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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Aufrauen von Oberflächen mit einer Mehrzahl von Schneiden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Werkstück mit wenigstens einer Oberfläche, welche zur Aufnahme einer thermischen Beschichtung mittels spanender Bearbeitung aufgeraut ist. Letztlich betrifft die Erfindung außerdem die Verwendung eines solchen Werkzeugs.
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Werkzeuge zum Aufrauen von Oberflächen sind, insbesondere zur Vorbereitung auf eine Beschichtung mittels thermischem Spritzen, aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise die deutsche Patentschrift
DE 198 40 117 C2 ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung der Innenseite von Zylinderbohrungen, welches ein Werkzeug nutzt, das mit mehreren Schneideinrichtungen versehen ist. Weitere Verfahren zu dieser Thematik sind aus der europäischen Patentschrift
EP 1 759 133 B1 sowie der deutschen Patentschrift
DE 10 2009 027 200 B3 bekannt. Das in dem EP-Patent beschriebene Verfahren nutzt ein Schneidwerkzeug, welches nach dem Schneiden den Span bricht, um so eine aufgeraute Oberfläche mit Hinterschnitten zu schaffen. Die genannte deutsche Patentschrift nutzt ein ähnliches Verfahren, bei dem der Span nicht gebrochen, sondern die zwischen den eingeschnittene Riefen verbleibenden Stege nach dem Schneiden plastisch verformt werden. Auch hier ist das Ziel die Erzeugung von Hinterschnitten.
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In allen drei genannten Schriften wird dabei ein entsprechendes Werkzeug zur Herstellung eines Werkstücks mit aufgerauter Oberfläche eingesetzt, welches mehr oder weniger prozesssicher und reproduzierbar die aufgeraute Oberfläche in einem oder mehreren Verfahrensschritten erzeugt. Dies hat gegenüber einer herkömmlichen Ausführung, bei welcher eine Bestrahlung beispielsweise mit Korund-Partikeln zum Aufrauen der Oberfläche eingesetzt wird, den entscheidenden Vorteil, dass aufwändige Reinigungsarbeiten entfallen können, insbesondere wenn die Beschichtung auf Flächen mit entsprechenden Öffnungen durchgeführt wird, beispielsweise auf Flächen eines Motorblocks, durch welche Bohrungen beispielsweise für eine Kühlmittel- oder Schmierölversorgung verlaufen.
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Die oben beschriebenen Verfahren können zwar die aufwändige Reinigung vermeiden, sind jedoch immer noch vergleichsweise aufwändig und wenig prozesssicher, da Brechen und Umformen zu mehr oder weniger zufälligen Ergebnissen führt. Das in der EP-Patentschrift genannte Verfahren ist darüber hinaus auf runde Oberflächen, beispielsweise Zylinderinnenflächen, eingeschränkt, da es sich letztlich um ein Drehverfahren handelt. Das in der
DE 10 2009 027 200 B3 beschriebene Verfahren erfordert zudem zwei hintereinander durchzuführende Prozessschritte, sodass dieses Verfahren neben den oben bereits genannten Nachteilen sehr zeitaufwändig ist.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkzeug zum Aufrauen von Oberflächen bzw. ein Werkstück mit wenigstens einer aufgerauten Oberfläche anzugeben, welches hilft, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Werkzeugs ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem wird die Aufgabe durch ein Werkstück mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Werkstücks ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine bevorzugte Verwendung für das Werkzeug im Anspruch 10 angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug ist es vorgesehen, dass dieses eine Mehrzahl von Schneiden aufweist, ähnlich wie das im zuerst genannten Stand der Technik ausgeführte Werkzeug. Anders als dort sind einzelne Schneiden als Profilschneiden ausgebildet, welche gegenüber den anderen als Schruppschneiden ausgebildeten Schneiden einen Überstand aufweisen. Ein solcher Überstand der Profilschneiden über die Schruppschneiden hinaus ermöglicht während des Bearbeitungsprozesses für das Werkstück, beispielsweise während des Fräsens einer ebenen Oberfläche, die Erzeugung von Rillen durch die Profilschneiden, sodass eine entsprechend aufgeraute Oberfläche mit sich, beispielsweise beim Fräsen überkreuzenden Profilrillen entsteht. Durch den Schneidvorgang an sich kommt es im Bereich der Profilrillen auch zu abbrechenden Spänen und plastischen Verformungen, sodass neben der reinen Profilierung typischerweise auch eine mehr oder weniger große Anzahl von Hinterschneidungen entsteht. Die so mittels des erfindungsgemäßen Werkzeugs bearbeitete Oberfläche des Werkstücks eignet sich dann unmittelbar und ideal für eine Beschichtung mittels thermischem Spritzen, wobei eine gute Anhaftung der thermisch gespritzten Schicht leicht und effizient erzielt werden kann. Über das erfindungsgemäße Werkzeug reicht dabei ein einziger Bearbeitungsschritt sowohl zum Abtragen des Materials als auch zum Aufrauen der Oberfläche aus. Die Gefahr, dass eventuelle Strahlkörper auf der Oberfläche verbleiben und die Anhaftung der mittels thermischem Spritzen aufgebrachten Beschichtung verringern, tritt bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeugs nicht auf.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist es dabei vorgesehen, dass der Überstand der Profilschneiden gegenüber den Schruppschneiden einstellbar ist. Ein solcher einstellbarer Überstand der Profilschneiden ermöglicht eine sehr definierte Ausgestaltung des in der aufgerauten Oberfläche erzeugten Profils, sodass ein sehr prozesssicheres Arbeiten mit dem erfindungsgemäßem Werkzeug möglich wird.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung ist es dabei vorgesehen, dass die Anzahl der Schruppschneiden größer als die Anzahl der Profilschneiden ist. Durch eine solche Aufteilung der Schneiden in eine vergleichsweise große Anzahl von Schruppschneiden und eine entsprechend kleinere Anzahl von Profilschneiden wird eine ideale Bearbeitung und ein geeignetes Profil in der Oberfläche, welche mittels des Werkzeugs bearbeitet worden ist, möglich. In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es dabei vorgesehen, dass die Anzahl der Schruppschneiden ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Profilschneiden ist. Dadurch wird ein sehr gleichmäßiges Profil erreicht, insbesondere, wenn bei einer Ausbildung des Werkzeugs als Fräswerkzeug die Profilschneiden gleichmäßig über den Umfang des Fräswerkzeugs verteilt angeordnet sind.
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Der Aufbau ist entsprechend einfach und effizient, da ein annähernd herkömmliches Werkzeug, beispielsweise ein Fräswerkzeug, eingesetzt werden kann. Die dort eingesetzten Schneiden sind typischerweise in Form von Schneidplatten ausgeführt, sodass für die Profilschneiden geeignete anders ausgeformte Schneidplatten vorgesehen werden können oder insbesondere einstellbare Schneidplatten für die Profilschneiden zwischen den beispielsweise fest in ihrer Position eingesetzten Schneidplatten der Schruppschneiden.
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Das erfindungsgemäße Werkstück mit seiner wenigstens einen aufgerauten Oberfläche zur Aufnahme einer thermischen Beschichtung kann vorzugsweise mittels eines solchen Werkzeugs bearbeitet werden und weist insbesondere durch einzelne gegenüber anderen Schneiden hervorstehenden Schneiden ein Profil in der Oberfläche auf, welche für eine Aufrauung derselben sorgt. Je nach Aufbau und Anzahl der Schneiden wird ein mehr oder weniger dichtes Profil auf der bearbeiteten Oberfläche erzielt, welches Rautiefen von bis zu Rz = 60 μm ermöglicht. Damit lassen sich vergleichbare Rautiefen erzielen wie beispielsweise bei einem Druckstrahlen, ohne jedoch die Nachteile der aufwändigen Reinigung zu haben.
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In einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkstücks kann es dabei vorgesehen sein, dass die aufgeraute Oberfläche eben ausgebildet ist. Als Werkzeug eignet sich dann insbesondere der bereits bei der Erläuterung des erfindungsgemäßen Werkzeugs beschriebene Fräskopf, welcher sehr einfach und effizient sowohl ein Abtragen von Material über die Schruppschneiden als auch die Aufrauung bzw. Profilierung über die Profilschneiden in einem einzigen Arbeitsgang vornehmen kann. Es entsteht damit ein Werkstück mit sehr guten Anhaftungseigenschaften für eine thermische Beschichtung, welches sehr einfach und effizient hergestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Werkstück kann damit insbesondere auch ein Werkstück sein, bei welchem eine ebene Oberfläche, welche beispielsweise verschlissen ist, vor einer erneuten Beschichtung entsprechend abgestuft wird.
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Wie bereits erwähnt liegt die bevorzugte Verwendung des Werkzeugs darin, eine Oberfläche, insbesondere eine ebene Oberfläche, auf eine Beschichtung mittels thermischem Spritzen vorzubereiten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sowie seiner Verwendung ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine Draufsicht und eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Werkzeug;
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2 die Anordnung von Schruppschneide und Profilschneide gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück; und
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3 drei mögliche Varianten der erzeugten Profilierung der bearbeiteten Oberfläche.
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In der Darstellung der 1 ist als Werkzeug 1 ein Fräser 1 zu erkennen, einmal in einer Ansicht von unten und einmal in einer Seitenansicht. Der Fräser 1 verfügt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Durchmesser von etwa 310 mm und eine Anzahl von insgesamt 42 Schneiden. Dabei sind 35 als Schruppschneiden 2 ausgeführt, von welchen lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Zwischen diesen Schruppschneiden 2 sind gleichmäßig über den Umfang des Werkzeugs 1 verteilt insgesamt sieben Profilschneiden 3 angeordnet, welche jeweils durch einen Kreis im Bereich der entsprechenden Profilschneide 3 markiert sind. In der Darstellung der 1 in der Ansicht von unten sind alle Profilschneiden zu erkennen, in der Seitenansicht lediglich einige. Die Profilschneiden 3 haben dabei gegenüber den Schruppschneiden 2 einen Überstand Ü. Dieser Überstand Ü ist in der Darstellung der 2 nochmals näher verdeutlicht. In 2a) ist eine der Schruppschneiden 2 sowie ein Teil des Werkstücks 4, welches an seiner Oberfläche 5 entsprechend bearbeitet werden soll, dargestellt. In der 2b) ist der gleiche Aufbau nochmals dargestellt, wobei die hier erkennbare Schneide als Profilschneide 3 ausgebildet ist. Diese ragt um den Überstand Ü weiter in Richtung des Werkstücks 4, erzeugt also einen tieferen Einschnitt als die dazwischenliegenden Schruppschneiden.
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Wie es aus der Darstellung der 2 zu erkennen ist, sind die sieben Profilschneiden 3 gleichmäßig über den Umfang des Fräsers 1 verteilt angeordnet, sodass zwischen den Profilschneiden 3 jeweils fünf der Schruppschneiden 2 zu liegen kommen. Dieser Aufbau sorgt für eine sehr gleichmäßige Profilierung der bearbeiteten Oberfläche 5 des Werkstücks 4, in welchem sich nach der Bearbeitung überkreuzende Profilnuten ergeben. Dabei ist eine Rautiefe bis zu Rz = 60 μm zu erreichen und durch den Bearbeitungsvorgang kommt es zu Hinterschnitten im Bereich der eingeschnittenen Profile, sodass eine später auf die aufgeraute Oberfläche 5 des Werkstücks 4 aufgebrachte thermische Beschichtung, welche beispielsweise über Lichtbogendrahtspritzen, Plasmaspritzen oder dergleichen aufgetragen werden kann, sich sehr gut mit der bearbeiteten Oberfläche 5 des Werkstücks 4 verklammert und gut an dieser anhaftet, ohne dass hierfür zusätzliche Maßnahmen notwendig wären.
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Je nach Anordnung der Profilschneiden 3 im Verhältnis zum Vorschub des Werkzeugs 1 können sich dabei unterschiedliche Profile ergeben, welche in der Darstellung der 3 beispielhaft angedeutet sind. In der 3a ist dabei eine erste Variante zu erkennen, welche im Querschnitt durch die Oberfläche 5 ein Profil aufweist, welches sich aus einer Terrasse 6, einem Tal 7, mit einer mittig daran angeordneten kleinen Gegenspitze 8 und anschließend wieder einer Terrasse 6 ausbildet. Das Profil setzt sich dann in dieser Art über die Oberfläche 5 fort. Eine zweite Variante ist in 3b) zu erkennen. Hier setzt sich der Aufbau lediglich aus Tälern 7 und größeren Spitzen 9 zusammen. In beiden Fällen liegen die Profilschneiden 3 dabei so, dass sie sich überschneiden. In der Darstellung der 3c ist eine Sonderform des Profils zu erkennen, bei welcher die Profilschneiden so liegen, dass sie sich genau überschneiden. Das Profil ist dann durch die abwechselnde Ausbildung eines Tals 7 und einer Terrasse 6 ausgeprägt, zu einer mehr oder weniger großen Spitze 8, 9 kommt es hierbei nicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19840117 C2 [0002]
- EP 1759133 B1 [0002]
- DE 102009027200 B3 [0002, 0004]
