mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs und Verfahrens strukturiert wird und in die eine Mikrostruktur zur Erhöhung der Haftfähigkeit einer anschließend aufzubringenden Beschichtung, die beispielsweise mittels eines Flammspritzverfahrens oder eines Plasmaspritzverfahrens aufgebracht wird, eingebracht wird.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Werkzeugs 4 zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Mikrostruktur aufgezeigt. Dabei weist das Werkzeug 4 an einer Seite mindestens zwei Schneidkanten 6, 7 auf, die gegeneinander derart zulaufen, dass die Verlängerungsachsen der beiden Schneidkanten 6, 7 sich auf de dem Werkstück 1 abgewandten Seite schneiden. Dabei ergibt sich ein Schneidkantenprofil 5, das an eine Zahnform erinnert und im Folgenden als Schneidzahn 5 bezeichnet wird. Die mindestens zwei Schneidkanten 6, 7 bilden dabei die linke bzw. rechte Seitenflanke des Schneidzahns 5, so dass sich eine Schwalbenschwanzform der im Werkstück erzeugten Mikrostruktur ergibt. Zur Steigerung der Effizienz eines derartigen Werkzeugs ist weiterhin vorgesehen, mehrere Schneidzähne 5 entlang einer Linie des Werkzeugs 4 anzuordnen, wobei die Schneidzähne vorteilhaft in regelmäßigen Zahnabständen 8 angeordnet sind.
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In 3 ist beispielhaft der Einsatz des in 2 gezeigten Werkzeugs 4 zur Bearbeitung des in 1 gezeigten Werkstücks 1 aufgezeigt. Es ist hierbei das Werkstück 1, beispielhaft eine Bremsscheibe, als Aufschnitt dargestellt, dessen zu bearbeitende Oberfläche 3 in 3 aufrecht zur Blickrichtung positioniert ist. Weiterhin ist das Werkzeug 4 ebenfalls als Aufschnitt dargestellt, wobei die im Zahnabstand 8 angeordneten Schneidzähne 5 zum Werkstück 1 positioniert sind und in die zu strukturierende Oberfläche 3 einschneiden. Dabei ist zu erkennen, dass jeder Schneidzahn 5 eine linke und ein rechte Seitenkante aufweist, die als mindestens zwei Schneidkanten 6, 7 aus 2 bekannt sind. Bei der Mikrostrukturierung der Oberfläche 3 des Werkstücks 1 mittels eines Drehverfahrens rotiert das Werkstück 1 gegenüber dem Werkzeug 4 derart, dass sich dar in 3 gezeigt Ausschnitt des Werkstücks 1 nach unten bewegt und das Werkstück 1 insgesamt eine Rotation um eine horizontale Rotationsachse 2, wie in 1 dargestellt, ausführt. Dabei schneiden die Schneidzähne 5 in die Oberfläche 3 ein und erzeugen in der Oberfläche 3 regelmäßige Vertiefungen 9 in Abständen 8, wenn das Werkzeug 4 in die Einstichrichtung 20 zum Werkstück 1 hin bewegt wird. Wurde das Werkzeug 4 so weit in Richtung zum Werkstück 1 hin zugestellt, dass die Schneidkanten 6, 7 Vertiefungen mit einer gewünschten Tiefe 10 erzeugen, so wird das Werkzeug 4 in einer ersteren Bewegungsrichtung 21 parallel zur Oberfläche 3 bewegt. Während dieser ersteren Bewegung 21 verbreitert die erste Schneidkante 6 die Vertiefung 9 derart, dass ein erster Hinterschnitt 9a an den linksseitigen Rändern der Vertiefungen 9 entstehen. Anschließend wird in einer zweiteren Bewegungsrichtung 22, bei der das Werkzeug 4 ebenfalls parallel zur Oberfläche 3, aber nun in entgegengesetzter Richtung zum Werkstück 1 bewegt wird, bewegt. Dabei schneidet nun die zweite Seitenflanke 7 der Schneidzähne 5 einen zweiten Hinterschnitt 9b in die rechtsseitigen Ränder der Vertiefungen 9, so dass die Vertiefungen 9 auf beiden Seiten 9a und 9b jeweils spiegelverkehrte Hinterschnitte aufweisen. Anschließend wird das Werkzeug 4 wieder etwas in Richtung 21 bewegt, so dass die Schneidzähne 5 eine Mittelposition in den Vertiefungen 9 einnehmen und entgegengesetzt zur Einstechrichtung 20 ohne Werkstückberührung aus den Vertiefungen 9 herausgefahren werden können. Die sich bei diesem Vorgehen ergebenden Mikrostrukturen 9 sind dabei nochmals vergrößert in 4 dargestellt.
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In 4 ist wiederum das Werkstück 1, beispielsweise eine Bremsscheibe dargestellt, im Aufschnitt gezeigt, die eine mittels eines Drehverfahrens zu strukturierende Oberfläche 3 aufweist und in 4 ebenfalls wie in 3, nach vorne weist. In diese Oberfläche 3 wurden Vertiefungen 9 eingebracht, die mit einem Zahnabstand 8 voneinander entfernt sind. Die Tiefe der 10 der Vertiefungen beträgt dabei die Tiefe des Werkzeugeinstichs, der im Bereich von 10 μm bis 1000 μm liegen kann. Weiterhin bestehen die Vertiefungen 9 jeweils aus zwei Hinterschnitten 9a, 9b, wobei der jeweils erste Hinterschnitt 9a am linken Rand der Vertiefung 9 und der zweite Hinterschnitt 9b am jeweils rechten Rand der Vertiefung 9 aufgezeigt ist. Durch diese beiden Hinterschnitte 9a, 9b ergeben sich Querschnittsprofile in schwalbenschwanzähnlicher Form, die eine formschlüssige Verbindung mit einer später aufzubringenden Beschichtung erlaubt.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs 30 gezeigt, bei dem ein Schnittplättchenhalter 30 zwei Standard-Wendeschneidplättchen 31, 32 aufnimmt. Beide Schneidplättchen 31, 32 sind mittels Befestigungschrauben 35 auf dem Schneidwerkzeug 30 befestigt. Dabei sind die beiden Schneidplättchen 31, 32 so nebeneinander angeordnet, dass jeweils eine Ecke und mindestens eine Schneidkante oben über die Schneidwerkzeugkante hinausragt. Die Schneidplättchen 31, 32 sind dabei so gewählt, dass die oben über die Werkzeugkante hinausragende Spitze einen möglichst spitzen Winkel mit einem möglichst kleinen Radius aufweist um eine möglichst kleine Mikrostruktur in Form der Vertiefungen 9, 42, 43 mit einer möglichst geringen Tiefe 10 erzeugen zu können. Beide, vorteilhafterweise rautenförmigen Schneidplättchen 31, 32 sind auf dem Schneidplättchenhalter 30 so befestigt, dass die Symmetrieachsen 33, 34 der Plättchen 31, 32 in Längsrichtung nicht parallel sondern zueinander zulaufen und sich außerhalb des Schneidplättchenhalters 30 schneiden. Vorteilhafterweise ist der Schneidplättchenhalter ebenfalls symmetrisch gefertigt, so dass der Schnittpunkt der beiden Schnittplättchenlängsachsen 33, 34 auf der Schneidplättchenhaltermittelachse 36 liegt. Die Neigung der beiden Schneidplättchenmittelachsen 33, 34 zueinander muß dabei so stark gewählt werden, dass die beiden inneren Schneidkanten 37b und 38b der beiden Schneidplättchen 31 und 32 ebenfalls aufeinander zulaufen und deren gedachte Verlängerungslinien sich oberhalb des Werkzeugs schneiden. Verlaufen diese beiden inneren Schneidkanten 37b und 38b parallel zueinander oder sogar nach oben hin auseinander, so dass sich die Verlängerungslinien innerhalb des Schneidplättchenhalters 30 oder unterhalb dessen schneiden, so ist es nicht möglich, auf die in 6 gezeigt Art und Weise Hinterschnitte 9a, 9b 42, 43 in der Oberfläche 3 des Werkstücks 1 zu erzeugen. Die äußeren Kanten 37a und 38a des Schneidwerkzeugs weisen dabei vorteilhaft ebenfalls Schneidkanten auf, da die vorteilhaft beschriebenen Standard-Wende-Schneidplättchen üblicherweise auf beiden Seiten rundherum umlaufende Schneidkanten 37a, 37b, 38a, 38b aufweisen, die auch ein einfaches Einstechen des Werkzeugs 30 in die Oberfläche 3 des Werkstücks 1 erlauben.
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In 6 ist der Einsatz des in 5 beschriebenen Werkzeugs 30 zur Erzeugung schwalbenschwanzähnlicher Vertiefungen 42, 43 in einer Oberfläche 3 eines Werkstücks 1 gezeigt. Hierbei ist das der Schneidplättchenhalter 30 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, jedoch sind die oberhalb dessen hinausragenden Schneidplättchen 31 und 32 teilweise gezeigt. Da sich die Schneidplättchen 31, 32 gegenüber dem Werkstück 1 mit einer Vorschubbewegung 41 bewegen, die in 6 als nach rechts weisender Pfeil angedeutet ist, ergibt sich aus dieser Orientierung eine vorlaufende Schneide 32 sowie eine nachlaufenden Schneide 31. Die vorlaufende Schneide 32 ist dabei mit ihrer Mittelachse 34 so positioniert, dass diese entgegen der Vorschubrichtung weist und die innere, vorlaufende Schneide 38b ebenfalls so weit geneigt ist, dass diese entgegen der Vorschubrichtung 42 geneigt ist. Befindet sich diese vorlaufende Schneide 32 im Kontakt mit dem Werkstück 1, so erzeugt diese eine Vertiefung 42, die den ersten Teil der späteren Mikrostruktur 9 präsentiert. Aufgrund der beschriebenen Neigung der inneren Schneidekante 38b ergibt sich ein erster Hinterschnitt 42, der linksseitig (also entgegen der Vorschubrichtung) in der Vertiefung hinterschneidet, sich jedoch mit zunehmender Tiefe 10 der Vertiefung verjüngt. Durch die Vorschubgeschwindigkeit 42, die auf die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks 1 abgestimmt ist, ergibt sich eine spiralförmig umlaufende Teilvertiefung 42. Durch die exakte Abstimmung der Vorschubgeschwindigkeit 41, der Rotationsgeschwindigkeit und der Abstands der beiden Schneidkantenspitzen ist es möglich, dass die nachlaufende Schneide 31 fast genau in der Vertiefung der vorlaufenden Schneide 32b einschneidet, jedoch leicht in Vorschubrichtung verschoben ist, so dass die durch die vorlaufende Schneide 32 erzeugte erste Hälfte 42 der Mikrostruktur 9 durch die nun folgende zweite Hälfte 43 vervollständigt wird. Dabei ist das nachlaufende Schneidplättchen 31 so in entgegengesetzter Richtung zum vorlaufenden Schneidplättchen 32b geneigt, dass die Mittelachse 33 in Längsrichtung des Schneidplättchen 31 in Richtung Vorschubrichtung geneigt ist. Auch hierbei ist es notwendig, dass die Neigung so stark ausgeprägt ist, dass die innere, nachlaufende Schneidkante 37b ebenfalls in Richtung der vorlaufenden Schneide 32b (also in Vorschubrichtung 41) hin geneigt ist. Diese zweite, nachlaufende Schneide 37b erzeugt einen Einschnitt 43, der aufgrund der beschriebenen Neigung des nachlaufenden Schneidplättchens 31 ebenfalls einen Hinterschnitt 43 erzeugt, der zur ersten Vertiefung 42 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Da beide Vertiefungen 42 und 43 fast aufeinander im Werkstück 1 erzeugt werden und nur leicht horizontal gegeneinander verschoben sind, ergänzen sich beide Hinterschnitte 42 und 43 zu einer schwalbenschwanzähnlichen Mikrostruktur 9, deren Breite mit zunehmender Tiefe 10 zunimmt. Dabei wird die zweite Hälfte 43 der Mikrostruktur 9 zeitgleich mit der ersten Hälfte 42 der Mikrostruktur 42 erzeugt, jedoch aufgrund des Abstands der beiden Schneidkanten, der Rotationsgeschwindigkeit und der ebenfalls hierauf abgestimmten Vorschubgeschwindigkeit wird die zweite Hälfte 43 der Mikrostruktur 9 erst nach einer ganzzahligen Anzahl an Umdrehung des Werkstücks 1 an der gleichen Stelle vervollständigt, an der die vorlaufenden Schneide 32 die erste Hälfte 42 der Mikrostruktur 9 generiert hat. Hieraus ergibt sich eine auf der Oberfläche 3 verlaufende Mikrostruktur 9, die ähnlich einer Tonrille einer Schallplatte spiralförmig verläuft und sich in einem regelmäßigen Abstand 39 aufgrund der Spiralförmigkeit wiederholt. Beide Hinterschnitte 42 und 43 werden damit zeitgleich, aber an unterschiedlichen Positionen erzeugt, so dass die bedien Hinterschnitte 42 und 43 an einer einzigen Position nacheinander erzeugt werden, jedoch aufgrund der spiralförmig umlaufenden Struktur dennoch zeitgleich und parallel in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt werden. Die beiden inneren Schneidkanten 37b und 38b erzeugen damit die beiden seitlichen Flanken der Mikrostruktur 9, so dass der Aufweitungswinkel 40 der Mikrostruktur der gleiche Winkel ist, wie der Neigungswinkel der beiden inneren Schneidkanten 37b und 38b zueinander. Die bedien äußeren Schneidkanten 37a und 38a schneiden in der Werkstückoberfläche Flächen aus, die ineinander übergehen und die beiden Hälften 42 und 43 der Mikrostruktur 9 verbinden, wobei der Winkel der beiden äußeren Schneidkanten 37a und 38a zueinander von untergeordneter Bedeutung ist.
