Verfahren, Strahlmittel und Vorrichtung zum Behandeln eines Bauelements

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Strahlmittel und eine Vorrichtung zum Behandeln eines Bauelements.

Aus der konventionellen Technik ist bekannt, dass eine Vielzahl technischer Bauteile, die z. B. metallische oder keramische Werkstoffe aufweisen, unter hoher zyklischer Last betrieben wird. Beispiele hierfür sind etwa Achs-, Rad-, Gelenk-, Kurbel-, Antriebs-, Extruder-, Nockenwellen, Pleuelstangen, Lenkungs- und Kolbenteile, Kupplungsscheiben, Zapfen, Buchsen, Achsschenkel, Bohrer, Schrauben, Hebel, Blattfedern, Laufrollen, Wälzlager und Zahnräder. Die Schwingfestigkeit solcher Bauelemente bestimmt daher deren Lebensdauer mit. Die Steigerung der Schwingfestigkeit stellt eine geeignete Maßnahme dar, um die Werkstoffbeanspruchung (Materialermüdung) zu verringern und die Lebensdauer bzw. Standzeit zu erhöhen. Bei eventuell zusätzlicher tribologischer Belastung trägt oftmals auch eine Verbesserung des Verschleißwiderstands zu Verlängerung der Lebensdauer bei.

Die EP 1 195 414 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Pigmentpräparationen. Dabei wird eine Suspension eines Rohpigments, Präpigments und/oder Pigments, in einem flockungsstabilisierenden, flüssigen Medium, in einem Mikrojetreaktor durch Düsen in einem von einem Gehäuse umschlossenen Reaktorraum auf einen gemeinsamen Kollisionspunkt gespritzt, wobei über eine Öffnung im Gehäuse in den Reaktorraum ein Gas oder eine verdampfende Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre im Reaktorraum eingeleitet wird. Die entstehende flüssige Pigmentpräparation und das Gas oder die verdampfte Flüssigkeit werden durch eine weitere Öffnung im Gehäuse durch Überdruck auf der Gaseintrittsseite oder durch Unterdruck auf der Produkt- und Gasaustrittsseite aus dem Reaktor entfernt.

Die EP 0 385 484 AI beschäftigt sich mit einem Verfahren zum Mattieren von Glasgegenständen. Dabei werden insbesondere hohle Beleuchtungsglaskörper mit einem feinkörnigen Abrasionsmittel unter Druck bestrahlt. Dabei liegt das Abrasionsmittel in Form einer wässrigen Suspension vor und wird mit einem Druck von 20-400 MPa auf die Oberfläche des Glasgegenstandes aufgestrahlt.

Die EP 1 253 241 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Merkmalsstoffen in eine noch feuchte, aber bereits ausreichend verfestigte Papierbahn und sieht vor, eine Merkmalsstoffsuspension als laminaren Strahl mit geringem Strahldruck auf die Oberfläche der Papierbahn zu leiten. Durch einen besonderen Druckregelkreis wird erreicht, dass der Strahldruck unabhängig von der Anzahl parallel auf die Papierbahn geleiteter Merkmalsstoffsuspensionsstrahlen immer konstant ist. Dadurch ist es möglich, unterschiedlichste Linienkodierungen unter denselben Prozessbedingungen in Papier einzubringen, ohne dass dabei im Papier sichtbare Veränderungen der Faserstruktur auftreten.

Die WO 0 3/004219 AI offenbart ein Verfahren zum Abtragen von einem im Inneren eines Werkstücks angeordneten Material im Bereich einer Bohrungsverschnei- dung. Dabei wirkt wenigstens eine Strahlerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Stoffstrahls mit einer im Inneren des Werkstücks angeordneten, ein Reflexionsele- ment umfassenden Richteinheit zum Richten des Stoffstrahls auf den Bereich der Bohrungsverschneidung zusammen. Die Strahlerzeugungseinheit und die Richteinheit werden als separate Bauteile ausgebildet, wobei die Strahlerzeugungseinheit in eine erste Bohrung des Werkstücks und die Richteinheit in eine zweite Bohrung des Werkstücks eingebracht wird. Die DE 102004 062 774 B3 beschreibt ein Verfahren zum Behandeln eines Bauelements, umfassend ein Material kristalliner, teilkristalliner oder amorphe Struktur, bei dem für ein Randschichtverfestigen wenigstens ein Teil einer Oberfläche des Bauelements mit einem Ölstrahl gestrahlt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Nachteilig an den bekannten Konzepten ist daher, dass die Lebensdauer der Bauteile, insbesondere unter dynamischen Belastungen, nicht weitgehend genug erhöht werden kann. Beim Flüssigkeitsverfestigungsstrahlen (z. B. Warmölstrahlen) ist die Einwirktiefe auf den sehr oberflächennahen Randschichtbereich (z. B. wenige 10 μιη bei gehärteten Stählen) begrenzt. Die bekannten Konzepte erlauben eine abrasi- ve Bearbeitung der Oberfläche eines Bauteils, beschäftigen sich jedoch nicht mit der Erhöhung dessen Lebensdauer unter zyklischen Belastungen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Konzept zur Erhöhung der Lebensdauer eines Bauelementes zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, ein Strahlmittel und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.

Es ist ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, eine Steigerung der Schwingfestigkeit eines Bauelementes durch Erzeugung von Druckeigenspannungen in einer Randschicht des Werkstoffs mittels der neuen mechanischen Oberflächentechnolo- gie des Flüssig-Fest- Verfestigungsstrahlens beispielsweise als Suspensions- oder Injektor strahlen zu erreichen. Es ist ein weiterer Kerngedanke, als Strahlmittel zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Randschicht eines Werkstücks eine Kombination aus einem flüssigen Strahlmittel und einem festen Strahlmittel einzusetzen, wobei das flüssige und das feste Strahlmittel derart ausgebildet sind, dass bei einer Bestrahlung des Werkstücks im Wesentlichen Druckeigenspannung im Werkstück erzeugt oder erhöht wird. In anderen Worten wird das Strahlmittel in der Art gewählt, dass ein etwaiger abrasiver Effekt, der bei der Bestrahlung auftreten kann, ausbleibt bzw. in der Auswirkung hinter dem oben genannten Effekt, bei dem der Eigenspannungszustand verändert und Druckeigenspannung im Werkstück erzeugt oder erhöht wird, wesentlich zurückbleibt. Es ist also ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, das Strahlmittel derart zu wählen, dass bei der Bestrahlung hauptsächlich der Eigenspannungszustand des Werkstücks in Richtung Druck verändert wird und Abrasiveffekte, d.h. abspanende Effekte, stark reduziert oder vermieden werden.

In Ausführungsbeispielen kann eine nicht oder wenig korrosiv wirkende Flüssigkeit verwendet werden, wie z.B. Öl, Hydraulikflüssigkeit oder auch Wasser. Als zum behandelten Werkstück im Flüssigkeitsstrom in Teilchenform mitgeführtes festes Strahlmittel können Stahl, Guss, Hartmetall, Keramik, Glas, Sand oder andere Materialien genutzt werden, die beispielsweise in möglichst kugeliger Gestalt vorliegen. In anderen Worten können Partikel, die stumpfe Oberflächen aufweisen, gerade dafür sorgen können, dass bei der Kollision mit dem Werkstoff dieser nicht vordergründig abgetragen wird, sondern dessen Druckeigenspannung erhöht wird. Dies kann darüber hinaus noch dadurch begünstigt werden, dass die Reibung, die beim Auftreffen der Partikel auf dem Bauelement oder Werkstoff entsteht, durch das flüssige Strahlmittel reduziert wird.

Es ist ein weiterer Kerngedanke, durch die Auswahl der Flüssigkeit (z. B. Dichte), eine optimierte Anpassung des Strahlprozesses und der aufgebauten Druckeigenspannungen zu erreichen. Der Partikeldurchmesser, z.B. der mittlere Kugeldurchmesser, kann den Tiefenverlauf der relevanten Vergleichsspannung nach von Mises unterhalb der Oberfläche des behandelten Werkstücks (Hertz' scher Kontakt) bestimmen, womit Ausführungsbeispiele ein Einstellen der Eigenspannungsverteilung innerhalb bestimmter Grenzen und damit ein Maßschneidern des Verfestigungsstrahlens gestatten können. Hierzu kann in Ausführungsbeispielen auch ein Temperieren der Flüssigkeit, der Partikel, der Flüssig-Fest-Suspension (Strahlmittel) oder des Bauteils dienen. Ausführungsbeispiele können auch vorsehen, neben verschieden großen Teilchen/Partikeln eines Materials (z. B. Stahl) als festen Strahlbestandteil (ggf. zusätzlich) auch unterschiedliche Partikelmaterialien (z. B. Stahl und Hartmetall und/oder Keramik sowie andere Kombinationen) oder Werkstoffzustände (z. B. unterschiedlich harte Stahlgefüge) zu verwenden. Dadurch lässt sich der Prozess weiter optimieren und maßschneidern.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden auch anhand der beiliegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Suspensionsverfestigungs- strahlen; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung zum Injektorverfestigungsstrahlen.

In Ausführungsbeispielen kann das erfindungsgemäße Flüssig-Fest- Verfestigungsstrahlen zur Erhöhung der Schwingfestigkeit, wie andere Verfahren der mechanischen Oberflächenbehandlung (z.B. Kugel strahlen, Pralltrommeln oder Festwalzen), zur weiteren Steigerung des bezweckten Dmckeigenspannungsaufbaus auch unter Vorspannung des Werkstücks als entsprechende Spannungsprozessvariante durchgeführt werden. Eine hemmende Wirkung auf ein Wachstum eines Risses einer Länge 2a kann anhand eines die Belastung beschreibenden Spannungsintensi- tätsfaktors K (d. h. Mode I-Beanspruchung) verstanden werden: wobei σ _3η1 und G _ES eine (anliegende äußere) Last- bzw. Eigenspannung sowie 7-1 einen von der Rissform abhängigen Geometriefaktor bedeuten. Mit der Bruchzähig- keit K _ic (für den voll ausgeprägten ebenen Dehnungszustand) kann ein Versagenskriterium wie folgt formuliert werden:

K, > K _lc

Druckeigenspannungen können hier mit negativem Vorzeichen berücksichtigt werden und wirken dann wie eine Lastverminderung. Ein ähnlicher Zusammenhang gilt für den zyklischen Spannungsintensitätsfaktor. Weil Ermüdungsrisse überwiegend an oder nahe der Oberfläche entstehen, können in der Randschicht eingebrachte Druckeigenspannungen die Rissbildung und -Wachstum behindern und so zur gewünschten Steigerung der Lebensdauer führen. Bei den Verfahren der mechanischen Oberflächenbehandlung kann es zusätzlich durch das induzierte plastische Fließen zu einer Dehnungsverfestigung (Anstieg der Versetzungsdichte) kommen, was sich in einer je nach Werkstoff unterschiedlichen Härtezunahme (z. B. bei gehärteten Stählen nur geringfügig) ausdrücken kann.

Ausführungsbeispiele können vom Flüssigkeitsabrasivsuspensionsstrahlen (Flüssig- keits-ASS), insbesondere vom Wasserabrasivsuspensionsstrahlen oder auch von dem Injektor strahlen (IS) Gebrauch machen. Hierbei lässt sich zudem Normaldruck-, Hochdruck- und Höchstdruckwasserstrahlen, beispielsweise unter bis zu 50, 200 bzw. ca. 600 MPa Druck (entsprechend bis 500/2000/ca. 6000 bar) unterscheiden. Beim Höchstdruckwasserstrahlen können Strahlgeschwindigkeiten bis ca. 1000 m/s in einem fokussierten Freistrahl erreicht werden. Suspensionsstrahlen (bzw. Wasserstrahltechnologie) kann etwa zum erosiven Schneiden (Rein- und Abrasiv- Wasserstrahlschneiden) und Bohren, zur Asphaltkonditionierung im Straßenbau, bei der Kanalsanierung, für die Bodendekontamination, zum Betonabtragen, Zerkleinern oder Entschichten (Entfernen meist metallischer Schichten) verwendet werden.

In Ausführungsbeispielen kann die Partikelgröße einheitlich oder variierend sein, beispielsweise auch zwischen 10 μιη und 10 mm gewählt werden, bevorzugt zwischen einigen 100 μιη und wenigen mm. In Ausführungsbeispielen können die Partikel von kugelartiger Gestalt sein und einen Durchmesser von 10 μιη - 10 mm aufweisen, insbesondere kann der Durchmesser auch zwischen 100 μιη und 3 mm, bzw. zwischen 100 μιη und 1mm liegen. Ausführungsbeispiele sind dabei nicht auf Partikel kugelartiger Gestalt beschränkt, da die Partikel derart beschaffen sein können, dass der bei der Bestrahlung im Zusammenspiel mit der Strahlflüssigkeit erzielte Effekt, vordergründig oder im Wesentlichen die Druckeigenspannung des Bauelementes erhöht. Denkbar sind hier vielerlei Partikelformen, die zumeist eher stumpfe Oberflächen aufweisen werden, da kantige Oberflächen zumeist einen abrasiven Effekt begünstigen, wobei auch hierbei jeweils ein Zusammenspiel mit der Strahlflüssigkeit und deren reibungsreduzierender Eigenschaft zu berücksichtigen ist. Ausführungsbeispiele können auch eine Verwendung unterschiedlich großer Feststoffteilchen erlauben. Der Anteil der Strahlpartikel kann in Ausführungsbeispielen beispielsweise bis zu 1 Vol.-%, 10 Vol.-%, 30 Vol.-% oder 50 Vol.-% betragen.

In Ausführungsbeispielen können, wie bereits oben erwähnt, die Partikel eine kugelartige Gestalt und/oder einen Durchmesser von 10 μιη - 10 mm aufweisen. Ferner können die Partikel eine unterschiedliche Größe aufweisen, unterschiedliche Materialien umfassen und/oder in unterschiedlichen Werkstoffzuständen vorliegen. All diese Kombinationsmöglichkeiten erlauben eine genauere Abstimmung des Verfahrens, bzw. ein Maßschneidern des Verfahrens auf die jeweiligen Gegebenheiten, insbesondere eine Anpassung an die Beschaffenheit des Bauelementes.

In Ausführungsbeispielen können das Bauelement, die Flüssigkeit, die Partikel und/oder die Flüssig-Fest-Suspension (Strahlmittel) vor dem Bestrahlen auf ein bestimmtes Temperaturniveau gebracht werden. Das Temperaturniveau kann in Ausführungsbeispielen sowohl über als auch unter der Umgebungstemperatur liegen. In anderen Worten können das Bauelement, die Flüssigkeit und/oder die Partikel vor dem Bestrahlen erwärmt oder auch gekühlt werden. Flüssigkeit und/oder beigegebenes festes Strahlmittel (Partikel) und/oder Werkstück können in Ausführungsbeispielen auch für den Prozess aktiv erwärmt, auf erhöhter Temperatur (be- vorzugt bis zu ca. 400 °C und ohne Härteverlust des Werkstücks) gehalten werden. Denkbar ist es auch, lediglich die Flüssigkeit zu erwärmen und dann die zugeführten Partikel gerade mit der Flüssigkeit zu erwärmen. Konsequenterweise ist auch ein umgekehrtes Ausführungsbeispiel denkbar, bei dem lediglich die Partikel erwärmt werden und die Flüssigkeit indirekt über die Partikel erwärmt wird. Es kann auch die Flüssig-Fest-Suspension (Strahlmittel) insgesamt erwärmt werden.

In Ausführungsbeispielen können alle Materialien, insbesondere metallische und keramische Werkstoffe, behandelt werden. In Ausführungsbeispielen kann das Bauelement während des Bestrahlens unter Vorspannung gehalten werden. Es ist also auch möglich, das Werkstück (z. B. einen Innenring eines Wälzlagers) bei der Behandlung unter Vorspannung zu halten, wodurch der Prozess mit dem Ziel einer nochmals erhöhten Druckeigenspannungserzeugung in der Variante des Spannungsstrahlens betrieben wird.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die beiden Ausführungsbeispiele realisieren zwei Verfahren des Flüssig-Fest- Verfestigungsstrahlens, wobei im Folgenden die entsprechenden Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren erläutert werden. Wie die Fign. 1 und 2 zeigen, können Ausführungsbeispiele eine Vorrichtung 100,200 zum Behandeln eines Bauelements umfassen, mit einer Eimichtung 115,215 zum Erzeugen eines Strahlmittels 120, wobei das Strahlmittel 120 eine Flüssigkeit 110,210 und Partikel 240 umfasst, wobei die Flüssigkeit 110,210 und die Partikel 240 derart ausgestaltet sind, dass bei dem Bestrahlen der Oberfläche des Bauelements im Wesentlichen der Eigenspannungszustand des Bauelements in Richtung Druck verändert wird, insbesondere können Druckeigenspannungen in der Randschicht des Bauelementes erhöht werden. Die Vorrichtung 100,200 umfasst ferner eine Einrichtung 130,230 zum Bestrahlen wenigstens eines Teils der Oberfläche des Bauelements mit dem Strahlmittel 120, um den Eigenspannungszustand des Bauelements zu verändern, insbesondere zur Erzeugung von Druckeigenspannungen. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung 100, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist, zur Durchführung des Verfahrens zum Behandeln eines Bauelementes verwendet.

Fig. 1 zeigt die entsprechende Vorrichtung 100, der eine Strahlflüssigkeit 110, wie z.B. Öl, und entsprechend feste Partikel zugeführt werden. Es bildet sich dann eine Suspension 120 aus, die sowohl die Strahlflüssigkeit als auch die Partikel enthält und in der Fig. 1 auf der rechten Seite dargestellt ist. Es ist ferner anzumerken, dass in der Darstellung der Fig. 1 die isolierten Partikel als festes Strahlmittel ohne die Flüssigkeit nicht dargestellt sind, da diese sich bereits in der Flüssigkeit 110 befinden. Aus der Suspension 120 kann dann in einer Suspensionsdüse 130 ein Verfestigungsstrahl 140 gebildet werden. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine Anordnung gezeigt, die es erlaubt, über den Druck der Strahlflüssigkeit 110 den Druck des Verfestigungsstrahls zu bestimmen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Teil der Strahlflüssigkeit 110 zur Vermischung mit den Partikeln durch einen entsprechenden Behälter geleitet wird (siehe rechte Seite der Zuführung in Fig. 1) und ein anderer Teil der Strahlflüssigkeit direkt auf die Suspension 120 trifft. Der Aufbau kann in Ausführungsbeispielen prinzipiell am Aufbau einer Vorrichtung zum Wasserabrasivsuspensionsstrahlen (WASS) orientiert sein, mit dem Unterschied, dass in Ausführungsbeispielen die Suspension eine Flüssigkeit und Partikel gemäß obiger Beschreibung umfasst. In der Vorrichtung 100 kann die Suspension direkt mit (Hoch-) Druck beaufschlagt oder einem Flüssigkeitsstrom zugeführt werden. Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch die Verwendung einer Vorrichtung zum Wasserabrasivsuspensionsstrahlen zur Durchführung des Verfahrens zum Behandeln eines Bauelements, bei dem zur Erzeugung von Druckeigenspannungen wenigstens ein Teil der Oberfläche des Bauelements mit einem Strahlmittel 120 bestrahlt wird, wobei das Strahlmittel eine Flüssigkeit 110 und Partikel umfasst, wobei die Flüssigkeit 110 und die Partikel derart ausgestaltet sind, dass bei dem Bestrahlen der Oberfläche des Bauelements im Wesentlichen der Eigenspannungs- zustand des Bauelements verändert wird, insbesondere die Druckeigenspannung des Bauelements erhöht wird. Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 ist in der Fig. 2 gezeigt. Die Vorrichtung 200 orientiert sich an einer Vorrichtung zum Wasserabrasivinjek- torstrahlen (WAIS), wiederum mit dem Unterschied, dass in Ausführungsbeispielen flüssige 210 (z.B. Öl) und feste Strahlmittel 240 (Strahlteilchen, Partikel) vermischt werden. Fig. 2 zeigt eine Flüssigkeitsdüse 220, ein Strahlfokus sierrohr 230 und einen Verfestigungs strahl 250. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 geschieht die Verfestigung beispielsweise durch eine Filterstation, eine Hochdruckpumpe sowie Strahleinheit (Düsen- und Fokussierungssysteme). In diesem Ausführungsbeispiel können die festen Partikel 240 dem Flüssigkeitsstrahl 220 in der Vorrichtung 200 beigemischt werden, dies geschieht in der Fig. 2 im Bereich 215 z. B. unter Ausnutzung der Sogwirkung (vgl. Wasserstrahlpumpe). Hier kann der austretende Strahl 250 zusätzlich Luft enthalten, dies kann in Ausführungsbeispielen auch eine größere Menge Luft sein, z.B. >1 Vol.-%, >10 Vol.-% , >30 Vol.-% oder >50 Vol.-%.

Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch die Verwendung einer Vorrichtung zum Wasserabrasivinjektorstrahlen zur Durchführung des Verfahrens zum Behandeln eines Bauelements, bei dem zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Randschicht wenigstens ein Teil der Oberfläche des Bauelements mit einem Strahlmittel bestrahlt wird, wobei das Strahlmittel eine Flüssigkeit 210 und Partikel 240 umfasst, wobei die Flüssigkeit 210 und die Partikel 240 derart ausgestaltet sind, dass bei dem Bestrahlen der Oberfläche des Bauelements im Wesentlichen der Eigenspannungszustand in Richtung Druck verändert, d. h. Druckeigenspannung in der Randschicht des Bauelements erzeugt oder erhöht wird.

In Ausführungsbeispielen beider Vorrichtungen 100,200 kann das Werkstück oder Bauelement zur Vermeidung chemischer Reaktionen (Alterung) insbesondere der Strahlflüssigkeit 110,210 unter Schutzgas behandelt werden. In anderen Worten kann in Ausführungsbeispielen das Bauelement unter Schutzgas bestrahlt werden. Strahlsuspension 120, Strahlflüssigkeit 110,210 und/oder Strahlpartikel 240 und/oder Werkstück können in Ausführungsbeispielen auch erwärmt werden. Das Strahlmittel kann in Ausführungsbeispielen auch in einem Kreislauf verwendet werden, ggf. kann dem Wiederverwenden des Strahlmittels in einem Kreislauf in Ausführungsbeispielen auch beispielsweise eine Reinigung oder ein Sieben vorausgehen. In anderen Worten können die Vorrichtungen 100,200 in einem Kreislaufsystem verwendet werden.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die behandelte Oberfläche gleichzeitig durch die Abrasivwirkung des Strahlmittels selbst oder ein zusätzlich beigemischtes, ebenfalls im Strahl mitgeführtes Abrasivmittel (z. B. Keramikpartikel, Glaspartikel oder Granatsand als feines Pulver mit Teilchengrößen um 100 μιη) durch leichten (z. B. Hydroabrasiv-/Tropfenschlag-) Materialabtrag bearbeitet werden, d.h. in Ausführungsbeispielen kann dem Strahlmittel ferner ein Abrasivstoff zugeführt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise anstreben, eine sich an das Strahlen anschließende mechanische Bearbeitung von Funktionsflächen etwa durch Schleifen und/oder Honen zu verringern oder zu vermeiden. Die Verwendung des festen Strahlmittels zur Erhöhung der Druckeigenspannung des Werkstoffs oder Bauelementes einerseits und das Zusetzen des Abrasivstoffs andererseits ermöglicht eine verbesserte Kontrolle über die beiden unterschiedlichen Effekte, so dass eine bessere Prozessökonomie ermöglicht wird.

In der Produktionstechnik und zu Reparatur- bzw. Instandhaltungszwecken stellt sich regelmäßig die Aufgabe, Oberflächen (nach-) zu behandeln, ohne dass dabei eine Verfestigung das wesentliche Ziel bildet. Beispiele solcher Prozesse sind Reinigen, Aufrauen (u. a. für Klebprozesse) oder Entgraten. Auch die vorgeschlagenen Verfahren des Suspensions- und Flüssig-Fest-Injektorstrahlens können z. B. als Reinigungs-, Putz-, Polier-, Verdichtungs- oder Glättungsstrahlen bzw. Strahlspanen (Entgraten) genutzt werden. Hierfür eignen sich bevorzugt die kleineren Partikelgrößen.

Ein Vorteil der Ausführungsbeispiele, die beispielsweise Suspensions- oder Injektorverfestigungsstrahlen verwenden, liegt in einer Verbindung der Wirksamkeit von beispielsweise Kugel- und Flüssigkeitsstrahlen. Durch die Flüssigkeit kann der äußerste Randbereich bis in eine Tiefe von wenigen 10 μηι günstig mit Druckeigenspannungen beaufschlagt werden. Die Verwendung variierender Strahlpartikel kann diese graduierte Einwirkung ebenfalls optimieren und die Gleichmäßigkeit des Strahlergebnisses weiter verbessern. Es ergibt sich so ein Synergieeffekt.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsbeispiele kann im geringeren Energieverlust durch Reibung beim Auftreffen der Strahlpartikel auf die Werkstückoberfläche infolge des flüssigen Zwischenstoffs (z. B. Öl) bestehen. Dies kann zu einem gegenüber ungeschmiertem Kugelstrahlen wirksameren Aufbau von Druckeigenspannungen und niedrigerem Verschleiß (weniger Nachbearbeitung zum Erreichen der Einsatzoberflächenqualität nötig) führen. Auch hier ergibt sich ein Synergieeffekt.

Der Strahlprozess kann bei erhöhter Temperatur von Strahlsuspension bzw. Strahlflüssigkeit und/oder Strahlpartikel, und/oder Werkstück durchgeführt werden. Dadurch kann beispielsweise bei gehärteten Stählen oder Aluminiumlegierungen die Mikro struktur stabilisiert werden, was eine nochmalige Steigerung der Lebensdauer unter zyklischer mechanischer Belastung bewirken kann. Das Werkstück kann auch nach einer Strahlbehandlung bei Raumtemperatur oder erst nach einer sich daran anschließenden mechanischen Oberflächenbearbeitung zur Einstellung einer gewünschten Rauhigkeit für eine gewisse Zeit (z. B. 10 min bis 2 h) mit einem vergleichbaren Effekt (nach-) erwärmt werden. Dies geschieht bevorzugt bei einer Temperatur, bei der es zu keinem nennenswerten Härteverlust kommt.

In Ausführungsbeispielen können beliebige Werkstoffe für das Bauelement vorkommen. Beispielsweise können neben metallischen ebenso andere Werkstoffe, speziell Keramik, behandelt werden. In Ausführungsbeispielen kann durch mechanisches Oberflächen- bzw. Randschichtverfestigen auch die Verschleißfestigkeit erhöht werden. In weiteren Ausführungsbeispielen können weitere Synergieeffekte des Flüssig- und Festbestrahlens ausgenutzt werden. Z. B. kann in Ausführungsbeispielen der Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahl, z. B. beim Inj ektions strahlen zur Beschleunigung der Strahlpartikel genutzt werden, dieser kann aber ebenfalls selbst zum Prozessergebnis beitragen, z. B. bei randnahem Druckeigenspannungs- aufbau, Reibungsminderung, ggf. Erwärmen. Die Strahlflüssigkeit kann die Strahlpartikel mit hoher Geschwindigkeit (Impulsübertrag) zur Werkstückoberfläche führen, die Strahlflüssigkeit kann erwärmt und fokussiert werden.

Bezugszeichenliste

100 Vorrichtung zum Behandeln eines Bauelements 110 Strahlflüssigkeit

115 Einrichtung zum Erzeugen eines Strahlmittels 120 Strahlmittel

130 Suspensionsdüse

140 Verfestigungs strahl

200 Vorrichtung zum Behandeln eines Bauelements 210 Strahlflüssigkeit

215 Eimichtung zum Erzeugen eines Strahlmittels 220 Flüssigkeitsdüse

230 Strahlfokus sierrohr

240 festes Strahlmittel

250 Verfestigungsstrahl