DE202009014180U1

DE202009014180U1 - Metallisches Substrat mit einer zum Aufbringen einer thermischen Spritzschicht geeigneten Oberfläche

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Publication number: DE202009014180U1
Application number: DE202009014180U
Authority: DE
Original assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: US20100101526A1

Abstract

Substrat mit einer Oberfläche, in die für das Aufbringen einer thermischen Spritzschicht durch Zerspanung Ausnehmungen eingebracht sind, die durch anschließende Umformung erzeugten Hinterschneidungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen derart verformt sind, dass sie einen Steg (4) mit einer Plateaufläche (4-1) aufweisen, der, ausgehend von ungefähr der Mitte (5) der Plateaufläche, zu einer Verbereiterung (6) umgeformt ist, die nach beiden Seiten dachförmige Auskragungen (6', 6'') bildet, die die dem Substrat zugewandten Hinterschneidungen (10) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein metallisches Substrat mit einer zum Aufbringen einer thermischen Spritzschicht geeigneten Oberfläche, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Ein Substrat ist dabei vorzugsweise die Kolbenlaufbahn eines Verbrennungsmotors, die als Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses oder als Zylinderbuchse ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein für die Herstellung des Substrats geeignetes Werkzeug, sowie ein mit dieser Oberfläche versehenes Bauteil.
Das thermische Spritzen findet zunehmend bei Verbrennungsmotoren Anwendung. Man verwendet, um Gewicht zu sparen, heute für die Kurbelgehäuse oder Motorblöcke Aluminiumlegierungen, deren Oberflächen jedoch für die tribologische Beanspruchung der Zylinderbohrungen durch die sich darin bewegenden Kolben nicht geeignet sind. Um trotzdem die Vorteile des Leichtbaus nutzen zu können, werden auf die Innenflächen der Zylinderbohrungen thermisch Schichten aufgetragen, die nach einer Endbearbeitung die gewünschten tribologischen Eigenschaften hinsichtlich Reibung und Verschleiß aufweisen. Um eine feste Verbindung zwischen der thermisch aufgespritzten Schicht und beispielsweise der Oberfläche einer zylindrischen Bohrung zu bilden, ist eine Vorbehandlung des Substrats notwendig, durch die ein Aufrauprofil geschaffen wird, auf dem die Schicht gut haftet.
Ein Verfahren der oben genannten Art ist aus der DE 10 2006 045 275 B3 (= WO 2008/034419 A1 ) bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Erzeugung der Hinterschneidungen durch eine komplizierte Bewegung von mindestens zwei Schneidplatten. Nachteilig daran ist nicht nur die komplizierte Kinematik bei der Herstellung, sondern auch die Tatsache, dass die Schneidplatten infolge ihrer sehr filigranen Ausbildung nur eine kurze Standzeit haben. Für eine Serienproduktion ist eine derartige Ausbildung daher nicht geeignet.
Aus der DE 10 2006 004 769 A1 (= WO 2007/087989 A1 ) ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt, der auch eine Zerspanung sein kann, Ausnehmungen oder Vertiefungen in die Oberfläche eines Substrats eingebracht werden, die eine pilzförmige oder druckknopfförmige Struktur haben aufweisen. Dann werden durch eine Zerspanung oder durch unter hohem Druck stehende Wasserstrahlen, durch Umbiegen oder Knicken der erhabenen Strukturen Hinterschneidungen erzeugt. Dieses Verfahren ist umständlich und liefert nur ein sehr ungenaues Aufrauprofil, das stark vom verwendeten Werkstoff abhängt und daher keine konstanten Resultate gewährleistet.
Aus der DE 101 39 516 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem als Schneidstoffe für die Vorbehandlung gebundene Schneidkristalle verwendet werden. Hinterschneidungen für einen Formschluss mit der anhaftenden Beschichtung werden nicht geschaffen. Die Haftzugsfestigkeit ist daher nur begrenzt. Aus der DE 102 56 460 A1 (= US 2003/0152699 A1 ) ist ferner das Erzeugen eines Aufrauprofils durch Feinbohren bekannt. Verfahren und Werkzeuge zur Zerspanung durch Laserstrahlen sind aus der Veröffentlichung von T. Abeln, G. Flures und U. Klink, Laserstrukturierung – Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Oberflächen, VDI-Z. 7/8, 2002, sowie aus der DE 20 2005 011 772 U1 und der EP 1 464 436 A1 bekannt.
Aus der US 7,220,458 B2 ist ein Aufrauprofil mit Hinterschneidungen zum Aufbringen von Wärmeschutz- und – ableitschichten auf Bauteilen bekannt, die in Fusionsreaktoren an Stellen eingesetzt werden, an denen durch hoch konzentrierte magnetische Felder Plasma entsteht. Das Aufrauprofil wird durch Sägen, Fräsen, Ätzen oder Aufrauen mittels Laser oder Lichtbogen erzeugt. Die aufgebrachte Schicht dient neben der Wärmeabfuhr auch der Bereitstellung weicher Pfade zum Abbau mechanischer Spannungen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Substrat der eingangs genannten Art zu verbessern und die Gestaltung des Werkzeuges zu vereinfachen, um kostengünstig stets mit ausreichender Präzision reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung mit den Maßnahmen, die im Kennzeichen der unabhängigen Schutzansprüche 1, 7 und 19 angegeben sind. Vorteilhafte Werksbildungen sind in den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen angegeben.
Die Lösung besteht also in der Schaffung eines Profils, dessen Hinterschneiden durch Rollieren oder Drücken erzeugt wird. Ein Vorteil besteht darin, dass ein solches Aufrauprofil – bei Ausbildung eines entsprechenden Werkzeuges – der Kinematik einer Feinbohrspindel zugeordnet werden kann und demgemäß einfach herstellbar ist. Die Herstellung eines Aufrauprofils kann somit in den Taktzeit einer Produktionslinie zur Herstellung eines Motorblocks integriert werden. Dabei können relativ geringe Rauheiten von deutlich unter 100 μm erzeugt werden, so dass das Aufrauprofil mit nur einer geringen Menge Spritzmittel aufgefüllt werden muss.
Durch die derart ausgebildeten Hinterschneidungen entsteht beim anschließenden thermischen Beschichten durch Aufspritzen geschmolzener Metallpartikel eine zuverlässige formschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat und der aufgespritzten Schicht. Die hohe Haftzugfestigkeit wird ferner dadurch erreicht, dass Schrumpfspannungen die Adhäsion der thermisch aufgetragenen Schicht deutlich erhöhen.
Der Vorteil des Werkzeuges besteht ferner darin, dass dessen Standzeiten erheblich höher sind als dies seither bei mechanischen Aufrauprozessen möglich war. Es werden hohe Haftzugsfestigkeiten ≥ 40 MPa möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
1 einen Querschnitt durch ein beschichtetes Bauteil mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Aufrauprofil;
2(a), (b), (c) Querschnitte durch verschiedene im ersten Arbeitsschritt der Zerspanung entstehende Vorstufen des Aufrauprofils;
3(a), (b), (c) Querschnitte durch verschiedene Aufrauprofile nach dem zweiten Arbeitsschritt der Umformung;
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs;
6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs;
7 ein viertes Ausführungsbeispiel eines kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs.
1 zeigt einen Schnitt durch ein beschichtetes Bauteil 1, nämlich durch die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Verbrennungsmotors. Das Bauteil wird durch ein Substrat 3, z. B. aus Aluminium, das mit einer Schicht 2 versehen ist, gebildet. Die Schicht 2 wird durch Aufspritzen eines bis zum Schmelzen erhitzen Metallpulvers, z. B. einer einer Ni-B-Legierung, erzeugt. Diese Schicht und hat die gewünschten tribologischen Eigenschaften (zur Technologie der Beschichtung vgl. z. B. Flores, Hofmeister, Schnell, Vorbehandlung und Honen thermischer Spritzschichten, in: Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 63. Ausgabe, 2007, Vulkan-Verlag, S. 290 ff., sowie ferner G. Spur, Th. Stöferle [Herausgeber], Handbuch der Fertigungstechnik, Band 4/1, Abtragen, Beschichten, Carl Hanser Verlag [1987], S. 483 ff..)
Zur Verbesserung der Haftung der Schicht 2 auf dem Substrat 3 ist dessen Oberfläche mit einem Aufrauprofil versehen. Dieses Aufrauprofil ist gekennzeichnet durch einen Steg 4, der wie ein Gewinde innen an der zylindrischen Innenfläche der Bohrung, von der 1 nur einen kleinen Teil im Querschnitt zeigt, umläuft. Dieser Steg 4 weist an seinem der Oberfläche 2-1 der Schicht 2 zugewandten Ende, von seiner Mitte 5 ausgehend, eine Verbreiterung 6 auf, die von zu beiden Seiten über die in 1 senkrechten Flanken 8 des Stegs 4 vorstehende dach- oder rinnenförmige Auskragungen 6', 6'' gebildet wird, die sich zu ihren Enden 4-2 hin verjüngen. Die Verbreiterung 6 ist breiter als der Steg 4 und weist zum Grund 3-1 des Substrats 3 hin Flächen auf, die die Hinterschneidungen 10 bilden. Sie führen zu einer festen Verankerung der Schicht 2 auf dem Substrat 3 und damit zu einer eine hohen Haftzugsfestigkeit.
2a zeigt Abschnitte eines im Querschnitt rechteckigen Stegs 4, 2b eines im Querschnitt trapezförmigen Stegs 4 und 2c eines im Querschnitt U-förmigen Steges, jeweils nach dem ersten Schritt der Zerspanung oder Laserstrahlbearbeitung, jedoch vor dem zweiten Schritt der Umformung. Der Steg 4 weist eine im Wesentlichen ebene Plateaufläche 4-1 auf, die anschließend, von der Mitte 5 ausgehend, so umgeformt wird, dass sich die in den 3(a), (b), (c) gezeigten Aufrauprofile ergeben.
4 zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs 20, im folgenden der Einfachheit halber als Werkzeug bezeichnet, das um die Drehachse 21 drehbar ist und der Erzeugung eines Aufrauprofils an dem Substrat 3 dient, bei dem es sich hier um den Ausschnitt der zylindrischen Bohrung eines Motorblocks handelt, weist eine Formschneide 25, die die der Zerspanung dienende Komponente darstellt, sowie ein Rollierwerkzeug 26, das die der Umformung dienende Komponente darstellt, auf. Formschneide 25 und Rollierwerkzeug 26, letzteres um die Drehachse 27 drehbar, sind in einem Werkzeugkörper 22 aufgenommen.
Bei Drehung des kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs 20 um seine Drehachse 21 und Eingriff der Formschneide 25 in die Oberfläche des Substrats 3 bei gleichzeitigem Vorschub in Richtung 30 wird der im Querschnitt trapezförmige Steg 4 mit ebener Plateaufläche 4-1 gewindeartig in die Oberfläche des Substrats eingeschnitten. In der Richtung 30 des Vorschubs der Formschneide 25 folgend wird die Plateaufläche 4-1 dann von dem Rollierwerkzeug 26, ausgehend von einem Eingriff einer erhabenen Nase 28 des Rollierwerkzeugs 26, die an der Mitte 5 des Steges 4 ansetzt, zu der Verarbeitung 6 ausgewalzt.
Die Mitte der Formschneide 25 ist gegenüber der Nase 28 um den Betrag ΔL in axialer Richtung auf einer Mantellinie des sich drehenden Werkzeugs versetzt angeordnet. In diesem Fall ist ΔL gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Steigung s plus der Hälfte der Profilbreite b, also (n·s + b/2). Senkrecht zur Vorschubrichtung, d. h. in radialer Richtung, ist die Nase 28 des Rollierwerkzeugs 26 gegenüber der Formschneide 25 um eine Betrag AR versetzt, der dem Betrag entspricht, um den die Verbreiterung 6 gegenüber der vorher nicht verbreiterten Plateaufläche ausgewalzt wird. Es entsteht somit das in 3 dargestellte Aufrauprofil. Es versteht sich, dass das Auswalzen der Verbreiterung 6 aus der Plateaufläche 4-1 in mehreren Schritten durch mehrere hintereinander angeordnete Umformwerkzeuge erfolgen kann. Es muss sich bei der der Umformung dienenden Komponente des kombinierten Zerspan- und Umformwerkzeugs 20 auch nicht zwingend um eine Rollierwerkzeug handeln. Es kann auch ein Werkzeug zum Drücken oder Aufschneiden mit anschließendem Auseinanderbiegen nach den Seiten sein. Auf diese Weise entsteht durch Zerspanen im Bereich Z und Umformen im Bereich U das endgültige Aufrauprofilprofil.
Zerspanwerkzeug 25 und Umformwerkzeug 26 sind als getrennte Einheiten ausgeführt und, wie bereits erwähnt, radial und axial zueinander vesetzt angeordnet. Sie sind während der Bearbeitung eines Werkstücks zueinander fixiert, jedoch sowohl radial als auch axial gegeneinader verstellbar. Das Zerspanen ist also in diesem Fall ein Feinbohrverfahren, mit dem entlang des Umfangs des Substrats die Stege 4 wie ein Gewinde, das eine bestimmte Steigung aufweist, erzeugt werden.
Ein Zerspan- und Umformwerkzeug der beschriebenen Art kann mit einem Werkzeug zum Positionshonen gemäß DE 103 48 419 (= US 7,416,475 ) kombiniert werden. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Schrupphonen der Mantelfläche einer Bohrung, bei dem die Lage der Achse der Bohrung so korrigiert wird, dass sie mit der festgelegten Drehachse des Honwerkzeugs und damit der Honspindel fluchtet bzw. übereinstimmt. Dabei wird das bezüglich seiner Drehachse festgelegte Honwerkzeug exzentrisch in die Bohrung eingeführt, so dass es zunächst nur einen Teil der zylindrischen Innenfläche der Bohrung anschneidet (Partialschnitt). Mit zunehmender Bearbeitung und damit zunehmender radialer Aufweitung des Honwerkzeugs vergrößert sich der Teil des Umfangs der zylindrischen Innenfläche der Bohrung, der angeschnitten wird, bis hin zum vollständigen Bearbeiten der Bohrung(Vollschnitt). Dann befindet sich die Lage der Bohrung in Übereinstimmung mit der Lage der Drehachse des Honwerkzeugs. Ein Honwerkzeug dieser Art kann in Vorschubrichtung vor dem hier beschriebenen Zerspan- und Umformwerkzeug am selben Werkzeugkörper angeordnet sein. Die genannte Patentschrift wird hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der Offenbarung dieser Anmeldung gemacht. Der Verfahrensschritt des Positionshonens kann aber auch mit einem separaten Werkzeug erfolgen.
Das Positionshonen hat dabei die Funktion, die Lage der Achse und die Richtung der Achse der Bohrung zu korrigieren. Sind ein Werkzeug zum Positionshonen und ein kombiniertes Zerspan- und Honwerkzeug hintereinander auf einernem Werkzeugkörper angeordnet,, so erfolgt das Positionshonen als erster Schritt, auf den dann das Zerspanen und Umformen gemäß vorliegender Erfindung als weitere Schritte folgen. Die beiden Verfahrensschritte können auf einer oder mehreren Bearbeitungsspindeln durchgeführt werden.
5 zeigt ein Zerspan- und Umformwerkzeug 40. Dies weist eine – im Gegensatz zu dem Werkzeug nach 4 – rechteckige Formschneide 45 auf, auf die im axialen Abstand folgend ein Rollierwerkzeug 46 mit einer Wölbung 47 folgt. Diese Ausbildung dient dazu, eine weitere Anflachung der Enden 4-2 der Auskragungen 6', zu erreichen.
Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die Umformung der Plateaufläche 4-1 des Stegs 4 auch sukzessive mit radial unterschiedlich weit von der Achse 27 oder einer nachfolgenden Spindel angeordneten Umformwerkzeugen möglich ist.
6 zeigt ein Zerspan- und Umformwerkzeug 50, bei dem in axialer Richtung hinter der rechteckigen Formschneide 55 ein erstes Umformwerkzeug 55 zur Erzeugung einer Kerbe 57 in der Mitte der Plateaufläche 4-1 und daran anschließend ein zweites Umformwerkzeug 58 vorgesehen ist. Das erste Umformwerkzeug 56 kann ein Rollierwerkzeug, ein festes Druckwerkzeug, ein zusätzliches Zerspanwerkzeug oder ein Strahlwerkzeug zum Schneiden mit einem Laser- oder Wasserstrahl sein. Das zweite Umformwerkzeug 58 ist ein Rollierwerkzeug. Im unteren Teil von 6 sind dann die entsprechenden Stufen der Generierung des Aufrauprofils dargestellt. Die Kerbe 57 dient zum Eingriff und zur Führung der Nase 28 und damit des Rollierwerkzeugs 26. Beidseitig der Nase 28 sind die Umformbacken 28-1 und 28-2 angeordnet.
7 zeigt ein Zerspan- und Umformwerkzeug 90, angeordnet in der Bohrung 101 eines Werkstücks 100, z. B. des Motorblocks einer Verbrennungsmaschine. Die Zerspanung erfolgt durch die Formschneide 95, die Umformung durch das Rollierwerkzeug 96. Beide sind um 180° versetzt, d. h. auf verschiedenen Mantellinien, des Werkzeugkörpers 120 angeordnet. Die Formschneide 95 ist auf einer Platte 97 angeordnet, die wiederum ein Langloch 98 aufweist, über das die Platte 97 mit einem Schneidenhalter 99 mittels einer Schraube 98-1 verschraubt ist. Dies dient der axialen Einstellung,, und Justierung der Formschneide 95 auf dem Schneidenhalter 99, entsprechend ΔL in 4. Der Schneidenhalter 99 ist in einer Nut 105 im Werkzeugkörper 120 angeordnet. Sein Abschnitt 99-3, rechts von einer Biegekerbe 99-2, ist mit dem Grund der Nut 105 mittels der Schraube 99-1 verschraubt. Auf den Abschnitt 99-4 links der Biegekerbe 99-2 und in ausreichendem Abstand zu dieser wirkt ein Zustellstift 106, durch dessen radiale Verstellung im Werkzeugkörper 120 der Schneidenhalter 99 links der Biegekerbe 99-2 leicht um den durch die Biegekerbe 99-2 definierten Drehpunkt gekippt und damit somit radial justiert werden kann. Die radiale Verstellung des Zustellstiftes 106 erfolgt dadurch, dass dessen mit einer leicht schrägen Fläche 106-1 versehenes unteres Ende auf einer schrägten Fläche 107-1 einer Zustellstange 107 läuft. Die Zustellstange 107 wird von der Maschine her, als in 7 von oben, in die gewünschte Stellung gemacht. Ihre Endposition wird durch eine Anschlagschraube 107-2 begrenzt, die als Gewindestift verstellbar in einem Deckel 110 angeordnet ist, der mit dem Werkzeugkörper 120 verschraubt ist.
Die radiale Verstellung des Rollierwerkzeugs 96, entsprechend ΔR in 4, erfolgt dadurch, dass ein Gehäuse 96-1, in dem das Rollierwerkzeug 96 drehbar gelagert ist, in einer Ausnehmung 112 im Werkzeugkörper 120 radial verschiebbar angeordnet und mit einer Keilfläche 96-2 versehen ist, die von einer Keilfläche 108-1 einer Zustellstange 108 verschoben werden kann. Die Zustellstange 108-2 wird ebenfalls von oben, d. h. von der Maschine her, gegen die Anschlagschraube 108-2 verstellt. Durch Blattfedern 109, die mit dem Werkzeugkörper 120 verschraubt sind und auf die seitlichen Flanken des Gehäuses 96-1 wirken, wird das Gehäuse 96-1 und damit das ganze Rollierwerkzeug 96 bei Rückstellung der Zustellstange 108 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt.
Für die Zustellung der Formschneide 95 und des Rollierwerkzeugs 96 kann ein gemeinsames zentrisch angeordnetes Zustellsystem genutzt werden. Die beiden unabhängig voneinander wirkenden Zustellungen sind dann als längsgeteilte Konen ausgelegt oder sie werden als zentrischr Zustellstift mit konzentrischer Zustellhülse ausgelegt.

1: Werkstück
2: Schicht
2-1: Oberfläche der Schicht 2
3: Substrat
3-1: Grund des Substrats
4: Steg
4-1: ebene Plateaufläche von 4
5: Mitte der Plateaufläche 4-1
6: Verbreiterung
6', 6'': Auskragungen
7: Durchgang
8: Flanken
9: Innenraum
10: Hinterschneidung
20: kombiniertes Zerspan- und Umformwerkzeug
21: Drehachse von 20
22: Werkzeugkörper
25: Formschneide
26: Rollierwerkzeug
27: Drehachse von 26
28: Nase
28-1: Formbacken
28-2: Formbacken
30: Pfeil (Vorschubrichtung)
40: kombiniertes Zerspan- und Umformwerkzeug
45: Formschneide
46: Rollierwerkzeug
47: Wölbung
50: kombiniertes Zerspan- und Umformwerkzeug
55: Formschneide
56: erstes Umformwerkzeug
58: zweites Umformwerkzeug
59: Kerbe
90: kombiniertes Zerspan- und Umformwerkzeug
95: Formschneide
96: Rollierwerkzeug
96-1: Gehäuse
96-2: Keilfläche
97: Platte
98: Langloch
98-1: Schraube
99: Schneidenhalter
99-1: Schraube
99-2: Biegekerbe
99-3: Abschnitt
99-4: Abschnitt
100: Bohrung
101: Innenfläche von 100
105: Nut
106: Zustellstift
106-1: schräge Fläche
107: Zustellstange
107-1: schräge Fläche
107-2: Anstellschraube
108: Zustellstange
108-1: Keilfläche
108-2: Zustellschraub
109: Blattfedern
110: Deckel
112: Ausnehmung
120: Werkzeugkörper
ΔR: radialer Versatz
ΔL: axialer Versatz

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

- DE 102006045275 B3 [0004]
- WO 2008/034419 A1 [0004]
- DE 102006004769 A1 [0005]
- WO 2007/087989 A1 [0005]
- DE 10139516 A1 [0006]
- DE 10256460 A1 [0006]
- US 2003/0152699 A1 [0006]
- DE 202005011772 U1 [0006]
- EP 1464436 A1 [0006]
- US 7220458 B2 [0007]
- DE 10348419 [0028]
- US 7416475 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- T. Abeln, G. Flures und U. Klink, Laserstrukturierung – Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Oberflächen, VDI-Z. 7/8, 2002 [0006]
- Jahrbuch Schleifen, Honen, Läppen und Polieren, 63. Ausgabe, 2007, Vulkan-Verlag, S. 290 ff. [0021]
- G. Spur, Th. Stöferle [Herausgeber], Handbuch der Fertigungstechnik, Band 4/1, Abtragen, Beschichten, Carl Hanser Verlag [1987], S. 483 ff. [0021]

Claims

Substrat mit einer Oberfläche, in die für das Aufbringen einer thermischen Spritzschicht durch Zerspanung Ausnehmungen eingebracht sind, die durch anschließende Umformung erzeugten Hinterschneidungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen derart verformt sind, dass sie einen Steg (4) mit einer Plateaufläche (4-1) aufweisen, der, ausgehend von ungefähr der Mitte (5) der Plateaufläche, zu einer Verbereiterung (6) umgeformt ist, die nach beiden Seiten dachförmige Auskragungen (6', 6'') bildet, die die dem Substrat zugewandten Hinterschneidungen (10) bilden.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) in einer Bohrung wie ein Gewinde entlang der Innenfläche umläuft.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stegs (4) rechteckig, trapezförmig oder U-förmig ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Aufbringen einer thermischen Spritzschicht vorbereitete Oberfläche (3-1) die zylindrische Kolbenlaufbahn eines Verbrennungsmotors, zum Beispiel die Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses oder einer Zylinderbuchse, ist.
Substrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (4) wie ein Gewinde mit einer bestimmten Steigung entlang der Innenfäche der Bohrung (101) ausgebildet ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Plateaufläche (4-1) des Steges (4) etwa in der Mitte eine Kerbe (59) aufweist, die einen Ansatz und/oder eine Führung für ein Umformwerkzeug (26, 46, 56, 96) ist.
Werkzeug zur Erzeugung eines Aufrauprofils an der Innenfläche einer Bohrung das in die Bohrung einführbar, darin drehbar, in Vorschubrichtung kontrolliert verfahrbar und als kombiniertes Zerspan- und Umformwerkzeug ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es eine der Zerspanung dienende Komponente (25, 45, 53, 95) zur Erzeugung eines wie ein Gewinde in der Bohrung umlaufenden Stegs (4) als Vorform eines Aufrauprofils und in einem einstellbaren axialen und radialen Abstand (ΔL, ΔR) zu dieser eine der Umformung dieses Stegs dienende Komponente (26, 46, 56, 96) aufweist, die die Plateaufläche (4-1) des Stegs (4) nach beiden Seiten hin zu Auskragungen (6', 6'') umformt, die über die Flanken (8) des Stegs (4) vorstehen und auf ihrer Seite, die dem Grund (3-1) des Zwischenraums (9) zwischen den Windungen des Stegs (4) zugewandt ist, Hinterschneidungen (10) bilden, die die Verankerung einer durch Aufspritzen aufzutragenden Schicht (2) bilden, deren tribologische Eigenschaften besser als die des Materials der Bohrung sind.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug ein Rollierwerkzeug (56) ist, dessen Eingriffsprofil einen als Nase (28) ausgebildeten Bereich und beidseitig davon gegenüber der Nase leicht zurückgesetzte Formbacken (28-1, 28-2) umfasst, durch die von der Mitte (5) der ebenen Plateaufläche (4-1) her die Plateaufläche (4-1) zu einer Verbreiterung (6) verformt wird, die beidseitig von dem Steg (4) wegweisende dachförmige Auskragungen (6', 6'') aufweist, an denen die Hinterschneidungen (10) ausgebildet sind.
Werkzeug zur Erzeugung eines Aufrauprofils für die zu durch Aufspritzen eines erhitztes Metall zu beschichtende Innenfläche (101) einer Bohrung (100), vorzugsweise für die Laufbahn eines Kolbens des Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Werkzeugkörper (120), der drehbar und in einer Vorschubrichtung verschiebbar in die Bohrung einführbar ist, in einer ersten entlang des Umfangs angeordneten Ausnehmung (105) ein eine Formschneide (95) tragendes erstes Haltemittel (99) angeordnet ist, das von einem axial in dem Werkzeugkörper verstellbaren ersten Zustellmittel (107) radial verstellbar ist, und dass in einer zweiten Ausnehmung (112) eine die Umformeinrichtung (96) tragende zweites Haltemittel (96-1) angeordnet ist, das von einem axial in dem Werkzeugkörper verstellbaren zweiten Zustellmittel (108) radial verstellbar ist, und dass die Lage in Richtung der Drehachse mindestens eines (99) der beiden (99, 96-1) Haltemittel axial verstellbar ist, und dass die Ausnehmung (112), in der das zweite Haltemittel (96-1) angeordnet ist, in Vorschubrichtung (30) versetzt hinter dem ersten Haltemittel angeordnet ist.
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Haltemittel ein Schneidenhalter (99) ist, der in einer axial am Umfang des Werkzeugkörpers verlaufenden Nut (105) axial verschiebbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschneide (95) am Schneidenhalter (99) axial verschiebbar (98, 98-1) ist.
Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die Zustellmittel für das erste Haltemittel eine erste im Werkzeugkörper (120) axial verschiebbare Zustellstange (112) ist, die mittels einer an ihr vorgesehenen schrägen Fläche (107-1) auf eine schräge Fläche (106-1) eines radial verschiebbaren Zustellstiftes (106) einwirkt, der den Schneidenhalter (99) in radialer Richtung verstellt.
Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenhalter (99) in der Nut (105) befestigt und mit einer Biegekerbe (99-2) versehen ist und dass der Zustellstift (106) an einer Stelle auf den Schneidenhalter (99) einwirkt, die ihn an der durch die Biegekerbe (99-2) definierten Stelle gegenüber seinem in der Nut (105) befestigten Abschnitt (99-3) verschwenkt.
Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Haltemittel (96-1) in der zweiten Ausnehmung (112) radial verschiebbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zustellmittel für das zweiten Haltemittel durch eine zweite im Werkzeugkörper (120) axial verschiebbare Zustellstange (108) ist, die mittels einer an ihr vorgesehenen schrägen Fläche (108-1) auf eine schräge Fläche (96-2) des zweiten Haltemittels (96-1) einwirkt und dieses damit in radialer Richtung verschiebt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformeinrichtung ein an dem Haltemittel (96-1) drehbar angeordnetes Rollierwerkzeug (96) ist.
Werkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollierwerkzeug (96) einen mittig angeordneten und zum Eingriff in eine Kerbe (96) zur Führung in dieser geeigneten Vorsprung (28) aufweist, an den sich beidseitig Formbacken (28-1, 28-2) zur Ausbildung der Auskragung (6', 6'') anschließen.
Werkzeug nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Haltemittel (96-1) zumindest eine am Werkzeugkörper (120) angeordnete Feder (109) einwirkt, die ihn in seine Ausgangslage drückt.
Mit einer zylindrischen Bohrung versehenes Bauteil, vorzugsweise das Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, bei dem die Innenfläche der Bohrung oder einer darin eingesetzten Zylinderbuchse mit einem Aufrauprofil versehen ist, das durch einen wie ein Gewinde an der Innenfläche der Bohrung umlaufenden Steg (4) mit trapezförmigen, rechteckigem oder U-förmigem Querschnitt gebildet wird, dessen Plateaufläche (4-1) zu ihren beiden Seiten über die Flanken (8) des Stegs (4) hervorragende Hinterschneidungen (10) aufweist, durch die eine durch Aufspritzen aufgebrachte Metallschicht (2), die gegenüber dem Material des Motorblocks verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist, dadurch zusätzlich zu den durch Adhäsion gegebenen Haltekräften an der Innenfläche (101) der Bohrung (100) gehalten wird.