EP3132893A1 - Verfahren und anlage zum bearbeiten und aufrauen einer oberfläche - Google Patents

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EP3132893A1
EP3132893A1 EP15181745.9A EP15181745A EP3132893A1 EP 3132893 A1 EP3132893 A1 EP 3132893A1 EP 15181745 A EP15181745 A EP 15181745A EP 3132893 A1 EP3132893 A1 EP 3132893A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
processing
cleaning
fluid
roughening
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15181745.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Baier
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.)
Sturm Maschinen und Anlagenbau GmbH
Original Assignee
Sturm Maschinen und Anlagenbau 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 Sturm Maschinen und Anlagenbau GmbH filed Critical Sturm Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority to EP15181745.9A priority Critical patent/EP3132893A1/de
Priority to PCT/EP2016/064563 priority patent/WO2017029004A1/de
Publication of EP3132893A1 publication Critical patent/EP3132893A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/06—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for producing matt surfaces, e.g. on plastic materials, on glass
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for processing and roughening a surface of a workpiece for a subsequent surface coating, wherein at least a portion of the surface is subjected to at least one machining fluid at a processing pressure, wherein at least a portion of the surface is machined and provided with a microscopic roughening, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a system for processing and roughening a surface of a workpiece for a subsequent surface coating, wherein at least one first nozzle device is provided, with which a machining fluid for processing and roughening the surface in at least one area at a processing pressure can be applied, according to The preamble of claim 9.
  • a metallic coating to protect them from mechanical or corrosive wear, for example.
  • reinforced the cylinder surfaces in the cylinder bores are provided with a metal coating.
  • the metal coating can be applied by a thermal spraying process with a relatively thin layer thickness of a few 100 microns to a few millimeters.
  • the surface can be roughened microscopically with a fluid jet.
  • a fluid jet with a processing pressure of up to several 1000 bar directed to the surface to be coated.
  • a metallic coating adheres very well.
  • This method is basically very expensive, since a double processing of the surface takes place.
  • a microscopic roughening is possible only with relatively stable groove structures, since the fluid jet at an operating pressure of up to several 100 bar damaged or destroyed finer grooves.
  • the invention has for its object to provide a method and a system for processing and roughening a surface of a workpiece, with which the surface can be particularly efficiently prepared for the subsequent coating.
  • the inventive method is characterized in that after processing, the surface is at least partially applied and cleaned with a cleaning fluid at a cleaning pressure, which is less than the processing pressure.
  • a machining fluid In the preparation of a surface for a subsequent coating, the application of a machining fluid at an operating pressure of up to several 1000 bar represents the fundamentally last material-removing machining step.
  • a high-pressure admission with the machining fluid basically ensures that the surface of contamination, in particular grease or oil deposits, is reliably cleaned due to previous machining operations. However, for this purpose, it must be ensured that a high-pressure processing of the entire surface to be coated takes place.
  • a cleaning device with which the surface to be coated is sprayed and cleaned at least in regions with a cleaning fluid at a cleaning pressure which is lower than the processing pressure during the application of the machining fluid.
  • a preferred embodiment of the invention is that, in addition to being exposed to the microscopic roughening treatment fluid, macroscopic machining is carried out to form the profile surface for the purpose of forming defined profile elements.
  • the macroscopic processing preferably takes place before the microscopic roughening, but can also be carried out simultaneously or subsequently.
  • the surface area is applied with the profile elements only with the cleaning fluid at the low cleaning pressure, but not with the processing fluid at a high pressure. After microscopic roughening, the entire surface can also be cleaned with the cleaning fluid. As a result, an arrangement of fine profile elements is made possible.
  • a particularly efficient process variant results according to the invention in that a wash liquid based on water is provided as the cleaning fluid.
  • the washing liquid may in particular have fat-dissolving surfactants or other additives which are advantageous for the cleaning.
  • a cleaning fluid based on water is environmentally friendly and inexpensive.
  • the cleaning fluid is different from the machining fluid.
  • the cleaning fluid is free from abrasive or abrasive particles, which are preferably present in the machining fluid.
  • Corrosion protection additives can be provided in both fluids.
  • the processing pressure between 500 bar and 4000 bar, in particular between 800 bar and 2500 bar is set.
  • the amount of processing pressure depends largely on the hardness of the workpiece material to be machined. At the indicated pressures finest particles can be released from the workpiece material, so that a desired microscopic roughening is formed.
  • the cleaning pressure between 5 bar and 500 bar is set.
  • the cleaning pressure is - depending on the material of the workpiece - significantly lower than the processing pressure of the machining fluid, so that damage to the fine profile elements is virtually avoided during cleaning.
  • a roughening is formed by means of the machining fluid in at least a second surface area of the surface to be coated and that the profile elements are created in at least a first surface area which is separate from the second surface area.
  • a partial processing and roughening of the second surface area with the machining fluid can take place, while fine profile elements are created in the first surface area, which are not directly impacted by the machining fluid and thus damaged.
  • a reliable and gentle cleaning of the fine profile elements is achieved by the cleaning fluid.
  • profile elements in the at least first surface area only a macroscopic machining for forming the profile elements is performed.
  • very fine profile elements can be formed, which have a height between 10 microns and 500 microns.
  • the distance between the profile elements directly to each other can be a corresponding Include magnitude.
  • the profile elements can be formed in particular by grooves, wherein webs remain as the actual profile elements between the grooves. In cross section, these may have a polygonal, semicircular or arcuate contour. It can also be made profile elements with undercut contour, such as a dovetail profile.
  • the grooves are preferably produced by machining, for example by means of a turning tool or a milling tool. It is also possible to work by laser or a spark erosion process.
  • the profile elements are preferably formed and arranged in a regular structure.
  • the surface is acted upon by a processing jet with a high pressure.
  • individual particles are released from the surface to be coated, so that an irregular microscopic roughening takes place.
  • This irregular roughening can be on average in the range between a few microns to 100 microns.
  • the second surface area it is preferable for the second surface area to be provided in an edge section of the surface of the workpiece to be coated, in which only a roughening is formed by means of beam machining.
  • macroscopic profile elements in an edge section of the surface to be coated are particularly susceptible to damage due to a partial exposure.
  • the edge portion preferably has a width of 3 mm to 1 cm.
  • both opposite annular edge regions are free of profile elements and roughened only microscopically.
  • the profile elements are preferably located in a central region of the surface to be coated.
  • the macroscopic profile elements represent a macroscopic roughening, which can be created relatively inexpensively compared to the high-pressure processing.
  • the inventive plant for processing and roughening a surface of a workpiece is characterized according to the invention in that at least one cleaning device is provided, which is designed for applying a cleaning fluid for cleaning the surface in at least one area at a cleaning pressure which is lower than the processing pressure ,
  • the cleaning device can in particular direct a jet of cleaning fluid onto the surface to be coated, by means of which the surface to be treated is cleaned, in particular freed of remaining chip particles or grease and oil residues.
  • the cleaning device may comprise one or more nozzle elements.
  • the first nozzle device is used as the cleaning device, which is also provided for applying the machining fluid. In this case, only a sequential processing with machining fluid and cleaning fluid can be done.
  • a preferred embodiment of the system according to the invention is that the cleaning device has a second nozzle device for spraying the cleaning fluid.
  • the second nozzle device may have one or more nozzle elements, which are preferably movable over the surface to be coated.
  • a first container for the processing fluid and a second container for the cleaning fluid are arranged.
  • various fluids can be used for processing and cleaning.
  • the respective containers are connected via fluid lines to the nozzle devices.
  • a pumping device in particular an axial piston pump, the machining fluid or the cleaning fluid can be acted upon by the respective pressure for forming the fluid jet.
  • a further preferred embodiment of the invention consists in that at least one tool device is provided for the material-removing machining and forming of defined profile elements in the surface.
  • the tool device has a turning tool, a milling head, a laser or a spark erosion device.
  • a turning tool a milling head, a laser or a spark erosion device.
  • macroscopic profile elements can be incorporated in a predetermined structure in the surface chip removal.
  • a material-removing processing and creation of macroscopic profile elements is less expensive.
  • the system can only be provided for processing and roughening a workpiece in preparation for a subsequent coating.
  • a coating device is provided for applying a coating to the machined surface.
  • a drying device for drying the workpiece may be arranged between the processing including cleaning and a coating.
  • the coating is preferably a metal coating, which is preferably produced by a thermal spraying or coating process, such as an LDS coating process or a plasma coating process.
  • the coating is generally formed by a metallic alloy.
  • the coating may also comprise a ceramic coating or a plastic coating.
  • Fig. 1 shows a part of a workpiece 10 with a cylinder bore 12 shown in half section with a bore axis 13.
  • the cylinder bore 12 has a surface to be coated 14, which serves after coating as a cylinder surface in an engine block.
  • the surface 14 to be coated is substantially cylindrical, with chamfers 18 directed outwards being formed in the two lateral edge sections 16.
  • the chamfers 18 have a helix angle to the bore axis 13, so that conical edge portions 16 are formed.
  • a central region 17 extending essentially coaxially to the bore axis 13
  • two first surface regions 20 are provided in the surface 14, in which macroscopic profile elements 22 are machined.
  • the profile elements 22 are formed in the present embodiment as triangular webs by screwing parallel grooves or a helical groove in the surface 14. In each surface area 20 a plurality of adjacent profile elements 22 is provided.
  • An intermediate region 19 between the two first surface regions 20 is formed as a second surface region 30, in which only a microscopic roughening 32 is formed by means of a jet processing by a first nozzle device 41.
  • second surface regions 30 are arranged, in which only a microscopic roughening 32 by means of the movable first nozzle device 41 without macroscopic profile elements 22 is formed.
  • the complicated surface to be produced second surface areas 30 with the microscopic roughening are arranged in the illustrated workpiece 10 in the areas in which the coating to be applied is particularly stressed.
  • the macroscopic profile elements 22 are arranged, which ensure a sufficient connection with the applied coating in these less stressed sections.
  • the subsequent coating is in particular a plasma coating with a metal alloy.
  • the coating has a layer thickness which projects beyond the roughening 32 and the profile elements 22.
  • the surface to be coated is cleaned with a cleaning fluid from a second nozzle device 42.
  • the second nozzle device 42 is movable so that targeted certain surface areas, such as only first surface areas 20 with profile elements 22 or all surface areas 20, 30 of the surface 14 to be coated with cleaning fluid can be applied.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche eines Werkstücks für eine nachfolgende Oberflächenbeschichtung, wobei zumindest ein Bereich der Oberfläche mit mindestens einem Bearbeitungsfluid bei einem Bearbeitungsdruck beaufschlagt wird, wobei zumindest ein Bereich der Oberfläche bearbeitet und mit einer mikroskopischen Aufrauung versehen wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Bearbeiten die Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem Reinigungsfluid bei einem Reinigungsdruck beaufschlagt und gereinigt wird, welcher geringer ist als der Bearbeitungsdruck.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche eines Werkstücks für eine nachfolgende Oberflächenbeschichtung, bei welcher zumindest ein Bereich der Oberfläche mit mindestens einen Bearbeitungsfluid bei einem Bearbeitungsdruck beaufschlagt wird, wobei zumindest ein Bereich der Oberfläche bearbeitet und mit einer mikroskopischen Aufrauung versehen wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche eines Werkstücks für eine nachfolgende Oberflächenbeschichtung, wobei wenigstens eine erste Düseneinrichtung vorgesehen ist, mit welcher ein Bearbeitungsfluid zum Bearbeiten und Aufrauen auf die Oberfläche in zumindest einem Bereich bei einem Bearbeitungsdruck aufbringbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • An bestimmten Werkstücken ist es gewünscht, Oberflächen mit einer metallischen Beschichtung zu versehen, um diese etwa vor mechanischem oder korrosivem Verschleiß zu schützen. Insbesondere bei Zylinderkurbelgehäusen, auch Motorblock genannt, werden verstärkt die Zylinderlaufflächen in den Zylinderbohrungen mit einer Metallbeschichtung versehen. Die Metallbeschichtung kann dabei etwa durch ein thermisches Spritzverfahren mit einer relativ dünnen Schichtdicke von wenigen 100 µm bis zu einigen Millimetern aufgebracht werden.
  • Um eine gute Verbindung zwischen der Oberfläche und der aufgebrachten Metallbeschichtung zu erreichen, ist es bekannt, die Oberfläche vorausgehend zu bearbeiten. Zu diesem Zweck kann die Oberfläche mit einem Fluidstrahl mikroskopisch aufgeraut werden. Dabei wird ein Fluidstrahl mit einem Bearbeitungsdruck von bis zu mehreren 1000 bar auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet. An einer derart mikroskopisch aufgerauten Oberfläche haftet eine metallische Beschichtung sehr gut.
  • Aus der DE 10 2013 211 324 A1 ist es bekannt, auf einer zu beschichtenden Oberfläche zunächst eine makroskopische Rillenstruktur zu erstellen und anschließend diese Rillenstruktur durch eine mikroskopische Aufrauung mittels Strahlbearbeitung zu überlagern.
  • Dieses Verfahren ist grundsätzlich sehr kostenintensiv, da eine doppelte Bearbeitung der Oberfläche erfolgt. Zudem ist eine mikroskopische Aufrauung nur bei relativ stabilen Rillenstrukturen möglich, da der Fluidstrahl bei einem Bearbeitungsdruck von bis zu mehreren 100 bar feinere Rillen beschädigt oder zerstört.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Bearbeitung und Aufrauen einer Oberfläche eines Werkstücks anzugeben, mit welchen die Oberfläche besonders effizient für die nachfolgende Beschichtung vorbereitet werden kann.
  • Die Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum anderen durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bearbeiten die Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem Reinigungsfluid bei einem Reinigungsdruck beaufschlagt und gereinigt wird, welcher geringer ist als der Bearbeitungsdruck.
  • Bei der Vorbereitung einer Oberfläche für eine nachfolgende Beschichtung stellt das Beaufschlagen eines Bearbeitungsfluides bei einem Bearbeitungsdruck von bis zu mehreren 1000 bar den grundsätzlich letzten materialabtragenden Bearbeitungsschritt dar. Eine Hochdruckbeaufschlagung mit dem Bearbeitungsfluid gewährleistet grundsätzlich, dass die Oberfläche von Verschmutzungen, insbesondere Fett- oder Ölanlagerungen, aufgrund von vorausgegangenen Bearbeitungsvorgängen zuverlässig gereinigt ist. Jedoch muss zu diesem Zweck sichergestellt sein, dass eine Hochdruckbearbeitung der gesamten zu beschichtenden Oberfläche erfolgt.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Reinigungseinrichtung vorgesehen, mit welcher die zu beschichtende Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem Reinigungsfluid bei einem Reinigungsdruck besprüht und gereinigt wird, welcher geringer als der Bearbeitungsdruck bei der Beaufschlagung mit dem Bearbeitungsfluid ist. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, die gesamte zu beschichtende Oberfläche mit dem Bearbeitungsfluid bei einem sehr hohen Bearbeitungsdruck von bis zu mehreren 1000 bar zu beaufschlagen. Durch den gezielten Einsatz eines Reinigungsfluides bei einem erheblich verminderten Reinigungsdruck wird eine Kosteneinsparung aufgrund eines geringen Bedarfs an Druckenergie und Bearbeitungsfluid erreicht. Zudem können Oberflächenbereiche an der zu beschichtenden Oberfläche vorgesehen werden, die mit empfindlichen Strukturen versehen sind, welche bei einer Hochdruckbeaufschlagung beschädigt werden könnten.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass zum Bearbeiten der Oberfläche neben der Beaufschlagung mit dem Bearbeitungsfluid zum mikroskopischen Aufrauen eine makroskopische Bearbeitung zum Ausbilden von definierten Profilelementen durchgeführt wird. Die makroskopische Bearbeitung erfolgt vorzugsweise vor dem mikroskopischen Aufrauen, kann jedoch auch gleichzeitig oder nachfolgend durchgeführt werden. Vorzugsweise wird der Oberflächenbereich mit den Profilelementen nur mit dem Reinigungsfluid bei dem geringen Reinigungsdruck beaufschlagt, jedoch nicht mit dem Bearbeitungsfluid bei einem hohen Druck. Nach dem mikroskopischen Aufrauen kann auch die gesamte Oberfläche mit dem Reinigungsfluid gereinigt werden. Hierdurch wird eine Anordnung auch feiner Profilelemente ermöglicht.
  • Eine besonders effiziente Verfahrensvariante ergibt sich nach der Erfindung dadurch, dass als Reinigungsfluid eine Waschflüssigkeit auf Basis von Wasser vorgesehen wird. Die Waschflüssigkeit kann dabei insbesondere fettlösende Tenside oder andere für die Reinigung vorteilhafte Zusätze aufweisen. Ein Reinigungsfluid auf Basis von Wasser ist umweltschonend und kostengünstig.
  • Grundsätzlich ist es möglich, als Reinigungsfluid dasselbe Bearbeitungsfluid zu verwenden, welches für die mikroskopische Aufrauung vorgesehen ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reinigungsfluid unterschiedlich zu dem Bearbeitungsfluid. Insbesondere ist das Reinigungsfluid frei von Schleif- oder Abtragspartikeln, welche vorzugsweise in dem Bearbeitungsfluid vorhanden sind. In beiden Fluiden können Korrosionsschutzzusätze vorgesehen werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Bearbeitungsdruck zwischen 500 bar und 4000 bar, insbesondere zwischen 800 bar und 2500 bar eingestellt wird. Die Höhe des Bearbeitungsdruckes richtet sich dabei maßgeblich nach der Härte des zu bearbeitenden Werkstückmaterials. Bei den angegebenen Drücken können feinste Partikel aus dem Werkstückmaterial gelöst werden, so dass eine gewünschte mikroskopische Aufrauung gebildet wird.
  • Eine weitere bevorzugte Verfahrensvariante besteht darin, dass der Reinigungsdruck zwischen 5 bar und 500 bar eingestellt wird. Der Reinigungsdruck ist - abhängig vom Material des Werkstücks - deutlich geringer als der Bearbeitungsdruck des Bearbeitungsfluids, so dass beim Reinigen eine Beschädigung der feinen Profilelemente praktisch vermieden wird.
  • Weiterhin ist es nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorteilhaft, dass eine Aufrauung mittels dem Bearbeitungsfluid in mindestens einem zweiten Oberflächenbereich der zu beschichtenden Oberfläche ausgebildet wird und dass die Profilelemente in mindestens einem ersten Oberflächenbereich erstellt werden, welcher getrennt von dem zweiten Oberflächenbereich ist. Auf dies Weise kann einer partielle Bearbeitung und Aufrauung des zweiten Oberflächenbereiches mit dem Bearbeitungsfluid erfolgen, während in dem ersten Oberflächenbereich feine Profilelemente erstellt werden, welche nicht unmittelbar durch das Bearbeitungsfluid beaufschlagt und damit beschädigt werden. Eine zuverlässige und schonende Reinigung der feinen Profilelemente wird durch das Reinigungsfluid erreicht.
  • Dabei ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in dem mindestens ersten Oberflächenbereich ausschließlich eine makroskopische Bearbeitung zum Ausbilden der Profilelemente durchgeführt wird. Auf diese Weise können sehr feine Profilelemente gebildet werden, welche eine Höhe zwischen 10 µm und 500 µm aufweisen. Der Abstand der Profilelemente direkt zueinander kann eine entsprechende Größenordnung umfassen. Die Profilelemente können insbesondere durch Rillen gebildet werden, wobei zwischen den Rillen Stege als eigentliche Profilelemente verbleiben. Im Querschnitt können diese eine eckige, halbrunde oder bogenförmige Kontur aufweisen. Es können auch Profilelemente mit Hinterschneidungskontur, etwa ein Schwalbenschwanzprofil gefertigt werden. Das Herstellen der Rillen erfolgt vorzugsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung, etwa mittels einem Drehmeißel oder einem Fräswerkzeug. Es ist auch eine Bearbeitung mittels Laser oder einem Funkenerosionsverfahren möglich. Die Profilelemente sind vorzugsweise in einer regelmäßigen Struktur ausgebildet und angeordnet.
  • Im Gegensatz hierzu wird bei der mikroskopischen Strahlbearbeitung die Oberfläche durch einen Bearbeitungsstrahl mit einem Hochdruck beaufschlagt. Dabei werden einzelne Partikel aus der zu beschichtenden Oberfläche gelöst, so dass eine unregelmäßige mikroskopische Aufrauung erfolgt. Diese unregelmäßige Aufrauung kann im Durchschnitt im Bereich zwischen wenigen µm bis 100 µm liegen.
  • Dabei ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass in einem Randabschnitt der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks der zweite Oberflächenbereich vorgesehen wird, in welchem ausschließlich eine Aufrauung mittels Strahlbearbeitung ausgebildet wird.
  • Nach einer Erkenntnis der Erfindung sind makroskopische Profilelemente in einem Randabschnitt der zu beschichtenden Oberfläche, insbesondere bei Zylinderbohrungen, aufgrund eines teilweisen Freiliegens besonders beschädigungsanfällig. Durch das Vorsehen des zweiten Oberflächenbereiches mit einer ausschließlichen mikroskopischen Aufrauung in einem Randabschnitt wird diese Beschädigungsanfälligkeit deutlich vermindert. Der Randabschnitt weist dabei vorzugsweise eine Breite von 3 mm bis 1 cm auf. Bei einer Zylinderbohrung sind vorzugsweise beide gegenüberliegende ringförmige Randbereiche frei von Profilelementen und nur mikroskopisch aufgeraut. Im Gegensatz dazu liegen die Profilelemente vorzugsweise in einem mittleren Bereich der zu beschichtenden Oberfläche. Die makroskopischen Profilelemente stellen dabei eine makroskopische Aufrauung dar, welche im Vergleich zu der Hochdruckbearbeitung relativ kostengünstig erstellt werden können.
  • Die erfindungsgemäße Anlage zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche eines Werkstücks ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Reinigungseinrichtung vorgesehen ist, welche zum Aufbringen eines Reinigungsfluids zum Reinigen der Oberfläche in zumindest einem Bereich bei einem Reinigungsdruck ausgebildet ist, welche geringer ist als der Bearbeitungsdruck.
  • Mit der erfindungsgemäßen Anlage können insbesondere das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt und die damit verbundenen Vorteile erzielt werden.
  • Durch die Reinigungseinrichtung kann insbesondere ein Strahl aus Reinigungsfluid auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet werden, durch welche die zu bearbeitende Oberfläche gereinigt, insbesondere von verbliebenen Spanpartikeln oder Fettund Ölresten befreit wird.
  • Zum Bilden des mindestens einen Reinigungsstrahles kann die Reinigungseinrichtung ein oder mehrere Düsenelemente aufweisen. Grundsätzlich ist es möglich, dass als Reinigungseinrichtung die erste Düseneinrichtung verwendet wird, welche auch zum Aufbringen des Bearbeitungsfluides vorgesehen ist. In diesem Fall kann nur eine sequenzielle Bearbeitung mit Bearbeitungsfluid und Reinigungsfluid erfolgen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, dass die Reinigungseinrichtung eine zweite Düseneinrichtung zum Aufsprühen des Reinigungsfluides aufweist. Die zweite Düseneinrichtung kann ein oder mehrere Düsenelemente aufweisen, welche vorzugsweise über die zu beschichtende Oberfläche bewegbar sind.
  • Weiterhin ist es nach einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, dass ein erster Behälter für das Bearbeitungsfluid und ein zweiter Behälter für das Reinigungsfluid angeordnet sind. Bei dieser Anordnung können insbesondere verschiedene Fluide zum Bearbeiten und Reinigen verwendet werden. Die jeweiligen Behälter sind über Fluidleitungen mit den Düseneinrichtungen verbunden. Über eine Pumpeinrichtung, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, kann das Bearbeitungsfluid beziehungsweise das Reinigungsfluid mit dem jeweiligen Druck zum Bilden des Fluidstrahles beaufschlagt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine Werkzeugeinrichtung zum materialabtragenden Bearbeiten und Ausbilden definierter Profilelemente in der Oberfläche vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Werkzeugeinrichtung ein Drehmeißel, einen Fräskopf, einen Laser oder eine Funkenerosionseinrichtung aufweist. Hierdurch können insbesondere definierte makroskopische Profilelemente in einer vorgegebenen Struktur in die Oberfläche spanabtragend eingearbeitet werden. Im Vergleich zu einer mikroskopischen Aufrauung mittels Hochdruckbearbeitung ist ein materialabtragendes Bearbeiten und Erstellen makroskopischer Profilelemente kostengünstiger.
  • Grundsätzlich kann die Anlage lediglich zum Bearbeiten und Aufrauen eines Werkstücks zur Vorbereitung für eine nachfolgende Beschichtung vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf die bearbeitete Oberfläche vorgesehen ist. Somit können mit der Anlage sowohl die Vorbearbeitung als auch die Beschichtung durchgeführt werden. Zwischen dem Bearbeiten einschließlich Reinigen und einer Beschichtung kann eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen des Werkstücks angeordnet sein.
  • Bei der Beschichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Metallbeschichtung, welche vorzugsweise mit einem thermischen Spritz- oder Beschichtungsverfahren, etwa einem LDS-Beschichtungsverfahren oder einem Plasmabeschichtungsverfahren erzeugt wird. Die Beschichtung wird im Allgemeinen durch eine metallische Legierung gebildet. Grundsätzlich kann die Beschichtung auch eine Keramikbeschichtung oder eine Kunststoffbeschichtung umfassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher beschrieben, welches in einer Teilquerschnittsansicht in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
  • Fig. 1 zeigt einen Teil eines Werkstücks 10 mit einer im Halbschnitt dargestellten Zylinderbohrung 12 mit einer Bohrungsachse 13. Die Zylinderbohrung 12 weist eine zu beschichtende Oberfläche 14 auf, welche nach der Beschichtung als eine Zylinderlauffläche in einem Motorblock dient.
  • Die zu beschichtende Oberfläche 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei in den beiden seitlichen Randabschnitten 16 nach außen gerichtete Abschrägungen 18 ausgebildet sind. Die Abschrägungen 18 weisen einen Schrägungswinkel zur Bohrungsachse 13 auf, so dass konische Randabschnitte 16 gebildet sind. In einem im Wesentlichen koaxial zur Bohrungsachse 13 verlaufenden Mittenbereich 17 sind in die Oberfläche 14 zwei erste Oberflächenbereiche 20 vorgesehen, in welchen makroskopische Profilelemente 22 spanabhebend eingearbeitet sind. Die Profilelemente 22 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als dreieckige Stege durch Eindrehen von parallelen Rillen oder einer helixförmigen Rille in die Oberfläche 14 ausgebildet. In jedem Oberflächenbereich 20 ist eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Profilelementen 22 vorgesehen.
  • Ein Zwischenbereich 19 zwischen den beiden ersten Oberflächenbereichen 20 ist als ein zweiter Oberflächenbereich 30 ausgebildet, in welchen lediglich eine mikroskopische Aufrauung 32 mittels einer Strahlbearbeitung durch eine erste Düseneinrichtung 41 ausgebildet ist.
  • Auch in den beiden äußeren Randabschnitten 16 mit den Abschrägungen 18 sind zweite Oberflächenbereiche 30 angeordnet, in welchen lediglich eine mikroskopische Aufrauung 32 mittels der verfahrbaren ersten Düseneinrichtung 41 ohne makroskopische Profilelemente 22 ausgebildet ist.
  • Die aufwändig herzustellenderen zweiten Oberflächenbereiche 30 mit der mikroskopischen Aufrauung sind bei dem dargestellten Werkstück 10 in den Bereichen angeordnet, in welchen die aufzubringende Beschichtung besonders beansprucht ist. In den geringer beanspruchten ersten Oberflächenbereichen 20 sind die makroskopischen Profilelemente 22 angeordnet, welche eine ausreichende Verbindung mit der aufzubringenden Beschichtung in diesen weniger beanspruchten Abschnitten sicherstellen. Die nachfolgende Beschichtung ist insbesondere eine Plasmabeschichtung mit einer Metalllegierung. Die Beschichtung weist eine Schichtdicke auf, welche die Aufrauung 32 und die Profilelemente 22 überragt.
  • Nach dem mikroskopischen Aufrauen und vor der Oberflächenbeschichtung wird die zu beschichtende Oberfläche mit einem Reinigungsfluid aus einer zweiten Düseneinrichtung 42 gereinigt. Die zweite Düseneinrichtung 42 ist verfahrbar, so dass gezielt bestimmte Oberflächenbereiche, etwa nur erste Oberflächenbereiche 20 mit Profilelementen 22 oder alle Oberflächenbereiche 20, 30 der zu beschichtenden Oberfläche 14 mit Reinigungsfluid beaufschlagt werden können.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche (14) eines Werkstücks (10) für eine nachfolgende Oberflächenbeschichtung, bei welchem zumindest ein Bereich der Oberfläche (14) mit mindestens einem Bearbeitungsfluid bei einem Bearbeitungsdruck beaufschlagt wird, wobei zumindest ein Bereich der Oberfläche (14) bearbeitet und mit einer mikroskopischen Aufrauung versehen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach dem Bearbeiten die Oberfläche zumindest bereichsweise mit einem Reinigungsfluid bei einem Reinigungsdruck beaufschlagt und gereinigt wird, welcher geringer ist als der Bearbeitungsdruck.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Bearbeiten der Oberfläche (14) neben der Beaufschlagung mit dem Bearbeitungsfluid zum mikroskopischen Aufrauen eine makroskopische Bearbeitung zum Ausbilden von definierten Profilelementen (22) durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Reinigungsfluid eine Waschflüssigkeit auf Basis von Wasser vorgesehen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Reinigungsfluid unterschiedlich zu dem Bearbeitungsfluid ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bearbeitungsdruck zwischen 500 bar und 4000 bar, insbesondere zwischen 800 bar und 2500 bar eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Reinigungsdruck zwischen 5 bar und 500 bar eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Aufrauung mittels dem Bearbeitungsfluid in mindestens einem zweiten Oberflächenbereich (30) der zu beschichtenden Oberfläche (14) ausgebildet wird und
    dass die Profilelemente (22) in mindestens einem ersten Oberflächenbereich (20) erstellt werden, welcher getrennt von dem zweiten Oberflächenbereich (30) ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem mindestens ersten Oberflächenbereich (20) ausschließlich eine makroskopische Bearbeitung zum Ausbilden der Profilelemente (22) durchgeführt wird.
  9. Anlage zum Bearbeiten und Aufrauen einer Oberfläche (14) eines Werkstücks (10) für eine nachfolgende Oberflächenbeschichtung, wobei mindestens eine erste Düseneinrichtung (41) vorgesehen ist, mit welcher ein Bearbeitungsfluid zum Bearbeiten und Aufrauen auf die Oberfläche (14) in zumindest einem Bereich bei einem Bearbeitungsdruck aufbringbar ist, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Reinigungseinrichtung vorgesehen ist, welche zum Aufbringen eines Reinigungsfluids zum Reinigen der Oberfläche (14) in zumindest einem Bereich bei einem Reinigungsdruck ausgebildet ist, welche geringer ist als der Bearbeitungsdruck.
  10. Anlage nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein erster Behälter für das Bearbeitungsfluid und ein zweiter Behälter für das Reinigungsfluid angeordnet sind.
  11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Werkzeugeinrichtung zum materialabtragenden Bearbeiten und Ausbilden definierter Profilelemente in der Oberfläche vorgesehen ist.
  12. Anlage nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Werkzeugeinrichtung einen Drehmeißel, einen Fräskopf, einen Laser oder eine Funkenerosionseinrichtung aufweist.
  13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Beschichtungseinrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf die bearbeitete Oberfläche (14) vorgesehen ist.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Reinigungseinrichtung eine zweite Düseneinrichtung (42) zum Aufsprühen des Reinigungsfluides aufweist.
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