WO2009130184A1

WO2009130184A1 - Verfahren zum vorbereiten einer oberfläche zum aufbringen einer thermisch gespritzten schicht

Info

Publication number: WO2009130184A1
Application number: PCT/EP2009/054670
Authority: WO
Inventors: Clemens Maria Verpoort; Mark Silk; Spencer Lindon
Original assignee: Ford Global Technologies, Llc
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2009-10-29
Also published as: EP2279279B1; DE102008019933A1; EP2279279A1; CN102016098A; US8752256B2; US20110030663A1

Abstract

Das Verfahren dient zum Vorbereiten einer zuvor mechanisch aufgerauhten Oberfläche mit scharfkantigen Graten und Vertiefungen an Werkstücken (1) aus Metall für das Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht, wobei die aufgerauhte Oberfläche (2) durch Hammer- oder Schlagbürsten mit einer schnell rotierenden Hammer- oder Schlagbürste (3) mit einer Vielzahl von radial nach außen gerichteten federnden Schlagdrähten (4) derart bearbeitet wird, dass die Kanten der Grate zur Verbesserung der Haftfähigkeit der anschließend aufgebrachten thermisch gespritzten Schicht gebrochen oder unter Bildung von Hinterschnitten zumindest teilweise umgebogen werden. Die Bürste (3) rotiert mit einer hohen Drehzahl von etwa 3000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute und wird mit ihrer Drehachse (13) in einem solchen gleichbleibenden parallelen Abstand gegenüber der Oberfläche (2) des Werkstückes (1) derart seitlich verlagert, dass die über den Umfang der Bürste (3) verteilten Schlagdrähte (4) mit ihren Enden (5) in einem schrägen Winkel von weniger als 90° in schneller Aufeinanderfolge auf nebeneinander liegende Oberflächenbereiche an dem Werkstück (1) schlagartig auftreffen. Die Bürste (3) besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen rotationssymmetrischen Bürstenkörper (7) mit einer Vielzahl von achsparallelen Tragstangen (11), die über den Umfang der Bürste zwischen stirnseitigen Bürstenscheiben (9, 10) eingespannt sind und jeweils eine Vielzahl von in Achsrichtung der Bürste (3) eng nebeneinander angeordneten Schlagdrähten (4) tragen. Die Tragstangen (11) haben einen runden Querschnitt, so dass die Schlagdrähte (4) an den Tragstangen (11) in Drehrichtung (6) der Bürste frei drehbar gelagert sind.

Description

Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche zum Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche an einem

Werkstück aus Metall für das Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Hammer- oder Schlagbürste zum Durchführen des Verfahrens sowie ein Werkstück hergestellt nach diesem Verfahren.

Oberflächen an Werkstücken aus Metall für eine Beschichtung durch thermisches Spritzen müssen bekanntlich entsprechend vorbereitet werden. Dies kann durch Aufrauhen der Oberfläche geschehen. Hierfür werden verschiedene Verfahren industriell eingesetzt, wie Sandstrahlen, Hochdruck-Wasserstrahlen, Bürsten, Fräsen und ähnliche Bearbeitungsverfahren. Mit diesen Bearbeitungsverfahren sind jedoch Probleme verbunden. So können Späne und Rückstände von den Bearbeitungsprozessen in Rillen und Nuten an den bearbeiteten Oberflächen verbleiben und zu Problemen führen, wenn sie von der Beschichtung überdeckt und eingeschlossen werden und diese Schicht anschließend gehont worden ist. Die Rillen und Nuten, die durch mechanisches Aufrauhen erzeugt worden sind, haben eine Tiefe von ca. 100 μm. Dieser Bereich ist eben und glatt, so dass die thermisch gespritzte Schicht an diesen Stellen nicht gut haften kann.

In Fällen, in denen ein Motor bei Servicearbeiten mittels thermischen Sphtzens repariert werden muss, ist es erforderlich, eine innen liegende Verschleißzone innerhalb der Zylinderbohrung zu bearbeiten, wobei oberhalb und unterhalb dieser Zone ein Bereich mit der ursprünglichen glatten Oberflächenstruktur, die beispielsweise gehont ist, verbleibt. Wenn eine solche Zylinderbohrung mittels thermischen Sphtzens repariert wird, kann die Beschichtung an der gehonten Oberfläche nicht anhaften. Besonders für Motorblöcke aus Aluminiumlegierung mit eingegossenen Zylinderlaufbuchsen ist eine Reparatur mittels thermischen Spritzens schwierig wegen der die Zylinderlaufbuchse übergreifenden Aluminiumlippe und des Zwischenbereiches von der Aluminiumlippe zu dem zu beschichtenden Oberflächenbereich an der Zylinderlaufbuchse. - Das mechanische Aufrauhen führt zu Dehnungs-Restspannungen, die die Ermüdungsfestigkeit des Werkstückes reduzieren.

Ein bekanntes Verfahren ist auch die Vorbereitung der Oberfläche durch Sandstrahlen mit Korundpartikeln und anschließender Reinigung, bevor die Oberflächenbeschichtung mittels des thermischen Spritzens aufgetragen werden kann. Neben dem vergleichsweise aufwendigen Verfahrensschritt der Oberflächenreinigung besteht ein wesentlicher Nachteil des Sandstrahlens mit Korundpartikeln insbesondere darin, dass kleinste Korundteilchen in die zu beschichtende Oberfläche eindringen und dort trotz intensiver Reinigung verbleiben können. Solche Strahlpartikel können nach dem Aufbringen der Oberflächenbeschichtung die Haftzugfestigkeit der Beschichtung an der zuvor gereinigten Oberfläche erheblich beeinträchtigen.

Außerdem können Partikel des Strahlgutes auch noch an Oberflächenbereichen des zu beschichtenden Werkstückes anhaften, die nicht beschichtet werden und dementsprechend auch zuvor nicht bestrahlt worden sind. Solche Strahlgutpartikel können beim Einsatz des Werkstückes zu erheblichen Problemen führen. Dies kann beispielsweise an den Zylinderlaufflächen von Motoren geschehen, die in dieser Form bearbeitet worden sind. Korundpartikel, die in oder an den Motorbauteilen verblieben sind, können so zu erheblichen Problemen führen und unter Umständen ein Versagen des Motors herbeiführen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist aus DE 198 40 117 A1 ein Verfahren zur spanabhebenden Oberflächenbearbeitung der Innenseite von Hohlkörpern als Vorbereitung zum Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht bekannt, wobei ein Teil des die Innenseite der Hohlkörper bildenden Materials abgetragen und eine Oberfläche mit einer definierten Struktur und/oder Güte erzeugt wird. Dieses bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass damit keine Oberflächenprofile erzeugt werden können, die einen Sägezahneffekt und damit Hinterschnitte aufweisen. Da derartige Oberflächenstrukturen jedoch entscheidende Vorteile bei der Haftzugfestigkeit der thermisch aufgebrachten Beschichtung ermöglichen, stellt dies einen entscheidenden Nachteil dar. Durch das spanabhebende Verfahren kann außerdem keine Konstanz hinsichtlich der Oberflächenwerte erzielt werden, da die Bearbeitungswerkzeuge einem notwendigen Verschleiß unterliegen und somit auch eine mit dem Verschleiß des Werkstücks variierende Oberflächenstruktur erzeugen. Außerdem wird die mechanische Festigkeit der durch dieses Verfahren vorbereiteten Oberfläche durch das Spanabheben nachteilig beeinflusst.

In DE 27 12 863 A1 ist weiterhin ein Schlagwerkzeug zum Abtragen von Oberflächen beschrieben, das an einem Ende ein Bündel von metallischen Abtragsnadeln trägt, die in ihrer Längsrichtung oszillieren und so in schneller Folge gegen eine Oberfläche schlagen können. Üblicherweise werden derartige Nadelgeräte eingesetzt, um Rost oder Lacke von Oberflächen zu entfernen. Aber auch bei der Reinigung von Betonbauteilen werden derartige Nadelgeräte verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Probleme beim Vorbereiten einer Oberfläche an einem Werkstück aus Metall für das Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht in einem bestimmten Oberflächenbereich zu beseitigen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Kombination von mechanischem Aufrauhen und Bürsten führt im Vergleich zum herkömmlichen

Bürsten zu einer Oberflächenstruktur mit Eigenschaften, die sehr ähnlich mit einem

Sand- oder Korundstrahlen oder einem Kugelstrahlen, also einem Beschuss mit

Schrot oder einem anderen geeigneten Strahlgut ist. Die Bürste rotiert bei diesem

Verfahren mit einer sehr hohen Drehzahl von etwa 3000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute, wodurch die Schlagdrähte eine hohe örtliche Energie auf die Oberfläche des

Werkstückes übertragen. Dies führt zu einer plastischen Verformung und einer erhöhten Rauhigkeit nur in dem bearbeiteten Oberflächenbereich des Werkstückes, wobei die scharfkantigen Grate an der aufgerauhten Oberfläche zur Verbesserung der Haftfähigkeit der anschließend aufgebrachten thermisch gespritzten Schicht gebrochen oder unter Bildung von Hinterschnitten zumindest teilweise umgebogen werden. Dabei werden auch Späne und Rückstände von den bearbeiteten Oberflächenbereichen mit entfernt, was eine weiter verbesserte Haftfähigkeit und somit eine erhöhte Oberflächenfestigkeit der gespritzten Beschichtung zur Folge hat.

Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die scharfkantigen Grate und Vertiefungen der mechanisch aufgerauhten Oberfläche durch mechanische Bearbeitung entstandene Rillen sind und die Schlagdrähte überwiegend parallel zu den Rillen auftreffen. Durch das Auftreffen eines Schlagdrahtes auf die Oberfläche eines Rillensteges, der zwischen den Rillen gebildet ist, wird kinetische Energie übertragen, die zu einer plastischen Verformung der Oberfläche des Rillensteges führt, wodurch das Material des Rillensteges in den Bereich zumindest einer der beiseitigen Rillen fließt. Dies kann auch als eine örtlich begrenzte Bördelung des Rillensteges in Richtung der Rille betrachtet werden, wodurch der für die Erhöhung der Haftfestigkeit benötigte Hinterschnitt entsteht.

Indem die Schlagdrähte parallel zu den Rillen auftreffen, wird eine vorteilhafte Form der Hinterschnitte erzeugt, da das Material der Rillenstege dadurch überwiegend quer zu den Rillen fließt und damit eine günstige Form der Hinterschnitte erzeugt wird. Als überwiegend parallel ist hier zu verstehen, daß die Schlagdrähte eine

Bewegungsrichtung aufweisen, die überwiegend parallel zur Rillenrichtung ist. Dies ist z. B. der Fall, wenn bei einer rotierenden Bürste die Drehachse der Bürste überwiegend parallel zur Oberfläche und überwiegend quer zur Rillenrichtung ausgerichtet ist.

Die Rillen entstehen als Nuten beim z. B. Drehen, Bohren oder Fräsen der Oberfläche, z. B. bei der mechanischen Bearbeitung von Zylinderbohrungen. Äquivalent können die Rillen auch durch Walzen oder Pressen eingebracht werden. Im Sinne dieser Anmeldung sind alle Verfahren geeignet, die mechanisch aufgerauhte Oberfläche zu erzeugen, die eine entsprechende Rillenstruktur in die Oberfläche einbringen.

Vorteilhaft weisen die Rillen vorteilhaft einen trapezförmig bis rechteckigen

Querschnitt auf. Bei dieser Querschnittsform bilden sich die erforderlichen Hinterschnitte sehr einfach, wenn die parallel auftreffenden Schlagdrähte die Kanten und Grate der Rillenstege quer zur Rillenrichtung verformen. Insbesondere bei einem rechteckigen Querschnitt sind nur geringe Verformungen des Rillensteges quer zur

Rillenrichtung erforderlich, um die Hinterschnitte zu bilden. Beim trapezförmigen

Querschnitt ist vorteilhaft, daß dieser einfach zu erzeugen ist, und trotzdem können durch das Schlagbürsten die erforderlichen Hinterschnitte erzeugt werden.

Vorteilhaft weisen die Schlagdrähte einen Durchmesser auf, der größer als die Rillenbreite ist. Als Rillenbreite ist dabei der mittlere Abstand zwischen den Rillenstegen zu betrachten. In diesem Fall können die Schlagdrähte nie auf den Grund der Rillen auftreffen, was bei dem parallelen Bürsten theoretisch möglich wäre, sondern werden immer auf zumindest einen Rillensteg auftreffen, um dort den Hinterschnitt zu erzeugen.

Dabei können die Schlagdrähte auch einen Durchmesser aufweisen, der mindestens einmal dem Rillenabstand entspricht, bevorzugt zwei- bis dreimal dem Rillenabstand.

Derartige Schlagdrähte werden auf jeden Fall einen Rillensteg treffen, können aber auch zwei Rillenstege treffen. Durch den relativ großen Durchmesser relativ zum

Rillenabstand bildet sich ein breiter Hinterschnitt aus, da ein großer Bereich eines

Rillensteges plastisch verformt wird. Als Rillenabstand ist der Abstand von Rillenmitte zu Rillenmitte bzw. von Rillstegmitte zu Rillenstegmitte zu verstehen.

Vorteilhaft beträgt das Verhältnis Rillentiefe zu Rillenbreite zwischen 0,2 und 1 , bevorzugt zwischen 0,5 und 0,7. Als Rillentiefe wird die mittlere Entfernung von der Oberfläche des Rillensteges zum Boden der Rille verstanden. Die Rillen können bei diesen Proportionen leicht in die Oberfläche eingebracht werden und weisen dennoch genug Tiefe aus, um mit den erzeugten Hinterschnitten eine ausreichende Verklammerung der aufzubringenden Spritzschicht zu bewirken. Zu tiefe Rillen könnten nicht vom Spritzmaterial gefüllt werden, bei zu flachen Rillen wären die Hinterschnitte wirkungslos, da das Spritzmaterial nicht dahinter gelangen würde.

Vorteilhaft beträgt das Verhältnis Rillenabstand zu Rillenbreite zwischen 1 ,2 und 4, bevorzugt zwischen 1 ,8 und 2,2. Dabei ist der Rillenabstand die mittlere Rillenbreite plus die mittlere Breite der Rillenstege. Somit weisen Rillenstege und die Rillen ähnliche Breiten auf. Die Breiten können dann so gewählt werden, daß sich zum einen eine gute Füllung der Rillen mit dem Spritzmaterial gewährt ist, zum anderen die Breite des Rillensteges ausreichend ist, um die Spritzschicht fest an das Grundmaterial zu binden.

Vorteilhaft beträgt der Rillenabstand zwischen 0,1 mm und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,15 mm und 0,25 mm. Die daraus resultierenden Rillen und Rillenstege sind einfach herzustellen, lassen sich mit den Schlagdrähten günstig für die Hinterschnitte umformen, können gut mit dem Spritzmaterial gefüllt werden und weisen eine ausreichende Festigkeit auf, um die Spritzschicht zu halten.

Das kombinierte Hammer-Bürstverfahren erzeugt auch Rest-Druckspannungen in den bearbeiteten Oberflächenbereichen, wodurch die Ermüdungsfestigkeit der verschiedenen Komponenten erhöht wird. Zur Verbesserung der Bearbeitungsgüte und der Dauerfestigkeit sind die Schlagdrähte oder Schenkelfedern der Hammeroder Schlagbürste mit einer Diffusions-Hartinchromierung mit etwa 53 % Chrom in der Oberfläche der Drähte versehen, entsprechend einer Vickershärte HV von etwa 1800, so dass die Lebensdauer der Bürste so groß wie möglich ist und jegliche Verunreinigung von Stahl mit Aluminiumträgern, die sonst zu galvanischen Korrosionsproblemen führen könnten, vermieden wird.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Oberflächenbearbeitung insbesondere bei der Reparatur von Motorblöcken nur im Bereich der verschlissenen Zylinderlaufflächen erfolgt und die oberhalb und/oder unterhalb davon noch vorhandenen gehonten Zylinderflächen unbearbeitet bleiben. Hierdurch werden Haftungsprobleme für die Beschichtung vermieden, die sonst bei einer zu dünnen Beschichtung in den gehonten Oberflächenbereichen häufig auftreten können. Mittels des erfinderischen Verfahrens lassen sich die zu beschichtenden Bereiche sehr gut bearbeiten, ohne die angrenzende, gehonte Zylinderfläche zu beschädigen bzw. mit aufzurauhen.

Damit läßt sich nur im Bereich der verschlissenen Zylinderlauffläche eine thermisch gespritzten Schicht aufbringen, die durch die Oberflächenbearbeitung mit der Schlagbürste eine sehr gut auf Motorblock haftet. Insbesondere eignet sich das erfinderische Verfahren zur Vorbereitung einer thermischen Spritzschicht, die durch das PTWA Draht-Plasma Spritzverfahren hergestellt ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Hammer- oder Schlagbürste zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Einsatz einer Hammer- oder Schlagbürste bei der Bearbeitung von

Zylinderlaufbuchsen an Verbrennungsmotoren,

Fig. 2 eine derartige Bürste in perspektivischer Seitenansicht,

Fig. 3 und Fig. 3a den Bürstenkörper einer derartigen Bürste in Seitenansicht mit zugehöriger Stirnansicht,

Fig. 4 und Fig. 4a eine gegenüber Fig. 3 und Fig. 3a vergrößerte teilweise Seitenansicht des Bürstenkörpers mit zugehöriger Stirnansicht,

Fig. 5 und Fig. 5a eine teilweise Seitenansicht des Bürstenkörpers mit einer

Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie V - V von Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 6a eine Stirnansicht einer endseitigen Bürstenscheibe gemäß den vorherigen Darstellungen mit einer Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie VI - VI von Fig. 6,

Fig. 7 und Fig. 7a eine Seitenansicht des Bürstenkörpers mit Bürstenwelle und einer mit dem Bürstenkörper verschweißten Bürstenscheibe sowie eine zugehörige Stirnansicht,

Fig. 8 eine Seitenansicht des kompletten Bürstenkörpers mit Bürstenwelle und verschweißter Bürstenscheibe,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer Hammer- oder Schlagbürste mit einem abgewandelten Bürstenkörper in perspektivischer Ansicht,

Fig. 10 in einem vergrößerten Ausschnitt X von Fig. 9 die Ausbildung und die

Arbeitsweise der Schlagdrähte von solchen Bürsten beim Bearbeiten von Oberflächen an Werkstücken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, während in

Fig. 1 1 eine weitere Ausführungsform einer Hammer- oder Schlagbürste nach

Fig. 9 mit geänderten Schlagdrähten in Form von Schenkelfedern gezeigt ist, von denen eine Schenkelfeder in

Fig. 12 in perspektivischer Darstellung und in

Fig. 13 und Fig. 14 jeweils in zwei zugehörigen Längsseitenansichten wiedergegeben ist; und

Fig. 15 einen Querschnitt durch eine mit einer Spritzschicht versehenen erfinderischen Oberfläche. Das beanspruchte Verfahren dient zum Vorbereiten einer zuvor mechanisch aufgerauhten Oberfläche an einem Werkstück 1 aus Metall durch Bürsten für das Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die zu bearbeitende Oberfläche 2 an dem Werkstück 1 durch Hammer- oder Schlagbürsten mit einer rotierenden Hammer- oder Schlagbürste 3 mit einer Vielzahl von radial nach außen gerichteten Schlagdrähten 4 derart bearbeitet wird, dass die Kanten der Grate zur Verbesserung der Haftfähigkeit der anschließend aufgebrachten thermisch gespritzten Schicht gebrochen oder unter Bildung von Hinterschnitten zumindest teilweise umgebogen werden. Die Bürste 3 rotiert mit einer hohen Drehzahl von etwa 3000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute und wird bei dem Bearbeitungsvorgang mit ihrer Drehachse 13 in einem solchen gleichbleibenden parallelen Abstand gegenüber der Oberfläche 2 des Werkstückes 1 derart seitlich verlagert, dass die über den Umfang der Bürste 3 verteilten Schlagdrähte 4 mit ihren Enden 5 in einem schrägen Winkel von weniger als 90° in schneller Aufeinanderfolge auf nebeneinander liegende Oberflächenbereiche an dem Werkstück 1 schlagartig auftreffen.

Wie in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigt ist, werden die am Bürstenkörper 7 in Drehrichtung 6 frei drehbar gelagerten Schlagdrähte 4 beim Auftreffen auf das

Werkstück federnd durchgebogen und gleiten mit ihren Enden 5 an der zu bearbeitenden Oberfläche entlang, um unmittelbar darauf infolge der federnden

Durchbiegung von der Oberfläche abgehoben und bei der Weiterdrehung der Bürste

3 entgegen der Drehrichtung 6 zurückgeschleudert zu werden und anschließend durch Fliehkraftwirkung wieder in ihre radiale Ausrichtung für einen erneuten

Oberflächenkontakt zurück zu gelangen.

Wie in Fig. 10 und Fig. 11 ebenfalls zu erkennen ist, haben die Schlagdrähte 4 der

Bürste eine solche Länge, dass sie bei der schnellen Rotation der Bürste nach ihrem schlagartigen Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche 2 an dieser in

Drehrichtung 6 der Bürste 3 ein Stück entlang gezogen werden, um anschließend mit der Weiterdrehung der Bürste von der Bearbeitungsfläche wieder abzuheben und damit die Schlagwirkung zu beenden.

Bei allen gezeigten Ausführungsformen besteht die Bürste 3 aus einem im wesentlichen zylindrischen rotationssymmetrischen Bürstenkörper 7 mit einer Vielzahl von achsparallelen Tragstangen 11 , die über den Umfang der Bürste zwischen stirnseitigen Bürstenscheiben 9, 10 eingespannt sind und jeweils eine Vielzahl von in Achsrichtung der Bürste 3 eng nebeneinander angeordneten Schlagdrähten (4) tragen.

Die mit hoher Drehzahl rotierende Hammer- oder Schlagbürste 3 besteht in der Ausführungsform von Fig. 1 bis Fig. 8 aus einem im wesentlichen zylindrischen rotationssymmetrischen Bürstenkörper 7 mit einer Vielzahl von achsparallelen Längsnuten 8, in denen zwischen stirnseitigen Bürstenscheiben 9, 10 jeweils achsparallele Tragstangen 11 (Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 9) für eine Vielzahl von in Achsrichtung der Bürste eng nebeneinander angeordneten Schlagdrähten 4 eingespannt sind. Die gezeigte Hammer- oder Schlagbürste 3 hat am Bürstenkörper 7 sechs über den Umfang gleichmäßig verteilte Längsnuten 8 mit ebenfalls sechs Tragstangen 11 , an denen die Schlagdrähte 4 frei drehbar gelagert sind. Die Schenkel 4a, 4b der Schlagdrähte 4 haben jeweils gleiche Länge, und die Tragstangen 11 haben einen runden Querschnitt, so dass sich die Schlagdrähte 4 an den Tragstangen 11 in Drehrichtung 6 der Bürste frei hin und her bewegen können. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9 und Fig. 10 sind die Schlagdrähte 4 mit zwei im Abstand parallelen Schenkeln 4a, 4b U-förmig ausgebildet, so dass sie die Tragstange 11 mit einem ringförmigen Auge 4c umschließen. Die Schlagdrähte 4 der Bürste 3 sind hartinchromiert mit etwa 53 % Cr an der Drahtoberfläche und einer Vickershärte HV von mindestens 1800.

Wie in Fig. 5 und Fig. 5a außerdem gezeigt ist, sind die Aufnahmen 12 für die Enden der Tragstangen 11 an mindestens einer Bürstenscheibe 9 oder 10 mittels verstellbarer Lagerbuchsen 14 radial zur Drehachse 13 der Bürste 3 einstellbar ausgebildet. Außerdem besteht der Bürstenkörper 7 mit Bürstenscheiben 9, 10, Tragstangen 11 , Schlagdrähten 4 und Bürstenwelle 15 zweckmäßig aus einem hochfesten nichtrostenden Edelstahl.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel einer Hammer- oder Schlagbürste von Fig. 11 bis 14 sind die Schlagdrähte 4 als Schenkelfedern mit in Achsrichtung der

Tragstangen 11 eng nebeneinanderliegenden parallelen Schenkeln 4a, 4b ausgebildet und umschließen die Tragstangen 11 ebenfalls mit einem ringförmigen

Auge 4c. Beim Auftreffen auf die zu bearbeitende Oberfläche 2 werden sie durchgebogen und federn anschließend in Richtung auf eine entgegen der Drehrichtung 6 folgende benachbarte Tragstange 11 zurück.

Der Bürstenkörper 7 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei an der Bürstenwelle 15 befestigten Bürstenscheiben 9, 10, an denen die Tragstangen 11 für die Schlagdrähte oder Schenkelfedern (4) mit ihren beiden Enden in über den Umfang des Bürsten körpers 7 ebenfalls gleichmäßig verteilten Aufnahmen 12 befestigt sind. Auch hierbei können die Aufnahmen 12 für die Enden der Tragstangen 11 an mindestens einer Bürstenscheibe 9 oder 10 mittels verstellbarer Lagerbuchsen 14 radial zur Drehachse 13 der Bürste einstellbar sein. Ebenso besteht der Bürstenkörper 7 mit Bürstenscheiben 9, 10, Tragstangen 11 , Schlagdrähten oder Schenkelfedern 4 und Bürstenwelle 15 aus einem hochfesten nichtrostenden Edelstahl. Im übrigen haben die für die Bürste verwendeten Werkstoffe die gleiche Qualität wie bei Bürsten nach Fig. 1 bis Fig. 10.

In Figur 15 ist ein Querschnitt durch eine mit einer Spritzschicht 16 versehene erfinderischen Oberfläche 2 eines Werkstücks 1 quer zu den Rillen 17 dargestellt.

Zwischen den Rillen 17 befinden sich in regelmäßigen Abständen die Rillenstege 18.

Die Rillen 17 sind definiert durch ihre mittlere Rillenbreite B, ihren mittleren

Rillenabstand A, die mittlere Breite S der Rillenstege 18, die mittlere Rillentiefe T und die mittlere Rillensteghöhe H, wobei der Rillenabstand A der Summe von Rillenbreite B und Breite S der Rillenstege 18 entspricht und die Rillentiefe T gleich der

Rillensteghöhe H ist. "Mittlere" Breite bzw. Tiefe oder Höhe soll hier heißen, daß ein ungefährer Mittelwert gebildet wird, indem die Querschnittsfläche einer Rille 17 bzw. eines Rillensteges 18 jeweils durch zwei mittlere Werte ausgedrückt werden.

Auf den Oberflächen 19 der Rillenstege 18 sind die durch das Schlagbürsten entstandenen plastischen Ausformungen 20 der Rillenkanten 21 zu sehen, wodurch die Hinterschnitte 22 in den Rillen 17 gebildet werden. Nachdem die Rillen 17 durch die Spritzschicht 16a ausgefüllt sind, verklammert sich die Spritzschicht 16 insgesamt an diesen Hinterschnitten 22 und ist somit mit dem Werkstück 1 fest verbunden. Es ist erkennbar, daß die plastischen Verformungen 20 quer zu den Rillen 17 unregelmäßig auftreten. Dies gilt auch in Längsrichtung zu den Rillen 17, wo die plastischen Verformungen 20 je nach Intensität des Bürstens mehr oder weniger häufiger in die Rillenstruktur eingebracht sind. Diese Oberflächestruktur mit den unregelmäßigen Hinterschnitten 22 führt insgesamt zu einer sehr hohen Haftfestigkeit der Spritzschicht 16 auf dem Werkstück 1.

Wie aus der Größenangabe in Figur 15 zu entnehmen, weisen die Rillen 17 etwa eine Rillenbreite B von 0,2 mm, einen Rillenabstand A von 0,5 mm, damit eine Breite S der Rillenstege 18 von 0,3 mm und eine Rillentiefe S bzw. Rillensteghöhe H von 0,09 mm auf. Diese in einem ersten Prozeßschritt aufgebrachte makroskopische Struktur weist eine Größe in der bevorzugten Größenordnungen für diese Verfahren von 0,1 - 1 mm in der Breite und etwa 0,05 - 0.2 mm in der Tiefe aus.

Die im zweiten Prozeßschritt durch das Bürsten eingeführten plastischen Verformungen 20 weisen mikroskopische Abmessungen von etwa 5 - 50 μm an der Oberfläche 19 der Rillenstege 18 auf. Die plastisch umgeformte Oberfläche 19 der Rillenstege 18 weist ähnlich wie eine kugelgestrahlte Oberfläche eine mit Druckeigenspannungen versehene Schicht auf. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Werkstück

2 Oberfläche

3 Hammer- oder Schlagbürste

4 Schlagdrähte - Schenkelfeder

4a Schenkel der als Schenkelfeder ausgebildeten Schlagdrähte 4b Schenkel der als Schenkelfeder ausgebildeten Schlagdrähte

4c ringförmiges Auge der Schlagdrähte bzw. Schenkelfedern

5 Enden der Schlagdrähte 4

6 Drehrichtung der Bürste

7 Bürstenkörper 8 Längsnuten

9 Bürstenscheibe

10 Bürstenscheibe

11 Tragstangen - Achsen

12 Aufnahmen für die Tragstangen 11 13 Drehachse

14 Lagerbuchsen

15 Bürstenwelle

16 Spritzschicht

16a Spritzschicht in einer Rille 17 Rillen

18 Rillenstege

19 Oberflächen der Rillenstege

20 Plastische Ausformung einer Rillenkante 21

21 Rillenkante 22 Hinterschnitte

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Vorbereiten einer zuvor mechanisch aufgerauhten Oberfläche (2) mit scharfkantigen Graten und Vertiefungen an Werkstücken (1) aus Metall für das Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht, wobei die aufgerauhte Oberfläche (2) durch Hammer- oder Schlagbürsten mit einer schnell rotierenden Hammer- oder Schlagbürste (3) mit einer Vielzahl von radial nach außen gerichteten federnden Schlagdrähten (4) derart bearbeitet wird, dass die Kanten der Grate zur Verbesserung der Haftfähigkeit der anschließend aufgebrachten thermisch gespritzten Schicht gebrochen und/oder unter Bildung von Hinterschnitten (22) zumindest teilweise umgebogen werden, d ad u rch g e ken nze i ch n et, dass die scharfkantigen Grate und Vertiefungen der mechanisch aufgerauhten

Oberfläche (2) durch mechanische Bearbeitung entstandene Rillen (17) sind und die Schlagdrähte (4) überwiegend parallel zu den Rillen (17) auftreffen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d ad u rch g e ken nze ich n et, dass die Rillen (17) einen trapezförmig bis rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d ad u rch g e ken nze ich n et, dass die Schlagdrähte (4) einen Durchmesser aufweisen, der größer als die

Rillenbreite (B) ist.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d ad u rch g e ken nze ich n et, dass die Schlagdrähte (4) einen Durchmesser aufweisen, der mindestens einmal dem Rillenabstand (A) entspricht, bevorzugt zwei- bis dreimal dem Rillenabstand (A).

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass das Verhältnis Rillentiefe (T) zu Rillenbreite (B) zwischen 0,2 und 1, bevorzugt zwischen 0,5 und 0,7 beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass das Verhältnis Rillenabstand (A) zu Rillenbreite (B) zwischen 1,2 und 4, bevorzugt zwischen 1 ,8 und 2,2 beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass der Rillenabstand (A) zwischen 0,1 mm und 1mm, bevorzugt zwischen 0,15 mm und 0,25 mm beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass die Bürste (3) mit einer hohen Drehzahl von etwa 3000 bis 6000 Umdrehungen pro Minute rotiert und mit ihrer Drehachse (13) in einem solchen gleichbleibenden parallelen Abstand gegenüber der Oberfläche (2) des

Werkstückes (1) derart seitlich verlagert wird, dass die über den Umfang der

Bürste (3) verteilten Schlagdrähte (4) mit ihren Enden (5) in einem schrägen

Winkel von weniger als 90° in schneller Aufeinanderfolge auf nebeneinander liegende Oberflächenbereiche an dem Werkstück (1 ) schlagartig auftreffen.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, dass die in Drehrichtung (6) der Bürste (3) frei drehbar gelagerten Schlagdrähte (4) beim Auftreffen auf das Werkstück federnd durchgebogen werden, mit ihren Enden (5) an der zu bearbeitenden Oberfläche entlanggleiten, unmittelbar darauf infolge der federnden Durchbiegung von der Oberfläche abgehoben und bei der Weiterdrehung der Bürste (3) entgegen der Drehrichtung (6) zurückgeschleudert werden, um anschließend durch Fliehkraftwirkung wieder in ihre radiale Ausrichtung für einen erneuten Oberflächenkontakt zurück zu gelangen.

10. Rotierende Hammer- oder Schlagbürste, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass die Bürste (3) aus einem im wesentlichen zylindrischen rotationssymmetrischen Bürstenkörper (7) mit einer Vielzahl von achsparallelen Tragstangen (11) besteht, die über den Umfang der Bürste zwischen stirnseitigen Bürstenscheiben (9, 10) eingespannt sind und jeweils eine Vielzahl von in Achsrichtung der Bürste (3) eng nebeneinander angeordneten Schlagdrähten (4) tragen.

11. Hammer- oder Schlagbürste nach Anspruch 10, d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass die Tragstangen (11) einen runden Querschnitt haben.

12. Hammer- oder Schlagbürste nach Anspruch 10 oder 11 , d ad u rch g e ken nze ich n et, dass die Schlagdrähte (4) an den Tragstangen (11) in Drehrichtung (6) der Bürste frei drehbar gelagert sind.

13. Hammer- oder Schlagbürste nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d ad u rch g e ken nze ich n et , dass die Schlagdrähte (4) mit zwei im Abstand parallelen Schenkeln (4a, 4b) U- förmig ausgebildet sind und die Tragstange (11) mit einem ringförmigen Auge (4c) umschließen.

14. Werkstück mit einer Oberfläche (2), die hergestellt ist mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mit einer Hammer- oder Schlagbürste nach einem der Ansprüche 10 bis 13 zum Aufbringen einer thermisch gespritzten Schicht (16), insbesondere hergestellt durch das PTWA

Draht-Plasma Spritzverfahren.

15. Werkstück nach Anspruch 14, wobei es sich bei der Oberfläche (2) um eine Zylinderlauffläche eines Motorblocks einer Brennkraftmaschine handelt.