EP3010682A1 - Verfahren und anlage zum vorbereiten und beschichten einer werkstückoberfläche - Google Patents

Verfahren und anlage zum vorbereiten und beschichten einer werkstückoberfläche

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Publication number
EP3010682A1
EP3010682A1 EP14730877.9A EP14730877A EP3010682A1 EP 3010682 A1 EP3010682 A1 EP 3010682A1 EP 14730877 A EP14730877 A EP 14730877A EP 3010682 A1 EP3010682 A1 EP 3010682A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
fluid
nozzle
coating
fluid jet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14730877.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann-Josef David
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecoclean GmbH
Original Assignee
Duerr Ecoclean GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Ecoclean GmbH filed Critical Duerr Ecoclean GmbH
Publication of EP3010682A1 publication Critical patent/EP3010682A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/02—Abrasive blasting machines or devices; Plants characterised by the arrangement of the component assemblies with respect to each other
    • B24C3/04—Abrasive blasting machines or devices; Plants characterised by the arrangement of the component assemblies with respect to each other stationary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
    • B24C3/32—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks
    • B24C3/325—Abrasive blasting machines or devices; Plants designed for abrasive blasting of particular work, e.g. the internal surfaces of cylinder blocks for internal surfaces, e.g. of tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for processing a surface of a workpiece and / or for preparing a surface of a workpiece for coating, in which in the surface of the workpiece with a tool, in particular with a cutting tool, a structure, for. B. a (macroscopic) groove and / or strip structure is introduced. Moreover, the invention relates to a method for refining the surface of a workpiece, in which the surface of the workpiece is coated. In addition, the invention relates to a system for the preparation of a surface of a workpiece for coating and a system for coating a surface of a workpiece.
  • the object of the invention is to provide a method for preparing a surface of a workpiece for coating and to provide a method for refining the surface of a workpiece, which substantially improves the adhesive properties of the surface of a workpiece and the adhesion of a coating applied to the surface to let.
  • the invention proposes to prepare a surface of a workpiece for coating by introducing a (macroscopic) structure, in particular a groove structure, into the surface of the workpiece with a tool, and then thereafter with a fluid, in particular in the form of an incompressible material Liquid applied becomes.
  • a (macroscopic) structure in particular a groove structure
  • a fluid in particular in the form of an incompressible material Liquid applied becomes.
  • a (macroscopic) structure can be introduced into the surface of the workpiece, in particular by means of fine spindles, i. H. be introduced in a machining mechanical machining method with a cutting tool in the form of a turning tool.
  • the structure can also be replaced with another tool, e.g. with a milling tool, a laser or a spark erosion device.
  • the structure is embodied, for example, in the form of a (in particular macroscopic) recess structure in the surface.
  • a surface may be provided with a plurality of grooves, wherein one or more grooves may have, for example, a groove profile with at least one undercut.
  • groove profiles are provided with partly rounded or partly rectangular elevations and / or depressions.
  • two undercuts are preferably provided in the region of a recess of a groove, so that, for example, a dovetail-shaped groove profile can result.
  • the grooves of a macroscopic structure according to the invention are preferably between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m deep and between 30 ⁇ m and 500 ⁇ m, in particular between 50 ⁇ m and 100 ⁇ m wide.
  • the grooves in the surface of a workpiece can, for. B. have a distance from each other, which is between 30 ⁇ and 500 ⁇ so that there is a flat back or web section (survey) between the grooves.
  • the structure introduced into the surface of the workpiece can be both regular and irregular.
  • the structure may also comprise a plurality of strips, which are preferably designed as round bars.
  • a uniformly distributed surface roughness is sought in the region of a (macroscopic) structure according to the invention.
  • Subareas with insufficient structuring of the Surface could lead to later release of the coating.
  • evenly distributed surface roughness and / or uniform surface structuring on workpieces are advantageous, for example to avoid corrosion, for optical reasons, etc.
  • the inventor has recognized that with machining, mechanical machining processes in which the surface of a corresponding workpiece is processed with a cutting tool, a structuring of the surface of a workpiece in a required groove depth and quality in certain applications not or only with great effort in can be guaranteed process reliable industrial mass production.
  • a rotating cutting tool in the surface of a bore, for. B. a cylinder bore generated groove or groove has a dependent on the roundness of this hole depth.
  • the roundness of cylinder bores in industrially manufactured engine blocks is subject to certain fluctuations. This has the consequence that a cutting tool rotating about an axis has a reduced immersion depth in the workpiece material in the case of surfaces which rest against a standard dimension, which leads to a lower structural depth.
  • FIG. 1 For example, a structuring of the surface of a workpiece in a required groove depth and quality in an industrial Mass production reliably ensured only with great effort, if the surface to be structured is small relative to the tool and / or positioned in a recess.
  • B. engine blocks is the introduction of structures in the surface of the workpiece with a rotating mechanical cutting tool not at all or only with great effort possible. This applies, for example, to cast cylindrical bores for supporting a crankshaft, pulsating bores and chamfers in cylinder bores, as well as for overhangs or undercuts with a larger diameter (honing clearance).
  • the inventor has recognized that the adhesive properties of the surface for a coating and the adhesion of a coating applied to the surface, but also other qualitative properties of a surface can be improved if the surface provided with a (macroscopic) structure has a surface Workpiece an additional microstructure is introduced. It is inventively provided to produce the (macroscopic) structure, in particular with a machined, mechanical roughening or machining process and then post-treated with a fluid.
  • certain (macroscopic) structures such as groove-shaped structures in the cylinder bore of an engine block, which are produced with a rotating cutting tool in the surface of a workpiece, can advantageously be improved by superposition with a microstructure, wherein the microstructure with the aid of an abrasive effect Fluids should be generated.
  • the fluid is able to reach surfaces that can not be reached with another tool.
  • web sections lying between two (macroscopic) grooves, in which the surface can have remained unprocessed in the first method step can be additionally structured.
  • other surface features such as the hardness of the surface can be changed.
  • a microstructure is preferably introduced into the (macroscopic) structure in that a fluid is sprayed onto the surface of the workpiece in the form of a fluid jet through one or more openings of a nozzle tool. leads.
  • the nozzle tool has a nozzle chamber in which the fluid or the liquid is subjected to a pressure which is greater than 100 bar, preferably greater than 150 bar, particularly preferably greater than 300 bar, and which in particular especially between 2000 bar and 4000 bar and z. B. 3000 bar.
  • the nozzle tool and / or the workpiece are moved relative to one another during the application of the workpiece in a specific path, said path being selected at a non-zero angle relative to a plurality of grooves of the (macroscopic) structure.
  • the fluid jet is applied to the surface of the workpiece with temporally changing pressure.
  • the provided microstructures may have, for example, a conical, (semi) spherical, trough-shaped or grooved basic shape.
  • the microstructures have in a preferred embodiment, at least in sections, a circular contour with a diameter which is preferably between 1 ⁇ to 50 ⁇ .
  • the microstructures may, for. B. 1 ⁇ to 50 ⁇ deep.
  • the microstructure introduced into the surface by means of the fluid jet is a substructure with respect to the structure in the surface. That is to say, the dimensions of the microstructure introduced into the surface by means of the at least one fluid jet are significantly smaller than the dimensions of the macroscopic structure in the surface prior to the application of the fluid.
  • the inventor has found that the erosion effect of a fluid jet impinging on the surface of a workpiece is increased from a fluid or a liquid if there are structures in the form of depressions in the surface which are deep between and between ⁇ and ⁇ 30 ⁇ and 500 ⁇ wide, in particular between 50 ⁇ and 100 ⁇ are wide.
  • Extensive tests have shown that due to such depressions in the surface of a workpiece and the Pulse can be transmitted from so-called Querjets on the workpiece, ie the pulse of fluid jets, which extend transversely to the surface normal of the workpiece surface.
  • the roughness of the patterned surface of a workpiece is increased by the application of the fluid or liquid.
  • the roughness of the surface is understood to mean the arithmetic mean of the average distance of a set of measuring points arranged on the surface from a center line or central surface on which the sum of the deviations from the surface is minimal for the measuring points.
  • a fluid in the form of a liquid of water and / or a mixture of water and detergent such as a wash liquor and / or a mixture of water and biocide and / or corrosion inhibitors and / or from a water-oil emulsion and / or oil particularly well.
  • the fluid or liquid may be mixed with chemical and / or abrasive components.
  • the fluid used is compressed air which contains sand grains, plastic particles, glass particles, corundum, water ice and / or CO2 E1S as additional abrasive constituents.
  • a realization of the invention is also that, if the at least one fluid jet for impinging the surface of a workpiece has a beam angle which is between 10 ° and 60 ° and which is preferably 20 °, the desired microstructures in the surface of the workpiece, in particular the flanks of macroscopic grooves or depressions can be formed, which further improves the adhesion of a coating applied to the surface of the workpiece.
  • a good erosion effect can be achieved, in particular, if the fluid jet has a jet direction which strikes the surface with an incident angle ⁇ at 70 ° ⁇ ⁇ 90 ° which is related to the surface at a local tangential plane.
  • a particularly good erosion effect of the fluid jet can be achieved if the fluid jet is generated with a flat jet nozzle or a hollow cone jet nozzle.
  • a fan jet nozzle allows the provision of a fan-shaped, flat fluid jet.
  • With a hollow cone jet nozzle it is possible to generate a fluid jet in the geometry of the lateral surface of a hollow cone.
  • the fluid jet can also be generated with a full jet nozzle.
  • An idea of the invention is also to act on the surface of a workpiece simultaneously or successively with a fluid jet, which is guided at different beam angles ⁇ and / or different angles of incidence ⁇ on the surface of the workpiece.
  • the angle of jet spanned by the fluid jet is understood as the nozzle tool after it has emerged from the opening of a nozzle.
  • the angle of incidence ⁇ is the angle between the mean beam direction and the perpendicular perpendicular of the mean beam direction to the local tangential plane to the surface in the point of impingement of the fluid jet in which the mean beam direction intersects the surface.
  • the material and the material structure, the structure of the surface, and the grain structure of the material of the surface, the hardness and roughness of the surface of the workpiece understood, as well as a concentration of air bubbles or voids in Area of the surface of the workpiece.
  • the extrinsic nature of the surface of the workpiece is understood to mean the local geometry of the surface, such as surface curvatures, undercuts, protruding and recessed structures, as is the case, for example, with a mocking clearance for a cylinder bore in an engine block.
  • the set nozzle tool operating parameters may be, for example, a fluid pressure of the fluid medium in the nozzle chamber and / or a feed rate of the nozzle tool relative to the workpiece in FIG the direction of a spindle axis, a rotational speed of the nozzle tool about the spindle axis, a pulse frequency of the liquid jet, a pulse duration of the liquid jet, an amplitude and / or power of an ultrasonic generator for generating a pulsed fluid jet.
  • the nature of the at least one fluid jet may be, for example, the velocity and consistency of the fluid emerging from a nozzle orifice in the nozzle tool.
  • the local intrinsic and extrinsic nature of the surface of the workpiece may be e.g. be known and stored in a data store. However, it is also possible to determine the nature of the surface of the workpiece before or after, possibly also during the application of a fluid jet in a (preferably non-destructive) measuring process, for. B. by measuring in a Tastschnittbacter in which a probe tip preferably moves from diamond at a constant speed over the surface and their positional shift then with a z. B. inductive displacement measuring system is detected. The nature of the surface of the workpiece can also be determined by measuring with a confocal measuring system, as z. As described in the publication by M. Weber and J.
  • nozzle tool operating parameters depending on the location of the surface acted upon by at least one fluid jet the orientation of the fluid jet with respect to the surface and / or the extrinsic and / or intrinsic nature of the surface and / or the relevant structural features of the surface of the workpiece or a like workpiece measured for the adhesion of a coated coating, the surface thereof for coating has already been prepared, or the stored in a data storage, for the adhesion of a coated coating relevant structural features of the surface can be adjusted, it can be achieved that a lack or insufficient structuring of the surface of a workpiece can be compensated.
  • a coating may be applied to the patterned surface of the workpiece, with the coating adhering particularly well. In particular, this achieves uniform adhesion of the coating on the surface of the workpiece.
  • the surface is treated with blast air before coating and / or z. B. is dried by vacuum drying.
  • a surface of a workpiece prepared for coating according to the invention is particularly suitable for thermal coating, for example for coating with a thermal spraying method, such as LDS coating or plasma coating or arc wire spraying or flame spraying.
  • a thermal spraying method such as LDS coating or plasma coating or arc wire spraying or flame spraying.
  • the surface or the wall of a cylinder bore in an engine block or in a cylinder housing or in a crankcase by coating can be refined in this way, the surface or the wall of a cylinder bore in an engine block or in a cylinder housing or in a crankcase by coating.
  • the preparation of the surface of a workpiece for coating is preferably carried out in several successive steps.
  • a first step the surface of the workpiece is mechanically structured in the areas that can be reached with a cutting tool.
  • the surface of the workpiece is then subjected to a high-pressure fluid jet of a fluid, in particular a liquid, in order in this way to produce microstructures in the surface of the workpiece.
  • a third step following the second step the surface of the workpiece is rinsed with liquid or gaseous fluid.
  • the workpiece in a subsequent process step z. B. aftertreated with blown air and / or freed of liquid residues in a vacuum dryer. It is also an idea of the invention to provide a machining method for a plurality of workpieces in a preferably industrial process in which (macroscopic) structures are produced in the surface of a work piece after a machining or roughening process. to carry out an automated, preferably non-contact measurement of the topography and / or the structural features of a workpiece surface that are relevant for the adhesion of a coated coating.
  • a workpiece surface is measured, for example in a Tastschnitthabilit to then set in an automated control loop one or more parameters for the introduction of microstructures by means of a fluid jet.
  • a modified machining method for a plurality of workpieces following a roughening process in which microstructures are produced in the surface of a workpiece, a measurement of the topography and / or the structural features of a workpiece surface that are relevant for the adhesion of a applied coating is undertaken.
  • a workpiece surface is measured in order to then set in a control loop one or more parameters for the introduction of microstructures by means of a fluid jet.
  • the surface can be measured for this purpose, for example, with a confocal measuring system or with a microscope or electron microscope.
  • an adjustment of the parameters for the introduction of can be based on the measurement of a first workpiece or on the measurement results obtained on the first workpiece
  • Microstructures are made by means of a fluid jet to other workpieces.
  • a repeated adjustment of said parameters then results according to the invention an optimization in the adjustment of the fluid jet for the introduction of microstructures.
  • the fluid jet is continuously optimized via one or more parameters, the introduction of microstructures into the surface of the measured or at least one subsequent workpiece depending on the measured values for the topography or the structural features of the surface relevant for the adhesion of a coating applied. can be optimized.
  • the processing method according to the invention for a plurality of workpieces in a preferably industrial process makes it possible to shorten process times, to qualitatively improve mechanically machined surfaces of a workpiece, to optimize the adhesion values of coatings and, moreover, to the surface of a workpiece clean.
  • the invention also extends to an apparatus for preparing a surface of a workpiece for coating and / or refining the surface of a workpiece by means of coating.
  • a fluid or a liquid is on the surface of the Workpiece preferably with a nozzle tool can be fed, which has a rotatable about a spindle axis and displaceable in the direction of the spindle axis nozzle body with a nozzle chamber and at least one nozzle opening for providing at least one continuous or pulsed fluid jet.
  • the nozzle tool is assigned a control and / or regulating device for adjusting at least one nozzle tool operating parameter, eg a nozzle tool operating parameter from the group fluid pressure / fluid pressure in the nozzle chamber, feed rate relative to the workpiece in the direction of Spindle axis, rotational speed about the spindle axis, pulse frequency of the fluid jet / liquid jet, pulse duration of the fluid jet / liquid jet, amplitude and / or power of an ultrasonic generator for generating a pulsed fluid jet.
  • This control and regulating device serves to set the at least one nozzle tool operating parameter depending on the location of the surface and / or the geometry of the surface and / or the intrinsic or extrinsic nature of the surface.
  • This setting can be done in particular on the basis of measurement data recorded on a workpiece other than the one currently being machined in the plant, eg. B. on an already machined in the plant workpiece, ie a workpiece in which the processing is completed in the system.
  • Fig. 1 shows a plant with a device for preparing a surface of a workpiece for coating
  • FIG. 2 is a moving in a cylinder bore nozzle tool of the system;
  • FIG. 3 shows an angle of incidence for a fluid jet issuing from a nozzle of the nozzle tool onto the surface of a workpiece;
  • FIG. 3 shows an angle of incidence for a fluid jet issuing from a nozzle of the nozzle tool onto the surface of a workpiece;
  • FIG. 4 is an enlarged view of a cross-sectional profile of a surface of a workpiece having a groove-like structure
  • FIG. 5 shows an enlarged view of a cross-sectional profile of a microstructured surface of the workpiece after applying a high-pressure fluid jet from a liquid;
  • FIG. 6 shows an enlarged plan view of a microstructured surface of the workpiece after being exposed to a high-pressure fluid jet from a liquid;
  • Fig. 7 is a cross-sectional profile of a surface of a workpiece having a groove-like structure having undercuts
  • FIG. 8 shows a cross-sectional profile of a surface of a workpiece with a
  • the embodiments of the invention outlined in detail below generally relate to methods for surface treatment on, in particular, metallic components.
  • highly stressed parts of internal combustion engines in particular cylinder liners in reciprocating piston engines, can be used as components.
  • surface in particular with regard to roughness, dimensional accuracy and hardness).
  • the abovementioned components are generally produced in a plurality of operations, wherein a workpiece in the form of a blank is first created from a metallic semi-finished product by forging, casting or other methods. Such a blank is used as a workpiece for the processing steps described below and thus as the starting material for the inventive method.
  • a surface of the workpiece with a (macroscopic) structure by means of machining processes.
  • a groove structure is to be introduced into a cast cylinder bushing of an engine block (blank, workpiece).
  • said structure can also be replaced with another tool, e.g. with a milling tool, a laser or a spark erosion device to produce a metallic workpiece.
  • the structure is embodied, for example, in the form of a macroscopic depression structure in the surface.
  • a surface with a plurality of grooves comprising alternating elongated elevations and depressions
  • groove profiles are provided with partly rounded or partly rectangular elevations and / or depressions.
  • the grooves of a structure according to the invention are preferably between 10 m and 500 ⁇ m deep and between 30 ⁇ m and 500 ⁇ m wide.
  • the grooves in the surface of a workpiece preferably have a distance from each other, which is between 30 ⁇ and 500 ⁇ , so that between the grooves a flat back or web section (collection) of appropriate width is generated.
  • the introduced into the surface of the workpiece structure can be both regular and irregular.
  • the structure may also comprise a plurality of strips, which are preferably formed as round bars.
  • the workpiece has a structure with a plurality of grooves or strips of uniform orientation.
  • the wells Due to a possible inaccurate shape of the blank (especially in mass produced in industrial mass production), it is possible that after the introduction of the structure in the first step, the wells have a non-uniform, changing along the surface depth. That is, the target depth can vary, for example, by 10 m to 100 ⁇ at the same time, the surface roughness may vary by 10% to 50%.
  • Such a machined workpiece may now be a workpiece 16 'designed as a motor block 16.
  • the engine block 16 has, in particular, a plurality of cylinder bores 14 which, according to the first method step shown above, have a surface 12 with a structure 15 in the form of grooves.
  • Such an engine block 16 may e.g. consist of an aluminum alloy. According to the invention, this is transferred from a system for carrying out the first method step to a system 10 described in more detail below, in which further method steps of the method according to the invention are carried out.
  • the plant 10 shown in FIG. 1 is designed for machining a surface 12 of a cylinder bore 14 in the formed as a motor block 16 workpiece by the surface 12 is acted upon by means of pulsating fluid jets 18 of water.
  • the water of the fluid jets 18 may contain detergent, biocide and corrosion inhibitor and may also be mixed with chemical and / or abrasive components.
  • the system 10 has a pumping device 20 and a cannister 22 with a device 24 for generating fluid pressure waves.
  • the device 24 is connected to a controllable frequency generator.
  • the device 24 contains a piezoelectric crystal, which acts as an electromechanical transducer and is connected to a sonotrode.
  • the sonotrode in the water pressure waves with a frequency v can be generated, which is preferably in the range 10 kHz ⁇ v ⁇ 50 kHz.
  • the piezoelectric crystal is subjected to a high-frequency alternating voltage from a frequency generator.
  • the frequency generator is designed for generating ultrasonic frequencies, preferably ultrasonic frequencies in the range 10 kHz ⁇ v ⁇ 50 kHz.
  • the wavelength ⁇ and the amplitude of the pressure waves in the line 26 can be varied.
  • the conduit 26 connects the chamber 22 to a nozzle tool 28 having a nozzle chamber and containing a plurality of nozzles 30.
  • the nozzle tool 28 can also be designed as a nozzle tool which has only one nozzle.
  • the pressure acting on the liquid in the nozzle chamber pressure is z. B. 600 bar or very much more, z. B. 3000 bar.
  • the conduit 26 has a chamber side portion and includes a nozzle side portion.
  • the chamber-side portion and the nozzle-side portion are connected by means of a pivot joint 32.
  • the nozzle-side section can be moved in an oscillating and / or rotating manner by means of a motorized rotary drive about a spindle axis 34 coaxial with the line 26.
  • the workpiece 16 ' is connected to a z. B. trained as a robot manipulator 36, where it in the marked with the double arrow 38 made direction can be shifted. In this way it is possible to move the nozzle tool 28 and the workpiece 16 'relative to each other and to impinge the surface 12 with pulsating high-pressure fluid jets from the nozzle tool 28.
  • the workpiece 16 ' is arranged immovably and the nozzle tool 28 received on the line 26 is moved by means of a manipulator 36 in the direction of the double arrow 38 with respect to the workpiece 16' becomes.
  • the workpiece and the nozzle tool are in any case moved relative to one another in such a way that the nozzle tool is moved at a non-zero angle relative to a groove structure present in the workpiece. This allows the nozzle tool to produce elongate microstructures that intersect the macroscopic structure.
  • the system 10 comprises a control computer 39 with a data memory.
  • the control computer 39 is connected to the pumping device 20, to the device 24 for generating fluid pressure waves, to the motorized rotary drive in the rotary joint 32 and also to the manipulator 36.
  • the system 10 includes a measuring device 40 with a confocal microscope 42 for measuring the surface 12 of a cylinder bore 14 after machining with the nozzle train 28.
  • the confocal microscope 42 is received on a holding device 44 and can thus be in a cylinder bore 14 of the engine block 16th introduce.
  • the confocal microscope 42 can be rotated about the axis 45 of a cylinder bore 14 and includes an image sensor for detecting a confocal image of spots on the surface 12 of a cylinder bore 14.
  • the measuring device 40 it is possible to determine the topography and the properties relevant to the adhesion of a coated coating Surface 12 in a cylinder bore 14 to detect spatially resolved.
  • the measuring device 40 is connected to the control computer 39, which, due to the surface topography of the cylinder bore 14 detected by the measuring device 40 for processing with the nozzle tool 28, has one or more operating parameters for the nozzle tool 28 for machining a further cylinder bore 14 of the same engine block 16 o - that of another engine block 16 controls, for example, the fluid pressure in the nozzle chamber, the feed rate of the relative displacement of nozzle tool 28 and motor block 16 in the direction of the spindle axis 34, the rotational speed about the spindle axis 34, the pulse frequency of a fluid jet, the pulse duration of a fluid jet the nozzles 30, the amplitude and / or power of the acting as an ultrasonic generator frequency generator for generating pulsed fluid jets.
  • the workpiece (embodied here as an engine block) in the method steps described above can be produced from a lightweight, comparatively soft and / or cost-effective material such as, for example, an aluminum or magnesium alloy and inexpensively machined.
  • the method according to the invention preferably serves not only to provide a high-quality surface with a uniform structure and roughness, but in particular can also serve to provide a surface prepared for subsequent coating with a material different from the material of the blank.
  • the cylinder bores in an engine block according to the invention in a thermal spraying process with a metallic Alloy coated.
  • the weight of the To reduce the door block by a lighter material is selected as the base material for the blank.
  • Such a metallic alloy of the coating differs significantly from the base material of the engine block by one or more alloy components.
  • the material of the coating z. Example have a carbon content of 0.8 to 0.9 weight percent and in particular contain dispersed friction-reducing fillers in the form of graphite, molybdenum sulfide and tungsten sulfide.
  • FIG. 2 shows a partial section of the engine block 16 from FIG. 1 with the nozzle tool 28.
  • the cylinder bore 14 is widened on the side of the crankshaft drive 46 and has a honing release 48 with a shoulder 50 and a pulsation bore 52 which provides pressure compensation between enables the different cylinder bores 14 in the engine block 16.
  • the surface 12 of the cylinder bore 14 By subjecting the surface 12 of the cylinder bore 14 to simultaneous displacement of the nozzle tool 28 relative to the engine block 16, the surface 12 can be roughened in a defined manner in its different regions.
  • fluid jet 56 from the nozzle tool 28 has a beam angle a, which is between 10 ° and 60 ° and which is preferably 20 °.
  • the jet angle ⁇ is the angle spanned by the fluid jet 56 after emerging from the opening of the nozzle 30 of the nozzle tool 28.
  • the flanks 58 of grooves in the surface of a workpiece are roughened with the fluid jet can and can be created by applying a fluid jet at these locations also microstructures.
  • the nozzle tool 28 has a plurality of nozzle openings from which a high-pressure fluid jet with a different jet angle ⁇ can emerge.
  • FIG. 3 shows the impact angle ⁇ on the surface 12 for the fluid jet 56 emerging from the nozzle tool 28.
  • This angle of incidence ⁇ is related to the mean beam direction 57. It corresponds to the angle ⁇ between the mean beam direction 57 and the vertical perpendicular 61 of the mean beam direction 57 to the local tangential plane 59 to the surface 12 in the impact point 63, in which the mean beam direction 57 intersects the surface 12.
  • One finding of the invention is that microstructures can be generated in the surface 12 particularly efficiently if the following applies for the above-mentioned angle of incidence ⁇ : 70 ° ⁇ ⁇ 90 °.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a cross-sectional profile of the surface of a workpiece having a structure formed as a groove structure with a plurality of grooves 60.
  • the grooves 60 are a recess structure in the surface 12 of the workpiece. You are here about 50 ⁇ deep and about 100 m wide. The distance between two grooves 60, ie the width of the back between the here is about 100 ⁇ .
  • the surface 12 has a roughness related to the centerline 64 having a roughness value Rz which is increased by the impingement of the surface 12 with the high pressure fluid jet by at least about 20%.
  • FIG. 5 shows, in an enlarged view, the correspondingly roughened surface with microstructures 54 after application of the high-pressure fluid jet from the nozzle tool 28 in the installation 10.
  • Rz ' relating to the center line 64 ' : Rz ' > 1, 2 ⁇ Rz.
  • FIG. 6 shows an enlarged plan view of the microstructured surface 12 of the workpiece after applying a high pressure fluid jet from a liquid.
  • FIG. 7 is a sectional view of another workpiece 16 'having a surface 12' with a groove-like structure in the form of dovetail-shaped grooves 60 'with undercuts.
  • FIG. 8 shows a sectional view of a workpiece 16 "having a surface 12" in which a structure having a multiplicity of side by side 9 shows a workpiece 16 "'having a surface 12"' with a structure in the form of many adjacent round bars 62.
  • the control computer 39 in a modified embodiment of the plant 10 may also include a computer program with a control loop, by means of which one or more operating parameters for the nozzle tool 28 for processing the surface 12 of a cylinder bore 14 in dependence on the detected with the measuring device 40 local topographic or applied for the adhesion of a Be
  • the measuring device 40 can basically also be designed as a device for measuring the surface 12 of a cylinder bore 14 with the stylus method.
  • the system 10 can also be designed for applying workpieces with continuous, non-pulsating fluid jets.
  • the system 10 z. B. be operated with a liquid consisting of water and / or a mixture of water and detergent, for.
  • the invention relates to a method for machining a surface 12 of a workpiece 16, 16 ', 16 “ , 16 '” and / or a method for preparing a surface 12 of a workpiece 16, 16 '. 16 “ , 16 '” for the coating, in which in the surface 12 of the workpiece 16, 16', 16 " , 16 "' with a tool, a structure 15, in particular a macroscopic structure, such as a grooved and / or strip structure - is brought. After the introduction of the structure 15 for the production of microstructures 54, the surface of the workpiece is subjected to a fluid, in particular a liquid.
  • the invention relates to a method of refining the surface 12 of a workpiece 16, 16 ', 16 “ , 16 '” in which the surface 12 of the workpiece 16, 16 ', 16 “ , 16 “' is coated after the surface 12 was prepared with such a procedure.
  • the invention relates to a system for preparing a surface 12 of a workpiece 16, 16 ', 16 " , 16 '” for coating a device and for refining the surface 12 of a workpiece 16, 16 ', 16 " , 16 "
  • control computer control and / or regulating device

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16, 16`) und/oder ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16) für das Beschichten, bei dem in die Oberfläche (12) des Werkstücks (16) mit einem Werkzeug eine Struktur(15), insbesondere eine makroskopische Struktur, z.B. eine Rillen-und/oder Leistenstruktur eingebracht wird. Die Oberfläche (12) des Werkstücks (16) wird nach dem Einbringen der Struktur (15) für das Erzeugen von Strukturen (54) mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit beaufschlagt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche (12) eines Werkstücks(16), bei dem die Oberfläche (12) des Werkstücks (16) beschichtet wird, nachdem die Oberfläche (12) mit einem solchen Verfahren vorbereitet wurde. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlagezum Vorbereiten einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16) für das Beschichten und zum Veredeln der Oberfläche (12) eines Werkstücks (16).

Description

Verfahren und Anlage zum Vorbereiten und Beschichten einer Werkstückoberfläche
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks und/oder zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für ein Beschichten, bei dem in die Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug, insbesondere mit einem spanabhebenden Schneidwerkzeug eine Struktur, z. B. eine (makroskopische) Rillen- und/oder Leistenstruktur eingebracht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks, bei dem die Oberfläche des Werkstücks beschichtet wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage für das Vorbe- reiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten sowie eine Anlage für das Beschichten einer Oberfläche eines Werkstücks.
Oberflächen, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, können mit Be- schichtungen veredelt werden, um sie vor Beschädigung oder Verschleiß zu schützen. Um z. B. die Oberflächen von Zylinderbohrungen in den Zylinderkurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen zu veredeln, können diese mit unterschiedlichen thermischen Spritzverfahren, wie z. B. LDS-Beschichten oder Plasmabeschichten mit einer metallischen Legierung beschichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die tribologischen Eigenschaften dieser Oberflächen zu verbessern und damit die Reibung für die Kolbenringe herabzusetzen.
Bei einer mechanisch beanspruchten Beschichtung auf einer Oberfläche, stellt sich die Frage der Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche in be- sonderer Schärfe.
Um die Haftungseigenschaften einer Oberfläche eines Werkstücks aus einem ersten Material für eine Beschichtung aus einem zweiten, unterschiedli- chen Material zu verbessern, ist es bekannt, in die Oberfläche Strukturen einzubringen, mit denen die bei einem Beschichtungsprozess aufgetragenen Materialien eine formschlüssige Verklammerung mit der Oberfläche eingehen können. In die Oberflächen von Zylinderbohrungen in Zylinderkurbelgehäu- sen werden z. B. hierfür mit spanabhebenden Schneidwerkzeugen rillenför- mige Strukturen oder Muster eingebracht (US 7,621 ,250 B2 und EP 1 759 132 B1 ).
Um die Haftungseigenschaften von Beschichtungen auf der Oberfläche eines Werkstücks zu verbessern, ist es auch bekannt, die Oberflächen mit Abrasiv- mitteln, wie z. B. Sand oder Korund aufzurauen. In der DE 10 201 1 080 852 A1 ist beschrieben, die Oberfläche von Werkstücken mit einem Hochdruckwasserstrahl zu beaufschlagen, um diese für das Beschichten vorzubereiten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten bereitzustellen und ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks anzugeben, mit dem sich die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche eines Werkstücks und die Haftung einer auf die Oberfläche aufgetragenen Beschichtung wesentlich verbessern lassen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Verfahren sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schlägt vor, eine Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten vorzubereiten, indem in die Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug eine (makroskopische) Struktur, insbesondere eine Rillenstruktur eingebracht wird und diese Oberfläche dann im Anschluss daran mit einem Fluid, insbesondere in Form einer inkompressiblen Flüssigkeit beaufschlagt wird. Durch eine solche Beaufschlagung mit einem Fluid kann sodann der (makroskopischen) Struktur eine Mikrostruktur überlagert werden.
Eine (makroskopische) Struktur kann in die Oberfläche des Werkstücks ins- besondere mittels Feinspindeln, d. h. in einem spanabhebenden mechanischen Bearbeitungsverfahren mit einem Schneidwerkzeug in Form eines Drehmeißels eingebracht werden. Grundsätzlich lässt sich die Struktur jedoch auch mit einem anderen Werkzeug, z.B. mit einem Fräswerkzeug, einem Laser oder einer Funkenerosionsvorrichtung erzeugen. Die Struktur ist beispielsweise in Form einer (insbesondere makroskopischen) Vertiefungsstruktur in der Oberfläche ausgeführt. Dabei kann eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen versehen sein, wobei eine oder mehrere Rillen beispielsweise ein Rillenprofil mit wenigstens einer Hinterschneidung aufweisen können. In speziellen Ausführungsvarianten sind Rillenprofile mit teils abgerun- deten oder teils rechteckförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen vorgesehen. Optional sind im Bereich einer Vertiefung einer Rille bevorzugt zwei Hinterschneidungen vorgesehen, so dass sich beispielsweise ein schwal- benschwanzförmiges Rillenprofil ergeben kann. Die Rillen einer erfindungsgemäßen makroskopischen Struktur (z.B. einer Vertiefungsstruktur) sind be- vorzugt zwischen 10 μιτι und 500 μιτι tief und zwischen 30 μιτι und 500 μιτι, insbesondere zwischen 50 μιτι und 100 μιτι breit. Die Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks können z. B. einen Abstand voneinander haben, der zwischen 30 μιτι und 500 μιτι liegt, so dass es zwischen den Rillen eine flächige Rücken- bzw. Stegpartie (Erhebung) gibt. Die in die Oberfläche des Werk- Stücks eingebrachte Struktur kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Die Struktur kann aber auch eine Vielzahl von Leisten umfassen, die vorzugsweise als Rundleisten ausgebildet sind.
Um beispielsweise eine gleichmäßige Haftung einer Beschichtung an der Oberfläche eines Werkstücks zu erreichen, wird im Bereich einer erfindungsgemäßen (makroskopischen) Struktur eine gleichmäßig verteilte Oberflächenrauheit angestrebt. Teilbereiche mit unzureichender Strukturierung der Oberfläche könnten zum späteren Lösen der Beschichtung führen. Auch aus anderen Gründen sind gleichmäßig verteilte Oberflächenrauigkeiten und/oder gleichmäßige Oberflächenstrukturierungen an Werkstücken vorteilhaft, z.B. zur Vermeidung von Korrosion, aus optischen Gründen usw..
Der Erfinder hat erkannt, dass mit spanabhebenden, mechanischen Bearbeitungsverfahren, bei denen die Oberfläche eines entsprechenden Werkstücks mit einem Schneidwerkzeug bearbeitet wird, eine Strukturierung der Oberfläche eines Werkstück in einer geforderten Rillentiefe und Qualität in bestimm- ten Anwendungsbereichen nicht oder nur mit sehr großem Aufwand in einer industriellen Massenfertigung prozesssicher gewährleistet werden kann. Eine Ursache hierfür ist, dass eine mit einem rotierenden Schneidwerkzeug in der Oberfläche einer Bohrung, z. B. einer Zylinderbohrung erzeugte Rille oder Nut eine von der Rundheit dieser Bohrung abhängige Tiefe hat. In der Praxis zeigt sich nämlich, dass die Rundheit von Zylinderbohrungen in industriell gefertigten Motorblöcken gewissen Schwankungen unterworfen ist. Dies hat zur Folge, dass ein um eine Achse rotierendes Schneidwerkzeug bei gegenüber einem Normmaß zurückstehenden Oberflächen eine verringerte Eintauchtiefe in das Werkstückmaterial hat, was zu einer geringeren Strukturtie- fe führt.
Weitere Anwendungsbereiche für die erfindungsgemäßen Verfahren sind Oberflächen an einem Werkstück, die für ein Schneidwerkzeug oder ein sonstiges Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung wegen der Geometrie der Oberfläche nicht optimal zugänglich sind: Beispielsweise ist eine Strukturierung der Oberfläche eines Werkstücks in einer geforderten Rillentiefe und Qualität in einer industriellen Massenfertigung nur mit großem Aufwand prozesssicher gewährleistet, wenn die zu strukturierende Oberfläche relativ zum Werkzeug klein ist und/oder in einer Vertiefung positioniert ist. In bestimmten Bereichen von Werkstücken wie z. B. Motorblöcken ist das Einbringen von Strukturen in die Oberfläche des Werkstücks mit einem rotierenden mechanischen Schneidwerkzeug auch gar nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich. Das gilt beispielsweise für gegossene zylindrische Bohrungen zur Lagerung einer Kurbelwelle, Pulsationsbohrungen und Fasen in Zylinderbohrungen, sowie für Überhänge oder Freistiche mit größerem Durchmesser (Honfreigang).
Der Erfinder hat insbesondere erkannt, dass sich die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche für eine Beschichtung und die Haftung einer auf die Oberfläche aufgetragenen Beschichtung, aber auch sonstige qualitative Eigenschaften einer Oberfläche verbessern lassen, wenn in die mit einer (makro- skopischen) Struktur versehene Oberfläche eines Werkstücks eine zusätzliche Mikrostruktur eingebracht wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, die (makroskopische) Struktur insbesondere mit einem spanabhebenden, mechanischen Aufrau- bzw. Bearbeitungsverfahren herzustellen und anschließend mit einem Fluid nachzubehandeln. So können gewisse - mit ei- nem rotierenden Schneidwerkzeug in der Oberfläche eines Werkstücks erzeugte - (makroskopische) Strukturen, etwa nutenförmige Strukturen in der Zylinderlaufbahn eines Motorblocks, vorteilhaft durch Überlagerung mit einer Mikrostruktur verbessert werden, wobei die Mikrostruktur mit Hilfe eines ab- rasiv wirkenden Fluids erzeugt werden soll. Das Fluid ist dabei in der Lage, Oberflächen zu erreichen, die mit einem anderen Werkzeug nicht erreicht werden. Insbesondere können zwischen zwei (makroskopischen) Nuten liegende Stegabschnitte, in denen die Oberfläche im ersten Verfahrensschritt unbearbeitet geblieben sein kann, zusätzlich strukturiert werden. Dies führt zum einen zu einer generellen Verbesserung der Oberflächenqualität, aber insbesondere auch dazu, dass sich eine auf eine solche Oberfläche aufgetragene Beschichtung mit dieser Oberfläche besonders gut verklammern kann. Auch können andere Oberflächenmerkmale wie zum Beispiel die Härte der Oberfläche geändert werden. In die (makroskopische) Struktur wird also bevorzugt eine Mikrostruktur eingebracht, indem ein Fluid auf die Oberfläche des Werkstücks in Form eines Fluidstrahls durch eine oder mehrere Öffnungen eines Düsenwerkzeugs ge- führt wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Düsenwerkzeug eine Düsenkammer auf, in der das Fluid bzw. die Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird, der größer ist als 100 bar, bevorzugt größer als 150 bar, besonders bevorzugt größer als 300 bar, und der insbe- sondere zwischen 2000 bar und 4000 bar liegt und z. B. 3000 bar beträgt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden das Düsenwerkzeug und/oder das Werkstück während der Beaufschlagung des Werkstücks in einer bestimmten Bahn relativ zueinander bewegt, wobei die genannte Bahn in einem Winkel ungleich Null relativ zu mehreren Rillen der (makroskopischen) Struk- tur gewählt ist. In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel wird der Fluidstrahl mit zeitlich wechselndem Druck auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht.
Erfindungsgemäß können die vorgesehenen Mikrostrukturen beispielsweise eine kegelige, (halb)kugelige, wannenförmige oder rillenförmige Grundform aufweisen. Die Mikrostrukturen weisen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise eine kreisförmige Kontur auf mit einem Durchmesser, der bevorzugt zwischen 1 μιτι bis 50 μιτι beträgt. Die Mikrostrukturen können z. B. 1 μιτι bis 50 μιτι tief sein. Die mittels des Fluidstrahls in die Oberfläche eingebrachte Mikrostruktur ist in Bezug auf die Struktur in der Oberfläche eine Substruktur. D. h., die Dimensionen der mittels des wenigstens einen Fluidstrahls in die Oberfläche eingebrachten Mikrostruktur sind deutlich kleiner als die Dimensionen der makroskopischen Struktur in der Oberfläche vor dem Beaufschlagen mit dem Fluid.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass die Erosionswirkung eines die Oberfläche eines Werkstücks beaufschlagenden Fluidstrahls aus einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit gesteigert wird, wenn es in der Oberfläche Strukturen in Form von Vertiefungen gibt, die zwischen 10 μιτι und 500 μιτι tief und zwi- sehen 30 μιτι und 500 μιτι breit, insbesondere zwischen 50 μιτι und 100 μιτι breit sind. In umfangreichen Versuchen hat sich nämlich gezeigt, dass aufgrund solcher Vertiefungen in der Oberfläche eines Werkstücks auch der Impuls von sogenannten Querjets auf das Werkstück übertragen werden kann, d. h. der Impuls von Fluidstrahlen, die quer zu der Flächennormalen der Werkstückoberfläche verlaufen. Erfindungsgemäß wird die Rauheit der mit einer Struktur versehenen Oberfläche eines Werkstücks durch das Beaufschlagen mit dem Fluid bzw. der Flüssigkeit erhöht.
Unter der Rauheit der Oberfläche wird dabei das arithmetische Mittel des mittleren Abstandes einer auf der Oberfläche angeordneten Menge von Messpunkten von einer Mittellinie bzw. Mittelfläche verstanden, auf der für die Messpunkte die Summe der Abweichungen von der Oberfläche minimal ist. Indem die Rauheit der Oberfläche eines Werkstücks durch das Beaufschlagen mit dem Fluid bzw. der Flüssigkeit erhöht wird, lässt sich die Oberfläche des Werkstücks vergrößern, so dass in der Summe die Adhäsionskräfte erhöht werden, mit denen eine auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragene Beschichtung auf der Oberfläche festgehalten wird.
Indem die Oberfläche des Werkstücks mit einer Flüssigkeit beaufschlagt wird, kann auch erreicht werden, dass diese Oberfläche von einer Verschmutzung mit Kühlschmierstoffen und Spänen gereinigt wird, die bei einer mechanischen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitung in einem vor- ausgegangenen Arbeitsschritt hinterlassen worden sein können.
Insbesondere hat der Erfinder herausgefunden, dass sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Fluid in Form einer Flüssigkeit aus Wasser und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Reinigungsmittel, z.B. einer Waschlauge und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Biozid und/oder Korrosionsschutzmittel und/oder aus einer Wasser-Öl-Emulsion und/oder aus Öl besonders gut eignet. Durch ein Beaufschlagen einer Ober- fläche eines Werkstücks mit einem (Hochdruck-)Fluidstrahl aus dieser Flüssigkeit können in der Oberfläche des Werkstücks erfindungsgemäß Mikrostrukturen erzeugt werden, die eine feste Verbindung von Werkstück und Beschichtung ermöglichen und damit das Anhaften einer Beschichtung auf dieser Oberfläche unterstützen.
Um das Erzeugen von Mikrostrukturen in der mit einer (makroskopischen) Struktur versehenen Oberfläche eines Werkstücks zu erleichtern bzw. zu beschleunigen, kann das Fluid bzw. die Flüssigkeit mit chemischen und/oder abrasiven Bestandteilen versetzt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Fluid Druckluft verwendet, die als zusätzliche abrasive Bestandteile Sandkörner, Kunststoffpartikel, Glaspartikel, Korund, Wassereis und/oder CO2-E1S enthält. Eine Erkenntnis der Erfindung ist es auch, dass wenn der wenigstens eine Fluidstrahl für das Beaufschlagen der Oberfläche eines Werkstücks einen Strahlwinkel hat, der zwischen 10° und 60° liegt und der vorzugsweise 20° beträgt, die gewünschten Mikrostrukturen in der Oberfläche des Werkstücks insbesondere in den Flanken von makroskopischen Rillen bzw. Vertiefungen ausgebildet werden können, was die Haftung einer auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragenen Beschichtung noch weiter verbessert. Eine gute Erosionswirkung lässt sich insbesondere erreichen, wenn der Fluidstrahl eine Strahlrichtung hat, die mit einem auf eine lokale Tangentialebene an die Oberfläche bezogenen Auftreffwinkel ß mit 70° < ß < 90° auf die Oberfläche trifft. Eine besonders gute Erosionswirkung des Fluidstrahls lässt sich erreichen, wenn der Fluidstrahl mit einer Flachstrahldüse oder einer Hohlkegelstrahldüse erzeugt wird. Eine Flachstrahldüse ermöglicht das Bereitstellen eines fächerförmigen, flachen Fluidstrahls. Mit einer Hohlkegelstrahldüse ist es möglich, einen Fluidstrahl in der Geometrie der Mantelfläche eins Hohlke- gels zu generieren. Der Fluidstrahl kann allerdings auch mit einer Vollstrahldüse erzeugt werden. Eine Idee der Erfindung ist es auch, die Oberfläche eines Werkstücks zeitgleich oder aufeinanderfolgend mit einem Fluidstrahl zu beaufschlagen, der mit unterschiedlichen Strahlwinkeln α und/oder unterschiedlichen Auftreffwinkeln ß auf die Oberfläche des Werkstücks geführt wird.
Unter dem Strahlwinkel α wird dabei der von dem Fluidstrahl aufgespannte Winkel nach dem Austreten aus der Öffnung einer Düse das Düsenwerkzeugs verstanden. Der Auftreffwinkel ß ist der Winkel zwischen der mittleren Strahlrichtung und dem senkrechten Lot der mittleren Strahlrichtung auf die lokale Tangentialebene an die Oberfläche in dem Auftreffpunkt des Fluidstrahls, in dem die mittlere Strahlrichtung die Oberfläche schneidet. Darüber hinaus ist es eine Idee der Erfindung, einen oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug und damit insbesondere die Beschaffenheit des wenigstens einen Fluidstrahls für das Beaufschlagen der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit der intrinsischen und/oder extrinsischen Beschaffenheit dieser Oberfläche einzustellen. Unter der intrinsischen Beschaf- fenheit der Oberfläche wird hier das Material und das Werkstoffgefüge, die Struktur der Oberfläche, auch die Kornstruktur des Materials der Oberfläche, die Härte und Rauheit der Oberfläche des Werkstücks verstanden, sowie z.B. auch eine Konzentration von Luftblasen bzw. Lunkern im Bereich der Oberfläche des Werkstücks. Unter der extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks ist die lokale Geometrie der Oberfläche zu verstehen, wie z.B. Oberflächenkrümmungen, Hinterschneidungen, vorstehende und zurückgesetzte Strukturen, wie dies etwa bei einem Hohnfreigang für eine Zylinderbohrung in einem Motorblock der Fall ist. Die eingestellten Düsenwerkzeug-Betriebsparameter können z.B. ein Flüssigkeitsdruck des fluiden Mediums in der Düsenkammer sein und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Düsenwerkzeugs relativ zu dem Werkstück in der Richtung einer Spindelachse, eine Drehzahl des Düsenwerkzeugs um die Spindelachse, eine Pulsfrequenz des Flüssigkeitsstrahls, eine Pulsdauer des Flüssigkeitsstrahls, eine Amplitude und/oder eine Leistung eines Ultraschallgenerators für das Erzeugen eines gepulsten Fluidstrahls. Die Beschaf- fenheit des wenigstens einen Fluidstrahls kann z.B. die Geschwindigkeit und die Konsistenz des fluiden Mediums sein, das aus einer Düsenöffnung in dem Düsenwerkzeug austritt.
Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, die Beschaffenheit des wenigs- tens einen Fluidstrahls für das Beaufschlagen der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit der lokalen intrinsischen und/oder extrinsischen Beschaffenheit dieser Oberfläche einzustellen.
Die lokale intrinsische und extrinsische Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks kann z.B. bekannt und in einem Datenspeicher hinterlegt sein. Es ist allerdings auch möglich, die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks vor oder nach, gegebenenfalls auch während dem Beaufschlagen mit einem Fluidstrahl in einem (vorzugsweise zerstörungsfreien) Messprozess zu ermitteln, z. B. durch Vermessen in einem Tastschnittverfahren, bei dem eine Tastspitze vorzugsweise aus Diamant mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche bewegt und deren Lageverschiebung dann mit einem z. B. induktiven Wegmesssystem erfasst wird. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks kann aber auch durch Vermessen mit einem konfokalen Messsystem ermittelt werden, wie dies z. B. in der Publikation von M. Weber und J. Valentin, QZ Qualität und Zuverlässigkeit 5, 51 (2006) beschrieben ist, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird und deren Offenbarung in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird, oder durch Vermessen der Oberfläche des Werkstücks mit einem Mikroskop, z. B. einem Rasterelektronenmikroskop.
Indem ein oder mehrere Düsenwerkzeug-Betriebsparameter in Abhängigkeit des Orts der mit wenigstens einem Fluidstrahl beaufschlagten Oberfläche, der Orientierung des Fluidstrahls in Bezug auf die Oberfläche und/oder der extrinsischen und/oder intrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung gemessenen relevanten Strukturmerkmale der Oberfläche des Werkstücks oder eines gleich- artigen Werkstücks, dessen Oberfläche für das Beschichten bereits vorbereitet wurde, oder der in einem Datenspeicher hinterlegten, für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevante Strukturmerkmale der Oberfläche eingestellt werden, lässt sich erreichen, dass eine fehlende oder ungenügende Strukturierung der Oberfläche eines Werkstücks ausgeglichen wer- den kann. Nach einem solchen Ausgleich kann - trotz lokaler Unterschiede der Geometrie, der Form und/oder der Tiefe einer auf der Oberfläche eines Werkstücks erzeugten Struktur - eine Beschichtung auf die strukturierte Oberfläche des Werkstücks aufgebracht werden, wobei die Beschichtung besonders gut haftet. Insbesondere wird damit eine gleichförmige Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche des Werkstücks erreicht.
Um zu vermeiden, dass ein thermisches Beschichten der Oberfläche des Werkstücks durch Flüssigkeitsrückstände beeinträchtigt wird, ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche vor dem Beschichten mit Blasluft behandelt wird und/oder z. B. mittels Vakuumtrocknen getrocknet wird.
Eine für das Beschichten erfindungsgemäß vorbereitete Oberfläche eines Werkstücks eignet sich insbesondere für das thermische Beschichten, etwa für das Beschichten mit einem thermischen Spritzverfahren, etwa das LDS- Beschichten oder das Plasma-Beschichten oder das Lichtbogendrahtspritzen oder das Flammspritzen.
Erfindungsgemäß kann auf diese Weise die Oberfläche bzw. die Wand einer Zylinderbohrung in einem Motorblock oder in einem Zylindergehäuse oder in einem Kurbelwellengehäuse durch Beschichten veredelt werden. Das Vorbereiten der Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten wird bevorzugt in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt. In einem ersten Schritt wird die Oberfläche des Werkstücks in den mit einem Schneidwerkzeug erreichbaren Bereichen mechanisch strukturiert. In einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt wird die Oberfläche des Werkstücks dann mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit beaufschlagt, um auf diese Weise in der Oberfläche des Werkstücks Mikrostrukturen zu erzeugen. In einem optionalen auf den zweiten Schritt folgenden dritten Schritt wird die Oberfläche des WerkStücks mit flüssigem oder gasförmigem Fluid gespült. In einem weiteren optionalen Schritt wird das Werkstück in einem nachfolgenden Verfahrensschritt z. B. mit Blasluft nachbehandelt und/oder in einem Vakuumtrockner von Flüssigkeitsresten befreit. Es ist auch eine Idee der Erfindung, ein Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken in einem vorzugsweise industriellen Prozess bereitzustellen, bei dem im Anschluss an einen Bearbeitungs- bzw. Aufraupro- zess, in dem in der Oberfläche eines Werkstücks (makroskopische) Strukturen erzeugt werden, eine automatisierte, vorzugsweise berührungsfreie Mes- sung der Topographie und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale einer Werkstückoberfläche vorzunehmen. Dabei wird eine Werkstückoberfläche beispielsweise in einem Tastschnittverfahren vermessen, um dann in einem automatisierten Regelkreis einen oder mehrere Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls einzustellen. In einem modifizierten Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken wird im Anschluss an einen Aufrau prozess, in dem in der Oberfläche eines Werkstücks Mikrostrukturen erzeugt werden, eine Messung der Topographie und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale einer Werkstückoberfläche vorgenommen. Dabei wird eine Werkstückoberfläche vermessen, um dann in einem Regelkreis einen oder mehrere Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Vermessen der Oberfläche in einem Tastschnittverfahren kann hierfür die Oberfläche z.B. auch mit einem Konfokal- Messsystem oder mit einem Mikroskop bzw. Elektronenmikroskop vermessen werden.
Im Rahmen eines industriellen Prozesses, bei dem also mehrere gleichartige Werkstücke nacheinander zum Einbringen erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gleichartig behandelt werden, kann auf der Basis der Vermessung eines ersten Werkstücks bzw. in Abhängigkeit von den an dem ersten Werkstück gewonnenen Messergebnissen eine Einstellung der Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls an anderen Werkstücken vorgenommen werden. Eine wiederholt vorgenommene Einstellung der genannten Parameter ergibt dann erfindungsgemäß eine Optimierung bei der Einstellung des Fluidstrahls für das Einbringen von Mikrostrukturen. Beson- ders bevorzugt wird der Fluidstrahl über einen oder mehrere Parameter kontinuierlich optimiert, wobei das Einbringen von Mikrostrukturen in die Oberfläche des vermessenen oder wenigstens eines darauffolgenden Werkstücks in Abhängigkeit der Messwerte für die Topografie oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale der Oberflä- che optimiert werden kann.
Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken in einem vorzugsweise industriellen Prozess ermöglicht, Prozesszeiten zu verkürzen, mechanisch bearbeitete bzw. aufgeraute Oberflächen ei- nes Werkstücks qualitativ zu verbessern, die Haftungswerte von Beschich- tungen zu optimieren und darüber hinaus auch die Oberfläche eines Werkstücks zu reinigen.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten und/oder zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks mittels Beschichten. In einer erfindungsgemäßen Anlage ist ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks bevorzugt mit einem Düsenwerkzeug zuführbar, das einen um eine Spindelachse rotierbaren und in der Richtung der Spindelachse verlagerbaren Düsenkörper mit einer Düsenkammer und mit wenigstens einer Düsenöffnung für das Bereitstellen von wenigstens einem kontinuierlichen oder gepulsten Fluidstrahl hat. Von Vorteil ist es, wenn dem Düsenwerkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für das Einstellen wenigstens eines Düsenwerkzeug-Betriebsparameters zugeordnet ist, z.B. eines Düsenwerkzeug-Betriebsparameters aus der Gruppe Fluiddruck/Flüssigkeitsdruck in der Düsenkammer, Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Werkstück in der Richtung der Spindelachse, Drehzahl um die Spindelachse, Pulsfrequenz des Fluidstrahls/Flüssigkeitsstrahls, Pulsdauer des Fluidstrahls/Flüssigkeits- strahls, Amplitude und/oder Leistung eines Ultraschallgenerators für das Erzeugen eines gepulsten Fluidstrahls. Diese Steuer- und oder Regeleinrichtung dient dazu, den wenigstens einen Düsenwerkzeug-Betriebsparameter in Abhängigkeit des Orts der Oberfläche und/oder der Geometrie der Oberfläche und/oder der intrinsischen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche einzustellen. Dieses Einstellen kann insbesondere aufgrund von Messdaten erfolgen, die an einem anderen als dem in der Anlage gerade bearbeiteten Werkstück erfasst werden, z. B. an einem in der Anlage bereits bearbeiteten Werkstück, d.h. einem Werkstück, bei dem die Bearbeitung in der Anlage abgeschlossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anlage mit einer Vorrichtung für das Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten;
Fig. 2 ein in einer Zylinderbohrung bewegtes Düsenwerkzeug der Anlage; Fig. 3 einen Auftreffwinkel für einen aus einer Düse des Düsenwerkzeugs austretenden Fluidstrahl auf die Oberfläche eines Werkstücks;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer rillenförmigen Struktur;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils einer mit Mikro- strukturen versehenen Oberfläche des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit;
Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht auf eine mit Mikrostrukturen versehe- nen Oberfläche des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit;
Fig. 7 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer rillenförmigen Struktur, die Hinterschneidungen aufweist;
Fig. 8 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer
Rundrillenstruktur; und
Fig. 9 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer
Rundleistenstruktur.
Die nachfolgend im Detail skizzierten Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen generell Verfahren zur Oberflächenbehandlung an insbesondere metallischen Bauteilen. Als Bauteile kommen beispielsweise hochbean- spruchte Teile von Verbrennungsmotoren, insbesondere Zylinderlaufbuchsen in Hubkolbenmotoren in Frage, die besonderen Anforderungen an ihre Ober- fläche (insbesondere hinsichtlich Rauigkeit, Formgenauigkeit und Härte) genügen sollen.
Die genannten Bauteile werden allgemein in mehreren Arbeitsgängen herge- stellt, wobei zunächst aus einem metallischen Halbzeug durch Schmieden, Gießen oder andere Verfahren ein Werkstück in Form eines Rohteils geschaffen wird. Ein solches Rohteil wird als Werkstück für die nachfolgend geschilderten Bearbeitungsschritte und somit als Ausgangsprodukt für die erfindungsgemäßen Verfahren verwendet.
In einem ersten erfindungsgemäßen Schritt zur Behandlung bzw. Bearbeitung der Oberfläche solcher Werkstücke wird vorgeschlagen, eine Oberfläche des Werkstücks mit Hilfe spanabhebender Verfahren mit einer (makroskopischen) Struktur zu versehen. Erfindungsgemäß ist beispielsweise vor- gesehen, in eine gegossene Zylinderbuchse eines Motorblocks (Rohteil, Werkstück) eine Rillenstruktur einzubringen. Dabei kommen fachnotorisch bekannte Verfahren wie Drehen, Feinspindeln, Honen etc. zur Anwendung. In modifizierten Ausführungsbeispielen und in anderen Anwendungsfällen lässt sich die genannte Struktur auch mit einem anderen Werkzeug, z.B. mit einem Fräswerkzeug, einem Laser oder einer Funkenerosionsvorrichtung an einem metallischen Werkstück erzeugen.
Die Struktur ist beispielsweise in Form einer makroskopischen Vertiefungsstruktur in der Oberfläche ausgeführt. Dabei kann eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen (umfassend einander abwechselnde längliche Erhebungen und Vertiefungen) versehen sein. In speziellen Ausführungsvarianten sind Rillenprofile mit teils abgerundeten oder teils rechteckförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen vorgesehen. Die Rillen einer erfindungsgemäßen Struktur (z. B. einer Vertiefungsstruktur) sind bevorzugt zwischen 10 m und 500 μιτι tief und zwischen 30 μιτι und 500 μιτι breit. Die Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks weisen bevorzugt einen Abstand zueinander auf, der zwischen 30 μιτι und 500 μιτι liegt, so dass zwischen den Rillen eine flächige Rücken- bzw. Stegpartie (Erhebung) entsprechender Breite erzeugt wird. Die in die Oberfläche des Werkstücks eingebrachte Struktur kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Die Struktur kann aber auch eine Vielzahl von Leisten umfassen, die vorzugsweise als Rundleisten aus- gebildet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Werkstück eine Struktur mit einer Vielzahl von Rillen oder Leisten einheitlicher Orientierung auf.
Aufgrund einer möglichen Formungenauigkeit des Rohteils (insbesondere bei in industrieller Massenfertigung hergestellten Rohteilen) besteht die Möglichkeit, dass nach dem Einbringen der Struktur im ersten Verfahrensschritt die Vertiefungen eine uneinheitliche, entlang der Oberfläche wechselnde Tiefe aufweisen. Das heißt, die Solltiefe kann beispielsweise um 10 m bis 100 μιτι schwanken zugleich kann auch die Oberflächenrauigkeit um 10% bis 50% schwanken.
Ein solchermaßen bearbeitetes Werkstück möge nun ein als Motorblock 16 ausgebildetes Werkstück 16' sein. Der Motorblock 16 weist insbesondere eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 14 auf, die nach dem oben dargestell- ten ersten Verfahrensschritt eine Oberfläche 12 mit einer Struktur 15 in Form von Rillen aufweisen. Ein solcher Motorblock 16 kann z.B. aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Dieser wird erfindungsgemäß aus einer Anlage zur Durchführung des ersten Verfahrensschritts an eine nachfolgend näher beschriebene Anlage 10 übergeben, in der weitere Verfahrensschritte der erfin- dungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden.
Die in der Fig. 1 gezeigte Anlage 10 ist für das Bearbeiten einer Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 in dem als Motorblock 16 ausgebildeten Werkstück ausgelegt, indem die Oberfläche 12 mittels pulsierender Fluidstrahlen 18 aus Wasser beaufschlagt wird. Das Wasser der Fluidstrahlen 18 kann Reinigungsmittel, Biozid und Korrosionsschutzmittel enthalten und auch mit chemischen und/oder abrasiven Bestandteilen versetzt sein. Für das Erzeugen der Fluidstrahlen 18 aus Wasser hat die Anlage 10 eine Pumpvorrichtung 20 und eine Kannnner 22 mit einer Einrichtung 24 für das Erzeugen von Fluid-Druckwellen. Die Einrichtung 24 ist an einen steuerbaren Frequenzgenerator angeschlossen. Die Einrichtung 24 enthält einen Pie- zokristall, der als elektromechanischer Wandler wirkt und mit einer Sonotrode verbunden ist. Wenn die Kammer 22 mit Wasser gefüllt ist, können mit der Sonotrode in dem Wasser Druckwellen mit einer Frequenz v erzeugt werden, die bevorzugt in dem Bereich 10 kHz < v < 50 kHz liegt.
Für das Erzeugen von Druckwellen wird der Piezokristall mit einer hochfrequenten Wechselspannung aus einem Frequenzgenerator beaufschlagt. Der Frequenzgenerator ist für das Erzeugen von Ultraschallfrequenzen ausgelegt, bevorzugt Ultraschallfrequenzen in dem Bereich 10 kHz < v < 50 kHz. Durch Einstellen der Frequenz v und der Amplitude AP der mit dem Frequenzgenerator erzeugten Wechselspannung kann die Wellenlänge λ und die Amplitude der Druckwellen in der Leitung 26 variiert werden.
Die Leitung 26 verbindet die Kammer 22 mit einem Düsenwerkzeug 28, das eine Düsenkammer hat und mehrere Düsen 30 enthält. Grundsätzlich kann das Düsenwerkzeug 28 allerdings auch als ein Düsenwerkzeug ausgebildet werden, das lediglich eine Düse aufweist. Der die Flüssigkeit in der Düsenkammer beaufschlagende Druck beträgt z. B. 600 bar oder auch sehr viel mehr, z. B. 3000 bar. Die Leitung 26 hat einen kammerseitigen Abschnitt und umfasst einen düsenseitigen Abschnitt. Der kammerseitige Abschnitt und der düsenseitige Abschnitt sind mittels eines Drehgelenks 32 verbunden. In dem Drehgelenk 32 kann der düsenseitige Abschnitt mittels eines motorischen Drehantriebs um eine zu der Leitung 26 koaxiale Spindelachse 34 oszillierend und/oder rotierend bewegt werden.
Das Werkstück 16' ist an einem z. B. als Roboter ausgebildeten Manipulator 36 aufgenommen, an dem es in der mit dem Doppelpfeil 38 kenntlich ge- machten Richtung verlagert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Düsenwerkzeug 28 und das Werkstück 16' relativ zueinander zu bewegen und die Oberfläche 12 mit pulsierenden Hochdruck-Fluidstrahlen aus dem Düsenwerkzeug 28 zu beaufschlagen.
Es sei bemerkt, dass in einer alternativen Ausführungsform der Anlage 10 auch vorgesehen sein kann, dass das Werkstück 16' unbeweglich angeordnet ist und das an der Leitung 26 aufgenommene Düsenwerkzeug 28 mittels eines Manipulators 36 in der Richtung des Doppelpfeils 38 gegenüber dem Werkstück 16' bewegt wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Werkstück und Düsenwerkzeug jedenfalls derart relativ zueinander bewegt, dass das Düsenwerkzeug in einem Winkel ungleich Null bezogen auf eine im Werkstück vorliegende Rillenstruktur bewegt wird. Damit können mit dem Düsenwerkzeug längliche Mikrostrukturen erzeugt wer- den, die die makroskopische Struktur kreuzen.
Die Anlage 10 umfasst einen Steuerrechner 39 mit einem Datenspeicher. Der Steuerrechner 39 ist mit der Pumpvorrichtung 20, mit der Einrichtung 24 für das Erzeugen von Fluiddruckwellen, mit dem motorischen Drehantrieb in dem Drehgelenk 32 und auch mit dem Manipulator 36 verbunden.
Die Anlage 10 enthält eine Messeinrichtung 40 mit einem konfokalen Mikroskop 42 für das Vermessen der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 nach dem Bearbeiten mit dem Düsenwerkezug 28. Das konfokale Mikroskop 42 ist an einer Halteeinrichtung 44 aufgenommen und lässt sich damit in eine Zylinderbohrung 14 des Motorblocks 16 einführen. Das konfokale Mikroskop 42 kann um die Achse 45 einer Zylinderbohrung 14 rotiert werden und enthält einen Bildsensor für das Erfassen einer konfokalen Abbildung von Punkten auf der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14.
Mit der Messeinrichtung 40 ist es möglich, die Topografie und die für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Eigenschaften der Oberfläche 12 in einer Zylinderbohrung 14 ortsaufgelöst zu erfassen. Die Messeinrichtung 40 ist mit dem Steuerrechner 39 verbunden, der aufgrund der mit der Messeinrichtung 40 für eine nach dem Bearbeiten mit dem Düsenwerkzeug 28 erfassten Oberflächentopografie der Zylinderbohrung 14 einen oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug 28 zum Bearbeiten einer weiteren Zylinderbohrung 14 des gleichen Motorblocks 16 o- der eines anderen Motorblocks 16 steuert, z.B. den Flüssigkeitsdruck in der Düsenkammer, die Vorschubgeschwindigkeit der relativen Verlagerung von Düsenwerkzeug 28 und Motorblock 16 in der Richtung der Spindelachse 34, die Drehzahl um die Spindelachse 34, die Pulsfrequenz eines Fluidstrahls, die Pulsdauer eines Fluidstrahls aus den Düsen 30, die Amplitude und/oder Leistung des als Ultraschallgenerator wirkenden Frequenzgenerators für das Erzeugen von gepulsten Fluidstrahlen. Erfindungsgemäß kann also das Werkstück (hier als Motorblock ausgestaltet) in den oben geschilderten Verfahrensschritten aus einem leichten, vergleichsweise weichen und/oder kostengünstigen Werkstoff, wie beispielsweise einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt und kostengünstig bearbeitet werden. Dabei dient das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt nicht nur zur Bereitstellung einer qualitativ hochwertigen Oberfläche mit gleichmäßiger Struktur und Rauigkeit, sondern es kann insbesondere auch zur Bereitstellung einer für eine spätere Beschichtung mit einem vom Werkstoff des Rohteils unterschiedlichen Werkstoff vorbereiteten Oberfläche dienen.
Für das Verbessern der tribologischen Eigenschaften und um für einen aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblock trotz der hohen Temperaturen und Drücken bei den Verbrennungsprozessen in einer Brennkraftmaschine eine große Standzeit zu ermöglichen, werden vorliegend die Zylinder- bohrungen in einem erfindungsgemäßen Motorblock in einem thermischen Spritzverfahren mit einer metallischen Legierung beschichtet. Durch das Beschichten der Zylinderbohrungen lässt sich auch das Gewicht des Mo- torblocks verringern, indem als Basiswerkstoff für das Rohteil ein leichterer Werkstoff gewählt wird. Somit werden kompakte Bauformen ermöglicht, etwa Zylinderkurbelgehäuse, in denen die Zylinderbohrungen im Vergleich zu herkömmlichen Gehäusen einen verringerten Abstand voneinander haben.
Eine solche metallische Legierung der Beschichtung unterscheidet sich durch einen oder mehrere Legierungsanteile deutlich vom Basiswerkstoff des Motorblocks. Beispielsweise kann der Werkstoff der Beschichtung z. B. einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,8 und 0,9 Gewichtsprozent haben und insbe- sondere dispergierte reibungsvermindernde Füllstoffe in Form von Graphit, Molybdänsulfid und Wolframsulfid enthalten.
Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt des Motorblocks 16 aus Fig. 1 mit dem Düsenwerkzeug 28. Die Zylinderbohrung 14 ist auf der Seite des Kurbelwellen- triebs 46 erweitert und hat einen Honfreigang 48 mit einem Absatz 50 und einer Pulsationsbohrung 52, die einen Druckausgleich zwischen den unterschiedlichen Zylinderbohrungen 14 in dem Motorblock 16 ermöglicht.
Durch das Beaufschlagen der Oberfläche 12 der Zylinderbohrung 14 bei gleichzeitigem Verlagern des Düsenwerkzeugs 28 relativ zu dem Motorblock 16 kann die Oberfläche 12 in ihren unterschiedlichen Bereichen definiert auf- geraut werden.
Mit dem Düsenwerkzeug 28 ist es möglich, Bereiche der Oberfläche 12 der Zylinderbohrung aufzurauen, d. h. insbesondere mit Mikrostrukturen zu versehen, in denen eine Strukturierung der Oberfläche mit einem mechanischen Schneidwerkzeug oder mittels Laserbearbeitung nicht bewirkt werden kann, weil diese Bereiche wie etwa eine Pulsationsbohrung 52 aufgrund ihrer lokale Geometrie für ein Schneid- oder Laserwerkzeug nicht oder nur sehr schwer zugänglich sind. Ein in der Fig. 2 gezeigter Fluidstrahl 56 aus dem Düsenwerkzeug 28 hat einen Strahlwinkel a, der zwischen 10° und 60° liegt und der vorzugsweise 20° beträgt. Der Strahlwinkel α ist der von dem Fluidstrahl 56 aufgespannte Winkel nach dem Austreten aus der Öffnung der Düse 30 des Düsenwerk- zeugs 28. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass auch die Flanken 58 von Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks mit dem Fluidstrahl aufgeraut werden können und sich durch das Beaufschlagen mit einem Fluidstrahl an diesen Stellen ebenfalls Mikrostrukturen erzeugen lassen. In einer modifizierten Ausführungsform der Anlage hat das Düsenwerkzeug 28 mehrere Düsenöffnungen, aus denen ein Hochdruck-Fluidstrahl mit einem unterschiedlichen Strahlwinkel α austreten kann.
Die Fig. 3 zeigt für den aus dem Düsenwerkzeug 28 austretenden Fluidstrahl 56 den Auftreffwinkel ß auf die Oberfläche 12. Dieser Auftreffwinkel ß ist auf die mittlere Strahlrichtung 57 bezogen. Er entspricht dem Winkel ß zwischen der mittleren Strahlrichtung 57 und dem senkrechten Lot 61 der mittleren Strahlrichtung 57 auf die lokale Tangentialebene 59 an die Oberfläche 12 in dem Auftreffpunkt 63, in dem die mittlere Strahlrichtung 57 die Oberfläche 12 schneidet. Eine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass in der Oberfläche 12 besonders effizient Mikrostrukturen erzeugt werden können, wenn für den vorstehend angegebenen Auftreffwinkel ß gilt: 70° < ß < 90°.
Die durch eine spanabhebende, mechanische Bearbeitung auf einer Oberflä- che erzeugte Verschmutzung in Form von Kühlschmierstoffen und Spänen wird dabei abgetragen. Das hat zur Folge, dass eine Reinigung der Oberfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung in einem separaten Reinigungsschritt nicht mehr unbedingt notwendig ist. Um ein Werkstück vor dem Beschichten von Flüssigkeitsresten zu befreien, wird dieses mit Blasluft beauf- schlagt und anschließend z.B. in einem Vakuumtrockner getrocknet. Die Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils der Oberfläche eines Werkstücks mit einer eine als Rillenstruktur ausgebildeten Struktur mit einer Vielzahl von Rillen 60. Die Rillen 60 sind eine Vertiefungsstruktur in der Oberfläche 12 des Werkstücks. Sie sind vorliegend ca. 50 μιτι tief und ca. 100 m breit. Der Abstand zwischen zwei Rillen 60, d.h. die Breite des Rückens zwischen den beträgt hier etwa 100 μιτι.
Die Oberfläche 12 hat eine auf die Mittellinie 64 bezogenen Rauheit mit einem Rauheitswert Rz, der durch das Beaufschlagen der Oberfläche 12 mit dem Hochdruck-Fluidstrahl um mindestens etwa 20% erhöht wird.
Die Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten Ansicht die entsprechend aufgeraute Oberfläche mit Mikrostrukturen 54 nach dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl aus dem Düsenwerkzeug 28 in der Anlage 10. Für den auf die Mittellinie 64' bezogenen Rauheitswert Rz' gilt hier: Rz' > 1 ,2 χ Rz.
Die Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf die mit Mikrostrukturen versehenen Oberfläche 12 des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit. In den Steg- bzw. Rückenab- schnitten, Flanken und Tälern der Rillenstruktur gibt es hier gleichförmig verteilte Mikrostrukturen 54, welche die Rauheit der Oberfläche 12 vergrößern, d.h. z. B. einen Rauheitswert Rz = 50 μιτι der mit der Rillenstruktur versehenen Oberfläche 12 vor dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl auf einen Rauheitswert Rz' = 60 μιτι nach dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl erhöhen.
Die Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines weiteren Werkstücks 16', das eine Oberfläche 12' mit einer rillenförmigen Struktur in Form von schwalben- schwanzförmigem Rillen 60' mit Hinterschneidungen hat.
In der Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Werkstücks 16" mit einer Oberfläche 12" gezeigt, in der eine Struktur mit einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Rundrillen 60" ausgebildet ist. Die Fig. 9 zeigt ein Werkstück 16"', das eine Oberfläche 12"' mit einer Struktur in Form von vielen nebeneinanderliegenden Rundleisten 62 aufweist. Es sei bemerkt, dass der Steuerrechner 39 in einer modifizierten Ausführungsform der Anlage 10 aus Fig. 1 auch ein Computerprogramm mit einem Regelkreis enthalten kann, mittels dessen ein oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug 28 zum Bearbeiten der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 in Abhängigkeit der mit der Messeinrichtung 40 erfassten lokalen topografischen oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Be- schichtung relevanten Eigenschaften einer Oberfläche 12 in einer zuvor bearbeiteten anderen Zylinderbohrung 14 eines Motorblocks 16 geregelt werden. Darüber hinaus sei bemerkt, dass die Messeinrichtung 40 grundsätzlich auch als eine Einrichtung für das Vermessen der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 mit dem Tastschnittverfahren ausgebildet sein kann. Außerdem ist es auch möglich, die Oberfläche von Werkstücken mit einem Elektronenmikroskop zu vermessen, um die Topografie der Oberfläche und deren für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Eigenschaften zu bestimmen. Schließlich ist zu bemerken, dass die Anlage 10 auch für das Beaufschlagen von Werkstücken mit kontinuierlichen, nicht-pulsierenden Flu- idstrahlen ausgebildet sein kann. Für das Erzeugen von Mikrostrukturen 54 in der Oberfläche 12 von einem Werkstück kann die Anlage 10 z. B. mit einer Flüssigkeit betrieben werden, die aus Wasser und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Reinigungsmittel, z. B. Waschlauge und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Biozid und/oder Korrosionsschutzmittel und/oder aus einer Wasser-Öl-Emulsion und/oder aus Öl besteht. Es ist auch möglich, dieser Flüssigkeit chemische und/oder abrasive Bestandteile zuzusetzen, um die das Material eines Werkstücks abtragende Wirkung eines Hochdruck-Fluidstrahls aus dieser Flüssig- keit zu steigern. Mit der in der Fig. 1 gezeigten Anlage 10 können natürlich auch Fluidstrahlen für das Beaufschlagen der Oberfläche von Werkstücken bereitgestellt werden, die nicht pulsieren. Mit einem pulsierenden Fluidstrahl, der aus dem Düsenwerkzeug 28 austritt, kann jedoch bei gleichem Druck in der Düsenkammer eine größere Abrasionswirkung erzielt werden als mit einem nicht pulsierenden Fluidstrahl.
Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16", 16' " und/oder ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16", 16' " für das Beschichten, bei dem in die Oberfläche 12 des Werkstücks 16, 16', 16", 16" ' mit einem Werkzeug eine Struktur 15, insbesondere eine makroskopische Struktur, z.B. eine Rillen- und/oder Leistenstruktur einge- bracht wird. Die Oberfläche des Werkstücks wird nach dem Einbringen der Struktur 15 für das Erzeugen von Mikrostrukturen 54 mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit beaufschlagt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16", 16' ", bei dem die Oberfläche 12 des Werkstücks 16, 16', 16", 16" ' beschichtet wird, nachdem die Oberfläche 12 mit einem solchen Verfahren vorbereitet wurde. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum Vorbereiten einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16", 16' " für das Beschichten einer Vorrichtung und zum Veredeln der Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16", 16"\
Bezugszeichenliste:
10 Anlage
12, 12',
12", 12"' Oberfläche
14 Zylinderbohrung
15 Struktur
16 Motorblock
16' Werkstück
16", 16"' Werkstück
18 Fluidstrahl
20 Pumpvorrichtung
22 Kammer
24 Einrichtung für das Erzeugen von Fluiddruckwellen 26 Leitung
28 Düsenwerkzeug
30 Düse, Düsenöffnung
32 Drehgelenk
34 Spindelachse
36 Manipulator
38 Doppelpfeil
39 Steuerrechner, Steuer- und/oder Regeleinrichtung
40 Messeinrichtung
42 Mikroskop
44 Halteeinrichtung
45 Achse
54 Mikrostrukturen
56 Fluidstrahl
57 Strahlrichtung
58 Flanken
59 Tangentialebene
60, 60' Rillen " Rundrillen Lot
Rundleisten
Auftreffpunkt
Mittellinie

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16, 16') und/oder zum Vorbereiten einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16, 16') für ein Beschichten, bei dem in die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') mit einem Werkzeug eine Struktur (15), insbesondere eine makroskopische Struktur, z. B. eine Rillen- und/oder Leistenstruktur eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') nach dem Einbringen der Struktur (15) für das Erzeugen von Mikrostrukturen (54) mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit der Oberfläche (12) durch das Beaufschlagen mit einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit wenigstens abschnittsweise erhöht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid als wenigstens ein pulsierender oder kontinuierlicher Fluid- strahl (56) auf die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') geführt wird, wobei der Fluidstrahl (56) mit einer oder mehreren Düsen (30) eines Düsenwerkzeugs (28) erzeugt wird, wobei das Düsenwerkzeug (28) insbesondere eine Düsenkammer aufweist, in der das Fluid bzw. die Flüssigkeit insbesondere mit einem Druck beaufschlagt wird, der größer ist als 100 bar, bevorzugt größer als 150 bar, besonders bevorzugt größer als 300 bar, und der insbesondere zwischen 2000 bar und 4000 bar liegt und z. B. 3000 bar beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid eine Flüssigkeit aus Wasser und/oder aus einer Mi- schung aus Wasser und Reinigungsmittel, z. B. Waschlauge und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Biozid und/oder Korrosionsschutzmittel und/oder aus einer Wasser-Öl-Emulsion und/oder aus Öl gewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid mit chemischen und/oder abrasiven Bestandteilen versetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidstrahl (56) mit einer Flachstrahldüse oder einer Hohlkegelstrahldüse oder einer Vollstrahldüse erzeugt wird und einen Strahlwinkel α hat, der zwischen 10° und 60° liegt und der vorzugsweise 20° beträgt und/oder dass der Fluidstrahl (56) mit einer mittleren Strahlrichtung (57) in einem Auftreffpunkt (63) unter einem Auftreffwinkel ß auf die Oberfläche (12) trifft, der dem Winkel zwischen der mittleren Strahlrichtung (57) und dem senkrechten Lot (61 ) der mittleren Strahlrichtung (57) auf die lokalen Tangentialebene (59) in dem Auftreffpunkt (63) entspricht, wobei für den Auftreffwinkel ß gilt: 70° < ß < 90°.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) gleichzeitig oder sequentiell mit Fluid- strahlen (56) beaufschlagt wird, die einen unterschiedlichen Strahlwin- kel α und/oder eine Strahlrichtung (57) mit einem unterschiedlichen Auftreffwinkel ß auf die Oberfläche (12) haben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug (28) in Abhängigkeit einer gemessenen oder in einem Datenspeicher hinterlegten intrinsischen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') eingestellt wird oder in Abhängig- keit einer gemessenen intrinsischen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche (12) eines anderen Werkstücks eingestellt wird, dessen Oberfläche (12) vor der Oberfläche des Werkstücks für das Beschichten durch Beaufschlagen mit einem pulsierenden oder kontinuierlichen Fluidstrahl (56) aus dem Düsenwerkzeug (28) bereits vorbereitet wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug (28) ein Düsenwerkzeugbe- triebsparameter aus der Gruppe Fluiddruck/Flüssigkeitsdruck in einer Düsenkammer, Vorschubgeschwindigkeit eines Düsenwerkzeugs (28) in der Richtung einer Spindelachse (34), Drehzahl eines Düsenwerkzeugs (28) um eine Spindelachse (34), Pulsfrequenz des Fluidstrahls (56), Pulsdauer des Fluidstrahls (56), Amplitude und/oder Leistung eines Ultraschallgenerators und/oder dass die Beschaffenheit der Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') oder des anderen Werkstücks in einem zerstörungsfreien Messprozess ermittelt wird, vorzugsweise in einem zerstörungsfreien Messprozess aus der Gruppe Tastschnittverfahren, konfokales Abbilden mit einem Mikroskop, Abbilden mit einem Elektronenmikroskop.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug (28) in Abhängigkeit des Orts der Oberfläche (12) und/oder der Geometrie der Oberfläche (12) und/oder der intrinsischen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche (12) und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung gemessenen relevanten Strukturmerkmale der Oberfläche des Werkstücks (16, 16') oder eines gleichartigen Werkstücks (16, 16'), dessen Oberfläche für das Beschichten bereits vorbereitet wurde, oder der in einem Datenspeicher hinterlegten relevanten Strukturmerkmale der Oberfläche eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') vor und/oder nach dem Beaufschlagen mit einem ersten Fluid, insbesondere in Form einer Flüssigkeit, mit einem von dem ersten Fluid unterschiedlichen zweiten Fluid abgespült wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (15) eine Vielzahl von Rillen (60, 60', 60") mit einem rechteckförmigen und/oder runden und/oder wenigstens eine Hin- terschneidung, bevorzugt zwei Hinterschneidungen aufweisenden, vorzugsweise schwalbenschwanzförmigen Rillenprofil und/oder eine Vielzahl von Leisten umfasst, die vorzugsweise als Rundleisten (62) ausgebildet sind. 13. Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks, bei dem die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) vor dem Beschichten mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 vorbereitet wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') vor dem Beschichten durch Behandeln mit Blasluft und/oder mittels Vakuumtrocknen nachbehandelt, insbesondere getrocknet wird. 15. Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere mittels LDS-Beschichten oder Plasma-Beschichten oder Lichtbogendrahtspritzen oder Flammspritzen beschichtet wird.
16. Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä- che (12) des Werkstücks (16, 16') eine Wand einer Zylinderbohrung in einem Motorblock oder in einem Zylindergehäuse oder in einem Kurbelwellengehäuse ist. 17. Anlage (10) zum Vorbereiten einer Oberfläche (12) eines Werkstücks (16') für ein Beschichten, insbesondere Anlage zur Durchführung des in den Ansprüchen 1 bis 12 angegebenen Verfahren und/oder eines Verfahrens zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks gemäß den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit auf die Oberfläche (12) des Werkstücks (16, 16') mit einem Düsenwerkzeug (28) zuführbar ist, das einen um eine Spindelachse (34) rotierbaren und in der Richtung der Spindelachse (34) relativ zu dem Werkstück (16, 16') verlagerbaren Düsenkörper mit einer Düsenkammer und mit wenigstens einer Düsenöffnung (30) für das Bereitstel- len von wenigstens einem kontinuierlichen oder gepulsten Fluidstrahl
(56) hat, wobei für das Düsenwerkzeug (28) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (39) für das Einstellen wenigstens eines Düsenwerkzeug-Betriebsparameters aus der Gruppe Fluiddruck/Flüssigkeitsdruck in der Düsenkammer, Vorschubgeschwindigkeit in der Richtung der Spindelachse (34), Drehzahl um die Spindelachse (34), Pulsfrequenz des Fluidstrahls (56), Pulsdauer des Fluidstrahls (56), Amplitude und/oder Leistung eines Ultraschallgenerators für das Erzeugen eines gepulsten Fluidstrahls (56) in Abhängigkeit der des Orts der Oberfläche (12) und/oder der Geometrie der Oberfläche (12) und/oder der intrinsi- sehen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche (12) des
Werkstücks (16') oder der mit einer mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (39) verbundenen Messeinrichtung (40) für das ortsaufgelöste Vermessen der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale vermessenen Strukturmerkmale eines an- deren Werkstücks aus einer Serie von Werkstücken mit einer für das
Beschichten bereits vorbereiteten Oberfläche vorgesehen ist.
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