Bei herkömmlichen Verfahren und Einrichtungen zur Beschich- tung von Bohrungen, deren Wandungen dazu plasmagespritzt wer- den, um diese verschleißfest zu machen und gleichzeitig mit hoher Gleitfähigkeit auszustatten, tritt beim praktischen Einsatz der Schicht im Kontakt mit einem Tribologiepartner aufgrund zu geringer Haftfestigkeit infolge von Schichtung- gleichmäßigkeiten eine frühe Überbelastung der Schicht auf, welche hierbei abplatzt oder Rißbildung zeigt. Dies kann zu einem völligen Versagen der betreffenden zusammenwirkenden Funktionsbauteile führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß in relativ einfacher Weise eine ausrei- chende Haltbarkeit der Beschichtung der Bohrungswandung ge- genüber mechanischen Belastungen erreicht werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 7 hinsichtlich der Einrichtung gelöst.

Aufgrund der Bearbeitung der Bohrungswandung mittels Rolldrü- cken werden auch geringe-nicht zur Rauhigkeit des Bohrungs- wandungsmaterials zählende-Unebenheiten der Wandung nivel- liert, wodurch sich der Beschichtungswerkstoffçwesentlich besser und homogener in der Oberfläche der Wandung verkrallen kann, so daß die Haftfestigkeit der Schicht erheblich erhöht wird, was zu einer gesteigerten Haltbarkeit der Beschichtung gegenüber mechanischen Belastungen führt. Einen weiteren Bei- trag zur Haltbarkeit leistet die Gleichmäßigkeit der Schicht- dicke. Durch diese werden zum einen schädliche Scherspannun- gen, die durch den Zug oder Druck des Reibungspartners an der Schicht an Einfallstellen-also Stellen mit verminderter Schichtdicke-verursacht werden, verhindert. Zum anderen wird dadurch vermieden, daß durch den Kontakt des Reibungs- partners mit in den lichten Querschnitt der Bohrung einste- henden übermäßigen Schichtmaterialansammlungen und damit un- zulässig hohen punktuellen mechanischen Beanspruchungen an diesen Stellen Schichtabschnitte herausgelöst werden. Die Be- arbeitung erfolgt rotierend mit gleichzeitigem Axialhub des Werkzeuges längs der zu glättenden Bohrung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran- sprüchen entnommen werden ; im übrigen ist die erfindungsgemä- ße Einrichtung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestell- ter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert ; dabei zeigt : Fig. 1 einen Bearbeitungskopf einer erfindungsgemäßen Roll- drückvorrichtung mit Kugeln als Wälzkörper in einer perspek- tivischen Darstellung, Fig. 2 einen Ausschnitt des Bearbeitungskopfes nach Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt, Fig. 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Bearbeitungs- kopfes mit Walzen als Wälzkörper in einer Draufsicht, Fig. 4 einen Bearbeitungskopf einer erfindungsgemäßen Roll- drückvorrichtung mit Rollierwalzen als Wälzkörper in einer perspektivischen Darstellung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem in den Ausführungsbeispielen nicht gezeigten Werkzeug zur Ausbildung einer Bohrung, beispielsweise eine Gießvorrichtung, ein Frä- ser oder eine Drehvorrichtung, und einer Plasmaspritzvorrich- tung üblicher Bauart. Des weiteren beinhaltet die Einrichtung ein Rolldrückwerkzeug, das sich aus einer motorisch betriebe- nen Bearbeitungsspindel und einem an dieser endseitig befes- tigten Bearbeitungskopf 1 zusammensetzt, wie in Fig. 1 darge- stellt ist.

Der Bearbeitungskopf 1 ist als zylindrischer in seinen Abmes- sungen an die zu bearbeitende Bohrung angepaßter Käfig ausge- bildet, der an seinem Umfang eine Vielzahl von in radialer Richtung des Käfigs offenen Hohlräumen 2 (Fig. 2) aufweist.

In den Hohlräumen 2 sind Wälzkörper in Form von Kugeln 3 freischwimmend aufgenommen, die radial ausstellbar sind und deren Wölbung der der Bohrungswandung angepaßt ist. Die Ku- geln 3 werden hier über ein mit den Hohlräumen 2 verbundenes Leitungssystem fluidisch beaufschlagt, wenn der Bearbeitungs- kopf 1 im Einsatzfall in die Bohrung eingesenkt wird. Dabei werden die Kugeln 3 gemäß der Pfeilrichtung hydraulisch ange- schwemmt und damit zur Bearbeitung in Gebrauchsstellung aus- gestellt. Hierzu sind die Hohlräume 2 derart ausgebildet, daß die Kugeln 3 die Öffnungen 4 der Hohlräume 2 nach außen hin mit jeweils einem sphärischen Abschnitt 5 durchdringen kön- nen. In Gebrauchsstellung werden die Kugeln 3 an der die Öff- nungen 4 umgebenden Hohlraumwandung 6 angepreßt und zwar so, daß sich die Kugeln 3-geschmiert durch die Hydraulikflüs- sigkeit-noch ungehindert in jede Richtung drehen können.

Die Bohrungswandung ist damit nun durch das Rolldrückwerkzeug mechanisch beaufschlagbar. Die Bearbeitung der Bohrungswan- dung mit dem mit den Kugeln 3 ausgestatteten Bearbeitungs- kopf 1 ist verfahrensökonomisch und apparativ geringaufwen- dig. Die Verwendung von Kugeln 3 erbringt den Vorteil, daß die spezifischen auf die Bohrungswandung wirkenden Umform- kräfte lokal relativ hoch sind, jedoch auf die Belastung der Gesamtfläche gesehen wiederum gering. Damit wird eine effek- tive Bearbeitung der Bohrungswandung ermöglicht ohne daß dies an dieser zu einer Rißbildung führt. Vorteilhaft ist es, die Kugeln 3 aus Keramik, beispielsweise aus SiN auszubilden, da dieser Werkstoff sich durch eine hohe Härte, eine hohe Ver- schleißfestigkeit und eine geringe adhäsive Neigung zum me- tallischen gegebenenfalls aus Aluminium bestehenden Wandungs- material auszeichnet. Die Kugeln 3, die einen einheitlichen Durchmesser von 5mm bis 20 mm besitzen, sind am Bearbeitungs- kopf 1 in mehreren nebeneinanderliegenden in Umfangsrichtung des Bearbeitungskopfes 1 verlaufenden Reihen 7 angeordnet sind, wobei die Reihen 7 zueinander versetzt sind. Hierbei werden Resonanzschwingungen bei der Bearbeitung der Bohrungs- wandung durch gegenseitige Auslöschung der Eigenschwingungen der einzelnen Kugeln 3 vermieden, die zu Schäden am Werkzeug und zu Beschädigungen der Bohrungswandung führen würden. Al- ternativ zu den Kugeln 3 können auch als Wälzkörper eine Vielzahl von kurzen tonnenförmigen Walzen 8 zum Einsatz kom- men, deren Längsachsen 9 parallel zur Längsachse 10 der Bear- beitungsspindel liegen (Fig. 3) und die auf dem Umfang des Bearbeitungskopfes 1 versetzt angeordnet sind. Des weiteren sind als Wälzkörper gemäß Fig. 4 auch längliche Rollierwalzen 11 denkbar, die sich jeweils über die Längserstreckung des Bearbeitungskopfes 1 hinweg erstrecken und so an diesem gehalten sind, daß sie die Mantelfläche 12 des Kopfes 1 mit einem Umfangsabschnitt durchragen. Die Ausstellbarkeit der Wälzkörper, die-wie oben beschrieben-fluidisch erfolgt, kann auch mechanisch mittels eines Spreizkegeldorns bewerk- stelligt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Er- findung wird die Bearbeitungsspindel des Rolldrückwerkzeuges von der einer Honmaschine gebildet. Damit kann durch einfa- ches Austauschen des Bearbeitungskopfes 1 für den Honstein im jeweilig anstehenden Bedarfsfall ein Werkzeug eingespart wer- den. Dazu kommt in günstiger Weise, daß man sich mit der Hon- maschine einer bekannten Technik bedient, deren Parameter wie Drehgeschwindigkeit, Hubgeschwindigkeit und die hydraulisch- elektrische Zustellung der Wälzkörper sicher beherrschbar sind.

Im Falle der Verwendung der Bohrungswandung als Zylinderlauf- fläche einer Brennkraftmaschine aus Aluminium-Druckguß erge- ben sich Poren in diesem Wandungswerkstoff mit einer Tiefe bis 0,3mm, vereinzelt sogar bis 1, 2mm, die bei der Beschich- tung mittels Plasmaspritzen zum einen zu einer-über die Zy- linderlauffläche gesehen-ungleichmäßigen Schichtdicke füh- ren. Zum anderen wird durch die Poren die Haftfestigkeit der Schicht verringert. Daher bietet es sich in vorteilhafter Weise an, im gegebenen Anwendungsfall die Rolldrückbearbei- tung vor dem Plasmaspritzen erfolgen zu lassen, da dadurch vorab die Poren durch die mit Anpreßdruck die Bohrungswandung beaufschlagenden Wälzkörper quasi zugeknetet werden und somit die Zylinderlauffläche eine erheblich größere Ebenheit er- hält. Damit vergrößert sich gleichmaßen die Haftfestigkeit der Schicht an der Bohrungswandung als auch die Gleitfähig- keit der Zylinderlauffläche für den Kolbenring des Zylinder- kolbens. Des weiteren kann die Schicht völlig homogen in ih- rer Dicke aufgetragen werden, was die Gleitfähigkeitseigen- schaften erheblich positiv beeinflußt. Zur Vergleichmäßigung der Schichtdicke ist das Rolldrücken auch nach dem Plas- maspritzen möglich. Da die Poren ein Ölrückhaltevolumen für Motoröl bilden, wird durch das Schließen der Poren mittels des Rolldrückens der Ölverbrauch im Motorbetrieb und damit die Schadstoffemission bei der Verbrennung im Zylinder we- sentlich reduziert. Zur Schmierung des Zylinderkolbens bleibt immer noch genügend Öl im Rauhigkeitsprofil der Zylinderlauf- fläche übrig. Weiterhin wird durch das Rolldrücken eine Ober- flächenverfestigung erreicht, was die Festigkeit des Leicht- metalldruckgusses, der wie erwähnt aus Aluminium oder aus Magnesium bestehen kann, und damit der Zylinderlaufbahn stei- gert.

Im Verwendungsfall der Bohrungswandung als Lagerfläche eines Lagerstuhls einer Kurbelwelle oder als Innenfläche eines Pleuelauges einer Brennkraftmaschine ist es zweckmäßig, nach dem Plasmaspritzen die Rolldrückbearbeitung zu beginnen.

Hierbei wird die aufgetragene Schicht, die beim Gleitlager etwa eine Dicke von 200um aufweist, vergleichmäßigt, was die Gleitfähigkeitseigenschaften der Bohrungswandung verbessert, und gleichzeitig durch die Anpressung der Schicht an die Boh- rungswandung durch das Einwirken der Wälzkörper in Anlehnung an das Walzplattieren zur Steigerung der Haftfestigkeit die Verbindung der Schicht mit der Bohrungswandung verstärkt.

Durch die Aufbringung einer in dieser Weise präzisionsumge- formten Schicht können in bauteilsparender und fertigungsto- leranzoptimierter Weise die Lagerschalen ersetzt werden.

Beim Rolldrücken kann für alle Anwendungsbereiche in die Rolldrückvorrichtung eine von der Einrichtung umfaßte Meßvor- richtung, die beispielsweise akustisch, optisch oder taktil arbeitet, integiert werden, welche im Herstellungsprozeß der Bohrung den Durchmesser der Bohrung schrittweise oder konti- nuierlich mißt und bei Erreichen des vorgegebenen Solldurch- messers veranlaßt, daß das Rolldrückwerkzeug funktionslos bzw. abgeschaltet wird. Hierbei wirkt eine Signalverarbeitung der Einrichtung, die ein von der Meßvorrichtung abgegebenes Steuersignal erfaßt und einer Steuerung des Rolldrückwerkzeu- ges zur Beendigung des Rolldrückvorganges zuführt.

Durch die Variierbarkeit der Schichtdicke im u-Bereich durch das Rolldrücken kann die bisherige Vielfalt an Pleuelgrund- körpern und damit an Pleuelklassen entscheidend minimiert werden, da Lagerpaarungen entfallen, die unterschiedlichste pm-Abstimmungen mit der Kurbelwelle aufweisen müssen. Grund- sätzlich sind auch noch andere Anwendungsbereiche für das er- findungsgemäße Verfahren und Einrichtung denkbar, wie bei- spielsweise bei Getriebewellen und Zahnrädern im Achsgetrie- be.