Die Erfindung betrifft einen Nadler zur lokalen Oberflächenbearbeitung, insbesondere Verfestigung, von Bauteilen, sowie ein Verfahren zur lokalen Oberflächenbearbeitung, insbesondere Verfestigung, von Bauteilen, insbesondere von Komponenten eines Flugtriebwerks, mittels eines solchen Nadlers.

Insbesondere zur Verfestigung und Spannungsbeeinflussung von Bauteiloberflächen bei Turbomaschinen wie etwa Schaufeln von Pumpen, Verdichtern und Turbinen ist es bekannt, diese Oberfläche kugelzustrahlen, indem Kugeln mittels Gebläse gegen die Bauteiloberfläche beschleunigt werden und diese beim Auftreffen verformen. Nachteilig erfordert dies - insbesondere die Bevorratung, Beschleunigung und Rückgewinnung der ungebundenen Kugeln - einen hohen apparativen Aufwand, der insbesondere einem mobilen Einsatz entgegensteht. Zudem müssen nicht zu bearbeitende Oberflächenbereiche aufwändig maskiert werden.

Die DE 34 42 089 Cl offenbart einen Nadler, bei dem eine Mehrzahl von in einem Träger geführte Nadeln einzeln elektromagnetisch gegen eine Bauteiloberfläche beschleunigt werden, um ein Kugelstrahlen zu imitieren. Der Träger ist über Elastomer-Schwingelemente an einem Gehäuse gefesselt, so dass er gegenüber diesem unter Beaufschlagung durch ein umlaufendes Elektromagnetfeld eine oszillierende Translationsbewegung ausführt, um eine Überlappung der Na- delauftreffpunkte zu erreichen, wenn das durch einen Roboter geführte Gehäuse relativ zum Bauteil in derselben Stellung fixiert ist. Diese Roboterführung, die infolge der nur geringfügigen Variation der Nadelauftreffpunkte zur Bearbeitung größerer oder beabstandeter Oberflächenbereiche sowie zur Abstützung der Oszillationsbewegung erforderlich ist, steht einem mobilen Einsatz entgegen.

Aus der US 2010/0018272 AI ist es bekannt, die Kugeln an einem Band zu befestigen, welches seinerseits an einem rotierenden, handgeführten Stab befestigt ist. Nachteilig hängt bei einem solchen Handgerät die Beaufschlagung von der Führung des Stabes durch den Bediener ab.

Aus der CH 665 989 A5 ist ein Nadler bekannt, bei dem an Stelle der ungebundenen Kugeln Nadeln, die verschieblich in einem Handgerät geführt sind, gegen die Bauteiloberfläche beschleunigt werden. Um Oberflächenunebenheiten auszugleichen, sind die Nadeln verschieblich in ei- nem Antriebsteil gelagert und an ihrer Rückseite hydraulisch abgestützt. Das gesamte Antriebsteil mit den darin abgestützten Nadeln oszilliert hydraulisch, so dass die einzelnen, durch das Antriebsteil hydraulisch mitgenommenen Nadeln periodisch gegen die Bauteiloberfläche schlagen. Diese Lösung ist dynamisch nicht optimal, da unter anderem stets das gesamte Antriebsteil mitbeschleunigt werden und dabei noch gegen eine Rückstellfeder arbeiten muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die lokale Oberflächenbearbeitung von Bauteilen zu verbessern und insbesondere wenigstens einen der oben genannten Nachteile zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch einen Nadler nach wenigstens einem der unabhängigen Vorrichtungsansprüche bzw. durch ein Verfahren zur lokalen Oberflächenbearbeitung von Bauteilen mittels eines erfindungsgemäßen Nadlers gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei insbesondere die Verwendung eines erfindungsgemäßen Nadlers zur Bearbeitung von Komponenten eines Flugtriebwerks unter Schutz gestellt wird.

Ein erfindungsgemäßer Nadler dient zur lokalen Oberflächenbearbeitung, insbesondere Verfestigung, von Bauteilen, indem ein Strahl-, insbesondere Kugelstrahlprozess durch auf die Oberfläche beschleunigte, geführte Nadeln imitiert wird. Mit besonderem Vorteil wird ein erfindungsgemäßer Nadler zur lokalen, d.h. auf vorgegebene Flächenbereiche beschränkten, Oberflächenbearbeitung, insbesondere Verfestigung, von Bauteilen von Turbomaschinen verwendet. Es ist insbesondere für die Oberflächenbearbeitung von Schaufeln und/oder Strömungskanälen von Pumpen, Verdichtern und Turbinen, vorzugsweise von Flugtriebwerken, geeignet. Vorzugsweise können Komponenten eines Flugtriebwerks, insbesondere Leit- oder Laufschaufeln und/oder ein Schaufelträger bearbeitet werden.

Erster Hauptaspekt

Nach einem ersten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung, der nachfolgend näher erläutert wird, und dessen Merkmale und Aspekte einzeln oder in Kombination vorzugsweise auch mit einem oder mehreren der anderen Hauptaspekte kombiniert sein können, weist ein Nadler einen ein- oder mehrteiligen Träger mit einem oder mehreren Nadelkanälen auf, in dem bzw. denen jeweils eine Nadel in einer Nadelrichtung verschieblich geführt ist. Die Nadel begrenzt jeweils einen Kolbenraum, der durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung vergrößert wird, und einen Gegenkolbenraum, der durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung verkleinert wird. Eine Passage verbindet strömungstechnisch den jeweiligen Kolbenraum mit einem Druckreservoir, in dem, wenigstens im Betrieb, ein Gas, vorzugsweise Luft, oder eine Flüssigkeit unter Überdruck gegenüber der Umgebung oder einem Unter druckreservoir gespeichert ist. Weist der Träger mehrere Nadeln auf, können mehrere, vorzugsweise alle Nadelkanäle durch Passagen mit demselben Druckreservoir verbunden sein. Gleichermaßen können jedoch auch ein oder mehrere Nadelkanäle mit einem ersten Druckreservoir und ein oder mehrere andere Nadelkanäle mit einem zweiten Druckreservoir verbunden sein.

Eine Kontrollventileinrichtung ist, vorzugsweise durch eine Bewegung einer Nadel in der Nadelrichtung, von einem Zustand, in dem der jeweilige Kolbenraum mit dem Druckreservoir strömungstechnisch kommuniziert, in einen Zustand schaltbar, in dem sie die Passage sperrt. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Kontrollventileinrichtung auch in einen Zustand schaltbar, in dem der Kolbenraum mit der Umgebung oder einem Unterdruckreservoir strömungstechnisch kommuniziert.

In dem Zustand, in dem der Kolbenraum mit dem Druckreservoir strömungstechnisch kommuniziert, liegt im Kolbenraum der Überdruck des Druckreservoirs an. Dies treibt die Nadel in Nadelrichtung auf die zu bearbeitende Oberfläche. Wenn, vorzugsweise vor einem vollständigen Nadelhub in Nadelrichtung, der insbesondere formschlüssig durch einen Anschlag begrenzt sein kann, die Kontrollventileinrichtung, bevorzugt selbsttätig durch diese Bewegung der Nadel, die Passage sperrt, vergrößert sich bei trägheitsbedingter Weiterbewegung der Nadel der Kolbenraum weiter, so dass der treibende Druck in dem nun vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen abgeschlossenen Kolbenraum sinkt. Wenn in einer wiederum bevorzugten Weiterbildung, vorzugsweise vor einem vollständigen Nadelhub in Nadelrichtung, die Kontrollventileinrichtung, bevorzugt selbsttätig durch die Weiterbewegung der Nadel, den Kolbenraum strömungstechnisch mit der Umgebung oder einem Unter druckreservoir verbindet, entfällt die treibende Kraft und die Nadel schlägt im Wesentlichen im Freiflug auf die zu bearbeitende Oberfläche und kann im Wesentlichen ungedämpft zurückfedern, was den Kugelstrahlprozess besonders gut nachbildet.

Durch die Bewegung der Nadel in Nadelrichtung verringert sich der Gegenkolbenraum. Dieser kann abgeschlossen sein, so dass ein in ihm eingeschlossenes Gas, vorzugsweise Luft, komprimiert wird und eine sich mit der Bewegung in Nadelrichtung vergrößernde Rückstellkraft auf die Nadel aufprägt, welche diese entgegen der Nadelrichtung zurückzustellen sucht. In einer bevor- zugten Ausführung kommuniziert der Gegenkolbenraum mit einem Druckreservoir, vorzugsweise dem Druckreservoir, mit dem auch der Kolbenraum verbunden ist. Hierzu kann der Gegenkolbenraum strömungstechnisch zwischen dem Druckreservoir und der KontroUventileinrichtung angeordnet sein, so dass er durch deren Umschalten nicht vom Druckreservoir getrennt wird. In einer bevorzugten Ausführung umgibt der Gegenkolbenraum die Nadel als Ringraum. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen gleichbleibende rückstellende Kraft auf die Nadel aufgeprägt werden.

Bevorzugt übersteigt, wenigstens auf einem Teil des Nadelhubs in Nadelrichtung, die in Nadelrichtung treibende Kraft, die der mit dem Druckreservoir kommunizierende Kolbenraum auf die Nadel aufprägt, die entgegengesetzte Rückstellkraft, die der Gegenkolbenraum auf die Nadel aufprägt. Hierzu kann die Projektion senkrecht zur Nadelrichtung der druckbeaufschlagten verschieblichen Fläche des Kolbenraums größer ausgebildet sein als die entsprechende Projektion des Gegenkolbenraums. Kommunizieren der Gegenkolbenraum und, vorzugsweise durch den Gegenkolbenraum, der Kolbenraum mit demselben Druckreservoir, ergibt sich so eine Resultierende, die die Nadel in Nadelrichtung bewegt. Zusätzlich oder alternativ zu dem oben genannten Verhältnis der Projektionen kann in dem Gegenkolbenraum auch ein niedrigerer Druck aufgeprägt sein, etwa, indem der Gegenkolbenraum mit einem Druckreservoir mit niedrigerem Druck kommuniziert.

Bevorzugt wird die KontroUventileinrichtung durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung umgeschaltet. Dies kann steuerungstechnisch, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung einer elektronisch betätigbaren KontroUventileinrichtung, erfolgen. In einer bevorzugten Ausführung wird die KontroUventileinrichtung hingegen mechanisch durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung umgeschaltet.

Hierzu kann die KontroUventileinrichtung ein Schiebeventil aufweisen. Unter einem Schiebeventil wird vorliegend insbesondere eine Anordnung mit einem beweglichen Teil verstanden, das je nach Stellung einen Durchfluss sperrt oder öffnet. In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Passage eine Bohrung in der Nadel. Je nach Position der Nadel in Nadelrichtung kann eine Öffnung dieser Bohrung mit dem Druckreservoir, vorzugsweise mit dem Gegenkolbenraum, kommunizieren oder hiergegen strömungstechnisch abgesperrt sein, indem die Öffnung durch den Nadelkanal, vorzugsweise einen Absatz im Nadelkanal, abgedeckt wird. In einer bevorzug- ten Weiterbildung kommuniziert die Bohrung in einer in Nadelrichtung weiter vorne gelegenen Positionen mit der Umgebung oder einem Unterdruckreservoir, indem der Nadelkanal, insbesondere ein Absatz, die Öffnung in dieser Position wieder freigibt.

In einer bevorzugten Ausführung ist eine Aufstandserfassungseinrichtung vorgesehen, mit der erfassbar ist, ob der Nadler auf einer Oberfläche aufgesetzt ist. Hierzu kann insbesondere in einer Kontaktfläche des Nadlers zum Aufsetzen auf einer Oberfläche ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor, etwa ein Piezosensor, und/oder, ein insbesondere optischer, Abstandssensor angeordnet sein, der aufgrund eines erfassten Druckes bzw. verschwindenden Abstandes erfasst, dass der Nadler aufgesetzt ist. Vorzugsweise sperrt die Aufstandserfassungseinrichtung, insbesondere mechanisch und/oder steuerungstechnisch, eine Passage, vorzugsweise alle Passagen, wenn der Nadler nicht auf einer Oberfläche aufgesetzt ist. Hierdurch kann ein unbeabsichtigtes Nadeln vermieden werden.

In einer bevorzugten Ausführung ist eine Auftrefferfassungseinrichtung vorgesehen, mit der erfassbar ist, ob eine Nadel, vorzugsweise alle Nadeln, auf eine Oberfläche auftreffen. Hierzu kann beispielsweise der Hub der jeweiligen Nadel erfasst werden - ist dieser geringer als ein vollständiger Nadelhub, wird erfasst, dass die Nadel in ihrer Bewegung in Nadelrichtung auf die Oberfläche getroffen ist. In einer bevorzugten Weiterbildung wird zur Erfassung, ob eine Nadel auf eine Oberfläche auftrifft, der Druck im Kolbenraum erfasst. Dieser ändert sich, wie vorstehend beschrieben, mit der Bewegung der Nadel, so dass aus der erfassten Druckänderung die Bewegung der Nadel bestimmt werden kann. In einer bevorzugten Weiterbildung wird hierbei die Frequenz, mit der der Druck im Kolbenraum oszilliert, erfasst und mit einem vorgegebenen Bereich, der vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Druck im Druckreservoir vorgegeben wird, verglichen. Liegt die erfasste Frequenz innerhalb des vorgegebenen Bereiches, wird ein Auftreffen der Nadel auf einer Oberfläche erfasst.

In einer bevorzugten Ausführung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mit der die Bewegung der Nadel in Nadelrichtung gesteuert werden kann. Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch eine Regelung, d.h. die Vorgabe einer Stellgröße unter Berücksichtigung einer rückgeführten Ist-Größe, als Steuerung bezeichnet. Insbesondere kann durch die Steuereinrichtung ein vorgegebener Druck in dem Druckreservoir eingestellt werden, der seinerseits als treibende Kraft die Bewegung der Nadel(n) beeinflusst. Wie einleitend erläutert, weist in einer bevorzugten Ausführung der Träger zwei oder mehr Na- delkanäle auf, in denen jeweils in der vorstehend beschriebenen Weise eine Nadel in einer Nadelrichtung verschieblich geführt ist und durch den Druck in dem durch die Nadel begrenzten Kolbenraum und Gegenkolbenraum in bzw. entgegen der Nadelrichtung bewegt wird. Insbesondere mit der vorstehend erläuterten Ausbildung der Kontrollventileinrichtung als integriertes Schiebeventil können die Nadeln selbstregelnd und unabhängiger voneinander in und entgegen der Nadelrichtung bewegt werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise insbesondere auch eine Bearbeitung unebener Oberflächen.

Wie nachfolgend insbesondere in Hinblick auf den zweiten Hauptaspekt näher erläutert, kann eine Dreheinrichtung zur Drehung des Trägers gegenüber einem Gehäuse des Nadlers zur Verlagerung eines Nadelauftreffpunktes auf der Oberfläche vorgesehen sein. Diesbezüglich wird auf die nachfolgenden Erläuterungen verwiesen. Zusätzlich oder alternativ kann der Träger kippbar um eine zur Nadelrichtung senkrechte Kippachse relativ zu dem Gehäuse gelagert sein. Auf diese Weise kann die Nadelrichtung gegen die Aufstandsnormale bzw. eine Werkzeugachse des Nadlers, insbesondere gegen eine Drehachse einer Dreheinrichtung zur Drehung des Trägers gegenüber einem Gehäuse, variabel gekippt werden. Gleichermaßen kann eine solche Kippung oder Schrägstellung auch fest, insbesondere baulich bedingt, vorgegeben sein, d.h. der Träger relativ zu dem Gehäuse so angeordnet sein, dass die Nadelrichtung gegen die Aufstandsnormale bzw. Werkzeugachse des Nadlers, insbesondere gegen eine Drehachse einer Dreheinrichtung zur Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse, einen festen Winkel aufweist. Dieser feste Winkel oder auch ein maximaler Verstellwinkel eines kippbar gelagerten Trägers beträgt in einer vorteilhaften Weiterbildung höchstens 30°, vorzugsweise höchstens 25°.

Zweiter Hauptaspekt

Nach einem zweiten Hauptaspekt, der nachfolgend näher erläutert wird, und dessen Merkmale und Aspekte einzeln oder in Kombination vorzugsweise auch mit einem oder mehreren der anderen Hauptaspekte kombiniert sein können, weist ein Nadler eine oder mehrere Nadeln auf, die durch einen ein- oder mehrteiligen Träger derart geführt sind, dass sie gegenüber diesem jeweils in einer Nadelrichtung gegen eine zu bearbeitende Oberfläche bewegbar sind. Durch eine Beschleunigungseinrichtung können eine, mehrere oder alle Nadeln dabei einzeln, gekoppelt oder gemeinsam in der Nadelrichtung bewegt werden. Dabei können vorzugsweise zwei oder mehr, insbesondere alle Nadeln (elektro)motorisch, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch, etwa durch Lösen vorgespannter Federn, in der Nadelrichtung gekoppelt sein.

Um Nadeln gemeinsam zu bewegen, können diese lösbar oder unlösbar, insbesondere über einen gemeinsamen Flansch, miteinander verbunden sein. Sie können beispielsweise mit dem Flansch verschweißt, verlötet, verstemmt, verschraubt, verklebt oder integral mit dem Flansch ausgebildet sein.

Je nach Nadelantrieb können zwei oder mehr, insbesondere alle Nadeln beispielsweise steuerungstechnisch gekoppelt bewegt werden. So können beispielsweise Elektromotoren oder - magnete, die verschiedene Nadeln in Nadelrichtung bewegen, insbesondere steuerungstechnisch derart gekoppelt sein, dass diese Nadeln synchron oder in einer vorgegebenen, beispielsweise zeitlich versetzten Abfolge in Nadelrichtung bewegt werden.

In gleicher Weise können zwei oder mehr, insbesondere alle Nadeln beispielsweise magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch gekoppelt bewegt werden. Mechanisch bewegte Nadeln können beispielsweise über entsprechende Mechanismen, etwa Getriebe, Gestänge, Kulissen und dergleichen gekoppelt sein. Insbesondere können sie einzeln gelagert sein und simultan oder in einer vorgegebenen Reihenfolge durch einen Kolben der Beschleunigungseinrichtung beaufschlagt werden.

In einer bevorzugten Ausführung werden mehrere, insbesondere alle Nadeln pneumatisch von demselben Druckreservoir in Nadelrichtung bewegt. Nadel können beispielsweise direkt, vorzugsweise über eine flexible Membran, die durch das Druckreservoir in Nadelrichtung verformt wird, oder durch einen oder mehrere pneumatisch bewegte Kolben in Nadelrichtung bewegt werden. Ein Kolben oder eine Membran kann dabei mit einer oder mehreren Nadel gekoppelt oder von diesen derart entkoppelt sein, dass er die Nadel(n) nur in Nadelrichtung mitnimmt und sich bei einer Bewegung entgegen der Nadelrichtung löst.

Vorzugsweise sind ein in Nadelrichtung vor einem Kolben angeordneter und durch diesen stirnseitig verschieblich begrenzter Kolbenraum oder, insbesondere mit- oder nacheinander, mehrere solche Kolbenräume durch eine Kontrollventileinrichtung wahlweise mit einem Druckreservoir verbind- bzw. von diesem trennbar. Durch die Kontrollventileinrichtung können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Kolbenräume auch zur Entlüftung freigeschaltet, beispielsweise mit der Umgebung oder einem Unterdruckreservoir verbunden werden. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Gegenkolbenräume mit einem Druckreservoir verbunden werden, um den bzw. die Kolben entgegen der Nadelrichtung zurückzustellen. In einer bevorzugten Ausführung ist ein Druckraum, der mittels einer Kontrollventileinrichtung wahlweise mit einem Druckreservoir verbind- bzw. von diesem trennbar und vorzugsweise mit der Umgebung oder einem Unterdruckreservoir verbindbar ist, vorgesehen, der gegenüber den Nadeln durch eine flexible Membran abgedichtet ist, die infolge eines Überdrucks im Druckraum die Nadeln in Nadelrichtung beschleunigt.

Der Träger ist an einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse des Nadlers gelagert, welches vorzugsweise zum Aufsetzen des Gehäuses auf der zu bearbeitenden Oberfläche ausgebildet ist.

Hierzu kann das Gehäuse vorzugsweise entsprechend ausgebildete Kontaktflächen aufweisen, die beispielsweise durch drei nicht kollineare Kontaktpunkte oder drei nicht kollineare, insbesondere konvexe, Kontaktflächen ein statisch stabiles Aufsetzen gewährleisten, und/oder der Form der zu bearbeitenden Oberfläche, zum Beispiel durch eine komplementäre Geometrie, an- gepasst sind. In einer bevorzugten Ausführung weisen die Kontaktflächen einander in Ecken schneidende Kanten auf, indem sie beispielsweise insgesamt eine drei-, vier- oder mehreckige Außenkontur bilden, um so eine höhere Stabilität gegen seitliches Kippen zu erreichen.

Zusätzlich können Kontaktflächen ein die zu bearbeitende Oberfläche im Aufsetzbereich schonendes, insbesondere weiches, Material aufweisen. Insbesondere zu diesem Zweck kann die gesamte Außenkontur des Nadlers oder ein Teil von dieser aus Kunststoff hergestellt sein, indem beispielsweise die entsprechenden Teile, etwa das Gehäuse, aus Kunststoff hergestellt oder mit einer Kunststoffhaut verkleidet sind.

Insbesondere, indem Kontaktflächen ein entsprechendes, reibungsarmes Material wie beispielsweise Kunststoff, Teflon oder dergleichen aufweisen, können in einer bevorzugten Ausführung ein oder mehrere Gleitlager des Gehäuses zum Anordnen auf dem zu bearbeitenden Bauteil vorgesehen sein. Ein solches Gleitlager kann vorteilhafterweise, beispielsweise als am Gehäuse befestigter Ring, austauschbar ausgebildet sein, um bei Verschleiß oder je nach Bauteiloberfläche gegen ein anderes Gleitlager ausgetauscht zu werden. Hierzu kann beispielsweise ein Steck-, Rast-, Schraub- oder Klebeverbindung zwischen Gehäuse und Gleitlager vorgesehen sein. Gleichermaßen können am Gehäuse auch ein oder mehrere Wälz-, insbesondere Kugellager vorgesehen, sein, um das Gehäuse schonend und verschieblich auf einem zu bearbeitenden Bauteil anzuordnen.

Insbesondere durch wenigstens eines dieser Merkmale kann der Nadler in einer bevorzugten Ausführung als Handgerät ausgebildet und verwendet werden.

Gemäß dem zweiten Hauptaspekt ist eine Dreheinrichtung zur Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse vorgesehen, um den bzw. die Nadelauftreffpunkt(e) auf der Oberfläche zu verlagern. Vorzugsweise ermöglicht die Dreheinrichtung eine Umdrehung um wenigstens 180°, vorzugsweise wenigstens 360° und besonders bevorzugt unbeschränkte Umdrehungen um eine Drehachse, vorzugsweise nur in eine Drehrichtung oder in beide Drehrichtungen.

Die Nadelrichtung wenigstens einer, vorzugsweise aller Nadeln weist erfindungsgemäß wenigstens eine Komponente auf, die parallel zu dieser Drehachse des Trägers gegenüber dem Gehäuse ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist dies die einzige Komponente der Nadelrichtung(en), so dass diese - wenigstes im wesentlichen - parallel zu der Drehachse ausgerichtet ist bzw. sind.

Durch diese Drehung des Trägers mit der bzw. den durch ihn geführten Nadel(n) kann vorteilhafterweise auch bei einem handgeführten Nadler weitgehend unabhängig von einer Führung durch den Bediener eine vorgegebene Bearbeitung erfolgen, indem der Bediener das Gehäuse auf der Oberfläche aufsetzt und die Dreheinrichtung durch Drehung des Trägers unter wiederholter, insbesondere mit dieser Drehung gekoppelter Bewegung der Nadel(n) in Nadelrichtung ein gewünschtes Bearbeitungsmuster realisiert. Dabei werden die Auftreffpunkte der Nadel(n) auf der Oberfläche in vorteilhafter Weise variiert. In einer bevorzugten Ausführung kann so ein Trefferbild generiert werden, welches einem Kugelstrahlprozess mit stochastisch variierenden Auftreffpunkten nahe kommt. Um die Auftreffpunkte noch stärker zu variieren, kann vorgesehen sein, dass die Bewegung in Nadelrichtung und die Drehbewegung unabhängig voneinander erfolgt.

Das Trefferbild kann beispielsweise durch entsprechende Koppelung von Drehbewegung und Bewegung in Nadelrichtung und/oder Führung einer Mehrzahl von Nadeln durch den Träger, insbesondere in einer vorgegebenen Matrix, nahezu beliebig vorgegeben werden. Die Matrix kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass die Auftreffpunkte mehrerer oder aller Nadeln in einer Ebene senkrecht zur Drehachse ungleichmäßig, insbesondere stochastisch, oder gleichmäßig, insbesondere äquidistant, verteilt sind, zum Beispiel auf einem oder mehreren Radialstrahlen, die senkrecht auf der Drehachse stehen können, einer oder mehreren Spiralen, die vorzugsweise durch die Drehachse verlaufen, oder schachbrettartig auf einander vorzugsweise rechtwinklig schneidenden Linien.

Vorzugsweise kann hierzu die Matrix, die Synchronisation der Bewegungen verschiedener Nadeln in Nadelrichtung und/oder die, vorzugsweise hiermit gekoppelte, Drehung des Träges variiert bzw. eingestellt werden, um so beispielsweise verschiedene Bearbeitungsmuster, Überdeckungsgrade oder Bearbeitungstiefen zu realisieren.

Der Träger kann ebenfalls (elektro)motorisch, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch bewegt, i.e. gegenüber dem Gehäuse gedreht werden. Um eine Bewegung einer Nadel gegenüber dem Träger und eine Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse zu koppeln, können beispielsweise Nadel- und Trägerantriebe steuerungstechnisch, magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch gekoppelt sein.

In einer bevorzugten Ausführung wird eine Kontrollventileinrichtung durch die Drehung des elektromotorisch bewegten Trägers gegenüber dem Gehäuse geschaltet und aktuiert so Nadeln pneumatisch oder hydraulisch.

In einer anderen bevorzugten Ausführung ist eine Kulissenführung vorgesehen, die mit einer Drehung des Trägers einen Kolben, beispielsweise gegen eine mechanische oder pneumatische Feder, vorspannt bzw. freigibt, so dass er unter Entspannung dieser Vorspannung in Nadelrichtung beschleunigt und die mit ihm gekoppelten oder von ihm entkoppelten, nur nach Aufbrauchen eines Spiels in Nadelrichtung mitbewegten Nadeln beschleunigt.

Insbesondere, um die Nadeln wieder in eine Ausgangslage zurückzustellen, aus der sie in Nadelrichtung beschleunigt werden können, ist in einer bevorzugten Ausführung eine Rückstellein- richtung zur Rückstellung einer Nadel entgegen der Nadelrichtung vorgesehen.

Eine solche RückStelleinrichtung kann beispielsweise durch die Beschleunigungseinrichtung realisiert sein, indem diese gegensinnig (elektro)motorisch, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch beaufschlagt wird und so die mit ihr gekoppelten Nadeln entgegen der Nadelrichtung zurückstellt, indem etwa Elektromagnete gegensinnig betrieben, ein Kolbenraum vom Druckreservoir getrennt und/oder mit einem Unterdruckreservoir verbunden, ein dem Kolbenraum entgegenwirkender Gegenkolbenraum pneumatisch oder hydraulisch, vorzugsweise durch die Kontrollventileinrichtung, beaufschlagt, und/oder ein Kolben durch eine Kulissenführung gegen die Nadelrichtung bewegt wird.

Eine separate RückStelleinrichtung kann beispielsweise Federmittel umfassen, die Nadeln entgegen der Nadelrichtung vorspannen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Nadeln von der Beschleunigungseinrichtung entkoppelt sind, d.h. von dieser nur in Nadelrichtung geführt werden.

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die RückStelleinrichtung - vorzugsweise zusätzlich zu einer Trennung von Kolbenräumen von einem Druckreservoir, Verbinden dieser Kolbenräume mit einem Unterdruckreservoir und/oder von Gegenkolbenräumen mit einem Druckreservoir - eine mechanische Kulisse oder Zwangsführung, die die Nadeln entgegen der Nadelrichtung zurückstellt.

Sofern in einer vorteilhaften Ausführung keine entgegen der Nadelrichtung wirkenden Federmittel vorgesehen sind oder diese wenigstens während einer Beschleunigung einer Nadel in Nadelrichtung gesperrt werden, muss der Nadelantrieb keine entsprechenden Rückstellkräfte überwinden. Er kann damit bei gleicher Baugröße größere Beschleunigungen bzw. gleiche Beschleunigungen bei kleinerer Baugröße realisieren.

In einer bevorzugten Ausführung weisen eine oder mehrere, insbesondere alle Nadeln eine, vorzugsweise abgerundete, Nadelspitze auf, die integral mit der jeweiligen Nadel ausgebildet, insbesondere urgeformt, umgeformt, zerspant oder mit ihr verbunden sein kann, indem beispielsweise eine Kugel, wie sie auch zum Kugelstrahlen verwendet wird, aufgeschweißt, -lötet, -steckt, -klebt oder -sintert ist.

Vorzugsweise sind Nadeln einzeln oder gemeinsam, beispielsweise über einen Flansch verbunden, in einer Gleitlagerung an dem Träger gelagert. Die Gleitlagerung kann beispielsweise durch eine oder mehrere Buchsen, die mit dem Träger verbunden sind, etwa aus Bronze, vorgesehen sein. Gleichermaßen kann beispielsweise ein Stahl- oder Kunststoffbauteil des Trägers mit einer oder mehreren entsprechenden Bohrungen versehen sein, wobei Stahl den Vorteil besserer Wär- mebeständigkeit, Kunststoff den Vorteil besserer Gleitfähigkeit bzw. verminderter Reibung ergeben kann.

In einer bevorzugten Ausführung sind eine oder mehrere, insbesondere alle Nadeln einzeln oder gemeinsam lösbar mit der Beschleunigungseinrichtung verbunden. Beispielsweise kann ein Flansch, an dem die Nadeln befestigt sind, lösbar, vorzugsweise über einen Schnellverschluss, mit einem Kolben der Beschleunigungseinrichtung verbunden sein. Auf diese Weise können durch Austausch des Flansches, insbesondere verschlissene, Nadeln einfach ausgetauscht werden. Vorzugsweise sind verschiedenartige Flansche mit Nadeln vorgesehen, die beispielsweise hinsichtlich ihrer Form und/oder ihres Materials unterschiedlich ausgebildet und/oder in unterschiedlichen Matrizen angeordnet sind, wobei je nach zu bearbeitender Oberfläche ein geeigneter dieser Flansche gewählt wird.

Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere, insbesondere alle Nadeln einzeln oder gemeinsam gelenkig mit der Beschleunigungseinrichtung verbunden. Beispielsweise kann wiederum ein Flansch, an dem die Nadeln befestigt sind, gelenkig mit der Beschleunigungseinrichtung verbunden sein, wobei bevorzugt ein oder mehrere Gelenke in verschiedenen Stellungen arretiert werden können. Auf diese Weise können beispielsweise auch hinterschnitte Oberflächen bearbeitet werden, wobei in wenigstens einer Gelenk(e)stellung wenigstens eine Nadelrichtung eine Komponente aufweist, die wenigstens im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Trägers ausgerichtet ist.

Insbesondere, um auch mit starr mit einem Flansch verbundenen Nadeln optimal unebene, geneigte oder hinterschnittene Oberflächen zu bearbeiten, kann zusätzlich oder alternativ zu einer lösbaren und/oder gelenkigen Verbindung der Nadeln mit der Beschleunigungseinrichtung die Beschleunigungseinrichtung als Ganzes, d.h. zusammen mit den von ihr bewegten Nadeln, lösbar und/oder gelenkig mit dem Gehäuse verbunden sein.

Eine lösbar mit dem Gehäuse verbundene Beschleunigungseinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise den Austausch des Gehäuses, zum Beispiel gegen eines mit anderen Kontaktfiächen, das zur Bearbeitung anderer Oberflächen ausgebildet ist, bzw. der Beschleunigungseinrichtung, beispielsweise gegen eine mit höherem Beschleunigungsvermögen, einem anderen Bewegungstakt und/oder einer anderen Nadelmatrix. Eine gelenkig bzw. verschwenkbar mit dem Gehäuse verbundene Beschleunigungseinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine Verstellung der Nadelrichtung relativ zu einer Kontaktfläche des Gehäuses. So kann in einer bevorzugten Ausführung die Beschleunigungseinrichtung wie eine gelenkig gelagerte Welle relativ zu einer Normalen auf die Ebene durch die Kontaktflä- che(n) oder -punkte des Gehäuses geneigt bzw. verschwenkt werden, d. h. mit dieser Normalen unterschiedliche Winkel einschließen. Vorzugsweise ist die Beschleunigungseinrichtung in einer oder mehreren Stellungen relativ zum Gehäuse fixier- bzw. arretierbar. Gleichermaßen kann eine nicht arretierte Beschleunigungseinrichtung sich bei der Bearbeitung unebener oder geneigter Oberflächen selbsttätig einstellen. Wiederum weist dann in wenigstens einer Gelenkstellung eine Nadelrichtung eine Komponente auf, die wenigstens im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Trägers ausgerichtet ist. Insbesondere ist in einer Gelenkstellung der Beschleunigungseinrichtung die Nadelrichtung - wenigstens im Wesentlichen - parallel zur Drehachse des Trägers.

Die Dreheinrichtung kann ein ein- oder mehrstufiges Getriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe, aufweisen, um eine gewünschte Drehgeschwindigkeit des Trägers gegenüber dem Gehäuse und in einer vorteilhaften Weiterbildung, in der Drehbewegung und Bewegung in Nadelrichtung gekoppelt sind, eine entsprechende Beschleunigung in Nadelrichtung zu realisieren. Insbesondere die Drehung des Trägers ermöglicht es, dass die Nadeln beim nächsten Aufschlag in einer anderen Position auftreffen.

In einer bevorzugten Ausführung weist der mehrteilige Träger ein gegenüber dem Gehäuse drehbares Grundteil und ein gegenüber dem Grundteil drehbares und vorzugsweise in diesem exzentrisch gelagertes Drehteil auf, wobei vorzugsweise wenigstens eine dieser Drehungen durch die Dreheinrichtung bewirkt wird. Die Nadeln sind dann bevorzugt durch das Drehteil geführt, so dass ihre Matrix eine Drehung gegenüber dem Grundteil und eine ihr überlagerte Drehung gegenüber dem Gehäuse ausführt und so ein vorteilhafteres Trefferbild bewirkt. Eine dieser Drehachsen von Grund- bzw. Drehteil bildet dann eine Drehachse, zu der erfindungsgemäß wenigstens eine Komponente einer Nadelrichtung parallel ist, wobei bevorzugt die Drehachsen des Grundteils gegenüber dem Gehäuse und des Drehteils gegenüber dem Grundteil - wenigstens im Wesentlichen - parallel sind.

Bevorzugt weist ein Nadler gemäß dem zweiten Hauptaspekt eine Prüfungseinrichtung zur Prüfung der Bauteiloberfläche auf. Diese kann beispielsweise eine Bildaufnahme- und/oder eine Be- leuchtungseinrichtung umfassen und ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Prüfung der Bau- teiloberfläche in situ, d.h. bei aufgesetztem Nadler, insbesondere während einer Bearbeitung der Oberfläche durch diesen auszuführen. Beispielsweise kann die Prüfungseinrichtung automatisch in vorgegebenen, vorzugsweise einstellbaren, Perioden, etwa Zeitperioden oder Nadelhüben, ein Bild der Oberfläche aufnehmen und dieses in einer bevorzugten Weiterbildung auswerten.

Dritter Hauptaspekt

Nach einem dritten Hauptaspekt, der nachfolgend näher erläutert wird, und dessen Merkmale und Aspekte einzeln oder in Kombination vorzugsweise auch mit einem oder mehreren der anderen Hauptaspekte kombiniert sein können, weist ein erfindungsgemäßer Nadler einen ein- oder mehrteiligen Führungskörper, vorzugsweise aus einem schwereren Material wie insbesondere Metall, auf. In dem Führungskörper sind ein oder vorzugsweise mehrere Nadelkanäle ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführung sind diese Nadelkanäle in einer vorgegebenen Matrix, insbesondere stochastisch, konzentrisch, strahlenförmig, gitterartig oder sprialförmig, angeordnet.

Der bzw. die Nadelkanäle kommunizieren mit einem Fluidreservoir, welches in einer bevorzugten Ausführung eine Flüssigkeit, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit wie etwa ein Hydrau- liköl, enthält. Zusätzlich oder alternativ kann es auch ein Gas enthalten.

Vorzugsweise weist ein Nadelkanal einen gleichbleibenden Querschnitt auf und mündet in dem Fluidreservoir. Durch entsprechende Gestaltung kann jedoch die Fluidkommunikation zwischen Fluidreservoir und Nadelkanal beeinflusst werden. So kann in einer bevorzugten Ausführung eine Blende oder eine Einlaufdüse, insbesondere eine Fase, an der Mündung eines Nadelkanals zum Fluidreservoir vorgesehen sein.

In dem bzw. den Nadelkanälen ist jeweils eine Nadel axial verschieblich und fluiddicht geführt. Dabei können zur Variation der Nadelmatrix Nadelkanäle auch blind, d.h. ohne Nadel, fluiddicht geschlossen werden. Eine fluiddichte, axial verschiebliche Führung kann insbesondere eine oder mehrere elastische Dichtungselemente, insbesondere O-Ringe, Abstreif-, insbesondere Bürstendichtungen und/oder Labyrinthdichtungen aufweisen, wobei Dichtungselemente wie etwa O- Ringe gleichermaßen im jeweiligen Nadelkanal oder auf der jeweiligen Nadel gelagert sein können. In einer bevorzugten Ausführung ragt eine Nadel bei auf das Bauteil aufgesetztem Nadler, wenigstens im Wesentlichen, nicht in das Fluidreservoir. Hierzu kann die Länge eines Nadelkanals gleich oder größer der Länge der darin geführten Nadel sein.

Zur Imitierung des Kugelstrahlprozesses reicht häufig eine Mikrobewegung der Nadeln, die somit während der Bearbeitung auf dem Bauteil verbleiben können und bei impulsartiger Beaufschlagung unter plastischer Mikrodeformation der Bauteiloberfläche in diese eindringen. Verschiebt man anschließend den Nadler auf der Bauteiloberfläche, gleiten die verschieblich geführten Nadeln aus den Mikrovertiefungen und stehen zur neuerlichen Beaufschlagung bereit. Wenn somit in einer bevorzugten Ausführung keine Rückstellmittel zur Rückstellung der Nadeln entgegen ihrer Beschleunigungs- bzw. Bearbeitungsrichtung vorgesehen sind, muss vorteilhafterweise beim Beschleunigen nicht gegen ein solches Rückstellmittel angearbeitet werden. Alternativ kann in einer anderen Ausführung auch ein Rückstellmittel, etwa eine Tellerfeder, vorgesehen sein, die eine Nadel entgegen der Beschleunigungs- bzw. Bearbeitungsrichtung im Nadelkanal zurückstellt und so den freien Beschleunigungsweg der Nadel vor dem Auftreffen auf die Bauteiloberfläche vergrößert.

Gemäß dem dritten Hauptaspekt begrenzt ein bewegliches Stellmittel das Fluidreservoir. Dabei kann es sich insbesondere um einen Kolben handeln, der verschieblich an dem Führungskörper geführt ist und mit seiner Stirnseite das Fluidreservoir fluiddicht abschließt. Gleichermaßen kann es sich um eine flexible Membran handeln, die das Fluidreservoir fluiddicht abschließt.

Wird ein Impuls auf das bewegliche Stellmittel aufgeprägt, überträgt dieses den Impuls auf das Fluid im Fluidreservoir. Dieses überträgt den Impuls seinerseits homogen als Druckstoß auf die Nadel(n) in dem kommunizierenden Nadelkanal bzw. den kommunizierenden Nadelkanälen und beschleunigt diese so gegen die zu bearbeitenden Bauteiloberfläche. Ist das Fluid eine - näherungsweise inkompressible - Flüssigkeit, geschieht dies nahezu verlustfrei. Zudem können Rückwirkungen der Nadeln auf das Stellmittel fluidisch entkoppelt bzw. gedämpft werden. Durch die Vorgabe des hydraulischen Querschnitts der einzelnen Nadelkanäle kann zudem die Kraftverteilung auf die einzelnen Nadeln vorgegeben werden. So können in einer bevorzugten Ausführung durch, insbesondere leicht, voneinander abweichende Kanalquerschnitte die auf die einzelnen Nadeln und die durch diese auf das Bauteil aufgeprägten Kräfte variiert werden, um einen stochastischen Kugelstrahlprozess besser zu imitieren. Vorzugsweise ist ein Aktuator zur Beaufschlagung des Stellmittels vorgesehen, der vorzugsweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch und/oder durch Ultraschall beschleunigbar ist. Der Aktuator kann das Stellmittel direkt beschleunigen, indem dieses beispielsweise als Kolben ausgebildet ist, der zum Beispiel als Anker eines Elektromagneten oder als Kolben eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführung weist der Akuator jedoch einen Hammer auf, welcher, insbesondere mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch und/oder durch Ultraschall, beschleunigbar ist und das Stellmittel beaufschlagt. Der Hammer kann wiederum etwa als Anker eines Elektromagneten oder als Kolben eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinder ausgebildet sein. Ein das Stellmittel kontaktierender, jedoch gegenüber diesem beweglicher bzw. von diesem lösbarer Hammer kann vorteilhafterweise zunächst frei beschleunigt werden und überträgt dann bei Kontakt mit dem Stellmittel seinen dabei aufgebauten Impuls näherungsweise stoßartig auf das Stellmittel, das diesen Impuls, wie vorstehend beschrieben, seinerseits durch das Fluidreservoir auf die Nadeln überträgt. Grundsätzlich ist natürlich auch eine manuelle Beschleunigung des Stellmittels, etwa durch Beaufschlagung eines Kolbens mit einem handgeführten Hammer, möglich.

In einer Ausführung wird der Führungskörper direkt auf der zu bearbeitenden Bauteiloberfläche aufgesetzt und zwischen den einzelnen Nadelbeauschlagungen, insbesondere manuell oder durch einen Manipulator, verschoben, um den Auftreffpunkt der Nadeln zu variieren und so einen lokalen Kugelstrahlprozess zu imitieren. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Führungskörper motorisch, insbesondere elektromotorisch, oder manuell drehbar an einem Gehäuse geführt, das auf der zu bearbeitenden Bauteiloberfläche aufgesetzt wird. So kann in kinematisch vorteilhafter Weise das Auftreffbild variiert werden.

Vorzugsweise ist eine bauteilschonende Kontaktfläche zum Aufsetzen auf ein zu bearbeitendes Bauteil vorgesehen. Hierzu ist wenigstens der auf das Bauteil aufzusetzende Teil des Nadlers vorzugsweise aus Kunststoff, Gummi oder dergleichen ausgebildet. Insbesondere kann ein Aufsetzring aus Kunststoff vorgesehen sein, der, vorzugsweise auswechselbar, an dem Führungskörper oder einem Gehäuse befestigt ist. Dies gestattet es vorteilhaft, den Führungskörper bzw. das Gehäuse selber aus einem anderen Material, insbesondere Metall, herzustellen, welches aufgrund seines spezifischen Gewichts und seiner Festigkeit dynamisch und hinsichtlich der Lagerung der Nadeln vorteilhaft ist. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, den Führungskörper bzw. das Gehäuse selber aus Kunststoff, Gummi oder dergleichen herzustellen. Vierter Hauptaspekt

Nach einem vierten Hauptaspekt, der nachfolgend näher erläutert wird, und dessen Merkmale und Aspekte einzeln oder in Kombination vorzugsweise auch mit einem oder mehreren der anderen Hauptaspekte kombiniert sein können, weist ein Nadler eine oder mehrere Nadeln auf, die durch einen ein- oder mehrteiligen Träger derart geführt sind, dass sie gegenüber diesem jeweils in einer Nadelrichtung gegen eine zu bearbeitende Oberfläche bewegbar sind. Eine, mehrere oder alle Nadeln können dabei einzeln oder gemeinsam vorzugsweise (elektro)motorisch, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch, etwa durch Lösen vorgespannter Federn, in der Nadelrichtung bewegt werden.

Je nach Nadelantrieb können zwei oder mehr, insbesondere alle Nadeln beispielsweise steuerungstechnisch gekoppelt bewegt werden. So können beispielsweise Elektromotoren oder - magnete, die verschiedene Nadeln in Nadelrichtung bewegen, insbesondere steuerungstechnisch derart gekoppelt sein, dass diese Nadeln synchron oder in einer vorgegebenen, beispielsweise zeitlich versetzten Abfolge in Nadelrichtung bewegt werden.

In gleicher Weise können zwei oder mehr, insbesondere alle Nadeln beispielsweise magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch gekoppelt bewegt werden. Mechanisch bewegte Nadeln können beispielsweise über entsprechende Mechanismen, etwa Getriebe, Gestänge, Kulissen und dergleichen gekoppelt sein.

In einer bevorzugten Ausführung werden mehrere, insbesondere alle Nadeln pneumatisch von demselben Druckreservoir in Nadelrichtung bewegt. Zusätzlich oder alternativ sind vorzugsweise ein in Nadelrichtung vor einem Nadelkolben einer Nadel angeordneter und durch diesen stirnseitig verschieblich begrenzter Nadelkolbenraum oder, insbesondere mit- oder nacheinander, mehrere solche Nadelkolbenräume durch eine Kontrollventileinrichtung wahlweise mit einem Druckreservoir verbind- bzw. von diesem trennbar. Durch die Kontrollventileinrichtung können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Nadelkolbenräume auch zur Entlüftung freigeschaltet, beispielsweise mit der Umgebung oder einem Unterdruckreservoir verbunden werden.

Der Träger ist in einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse des Nadlers gelagert, welches vorzugsweise zum Aufsetzen des Gehäuses auf der zu bearbeitenden Oberfläche ausgebildet ist. Hierzu kann das Gehäuse vorzugsweise entsprechend ausgebildete Kontaktflächen aufweisen, die beispielsweise durch drei nicht kollineare Kontaktpunkte oder drei nicht kollineare, insbesondere konvexe, Kontaktflächen ein statisch stabiles Aufsetzen gewährleisten, der Form der zu bearbeitenden Oberfläche, zum Beispiel durch eine komplementäre Geometrie, angepasst sind, und/oder ein die zu bearbeitende Oberfläche im Aufsetzbereich schonendes, insbesondere weiches, Material aufweisen.

Insbesondere hierdurch kann der Nadler in einer bevorzugten Ausführung als Handgerät ausgebildet und verwendet werden.

Gemäß dem vierten Hauptaspekt ist eine Dreheinrichtung zur Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse vorgesehen, um den bzw. die Nadelauftreffpunkt(e) auf der Oberfläche zu verlagern. Vorzugsweise ermöglicht die Dreheinrichtung eine Umdrehung um wenigstens 180°, vorzugsweise wenigstens 360° und besonders bevorzugt unbeschränkte Umdrehungen um eine Drehachse, vorzugsweise nur in eine Drehrichtung. Zu der Drehachse können in einer bevorzugten Ausführung die Nadelrichtung(en) - wenigstens im Wesentlichen - radial bzw. senkrecht ausgerichtet sein. Vorzugsweise bildet die Kontrollventileinrichtung zugleich die Drehachse für den Träger.

Durch diese Drehung des Trägers mit der bzw. den durch ihn geführten Nadel(n) kann vorteilhafterweise auch bei einem handgeführten Nadler weitgehend unabhängig von einer Führung durch den Bediener eine vorgegebene Bearbeitung erfolgen, indem der Bediener das Gehäuse auf der Oberfläche aufsetzt und die Dreheinrichtung durch Drehung des Trägers unter wiederholter, insbesondere mit dieser Drehung gekoppelter Bewegung der Nadel(n) in Nadelrichtung ein gewünschtes Bearbeitungsmuster realisiert.

Dieses kann beispielsweise durch entsprechende Koppelung von Drehbewegung und Bewegung in Nadelrichtung und/oder Führung einer Mehrzahl von Nadeln durch den Träger, insbesondere in einer vorgegebenen, vorzugsweise spiralförmigen, Matrix, nahezu beliebig vorgegeben werden. In einem bevorzugten Bearbeitungsmuster können Nadelauftreffpunkte zum Beispiel auf einer, insbesondere geraden, Bahn mit einem vorgegebenen Abstand zueinander auf der Oberfläche liegen, wobei dieser Abstand kleiner als ein Durchmesser der Nadeln oder der durch die Nadeln verursachten Verformungen sein kann, so dass sich die Verformungen durch verschiedene Nadelauftreffpunkte wenigstens teilweise überdecken. Gleichermaßen ist es auch möglich, den Abstand größer zu wählen, um eine geringfügigere und raschere Oberflächenbearbeitung zu erreichen. Bevorzugt entspricht der Abstand zwischen benachbarten Nadelauftreffpunkten des Be- arbeitungsmusters, das sich infolge der Matrix der Nadeln gegenüber dem Träger, der Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse und/oder einer damit gekoppelten Bewegung der Nadel(n) in Nadelrichtung einstellt, - wenigstens im Wesentlichen - dem, insbesondere mittleren, Durchmesser der in diesen Nadelauftreffpunkten auftreffenden Nadeln oder der durch diese bewirkten Verformungen. Vorzugsweise kann hierzu die Matrix, die Synchronisation der Bewegungen verschiedener Nadeln in Nadelrichtung und/oder die, vorzugsweise hiermit gekoppelte, Drehung des Träges variiert bzw. eingestellt werden, um so beispielsweise verschiedene Bearbeitungsmuster, Überdeckungsgrade, oder Bearbeitungstiefen zu realisieren.

Der Träger kann ebenfalls (elektro)motorisch, (elektro)magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch bewegt, i.e. gegenüber dem Gehäuse gedreht werden. Um eine Bewegung einer Nadel gegenüber dem Träger und eine Drehung des Trägers gegenüber dem Gehäuse zu koppeln, können beispielsweise Nadel- und Trägerantriebe steuerungstechnisch, magnetisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch gekoppelt sein. In einer bevorzugten Ausführung wird eine Kontrollventileinrichtung durch die Drehung des elektromotorisch bewegten Trägers gegenüber dem Gehäuse geschaltet und aktuiert so Nadeln pneumatisch oder hydraulisch.

Insbesondere, um die Nadeln wieder in eine Ausgangslage zurückzustellen, aus der sie in Nadelrichtung beschleunigt werden können, ist in einer bevorzugten Ausführung eine Rückstellein- richtung zur Rückstellung einer Nadel entgegen der Nadelrichtung vorgesehen. Eine solche RückStelleinrichtung kann beispielsweise eine gegensinnige (elektro)mo torische,

(elektro)magnetische, pneumatische, hydraulische und/oder mechanische Beaufschlagung entgegen der Nadelrichtung aufweisen, indem etwa Elektromagnete gegensinnig betrieben, der Nadelkolbenraum vom Druckreservoir getrennt und/oder mit einem Unterdruckreservoir verbunden, oder ein dem Nadelkolbenraum entgegenwirkender Gegenkolbenraum pneumatisch oder hydraulisch, vorzugsweise durch die Kontrollventileinrichtung, beaufschlagt wird. Eine mechanische Beaufschlagung kann beispielsweise Federmittel umfassen, die Nadeln entgegen der Nadelrichtung vorspannen.

In einer bevorzugten Ausführung umfasst die RückStelleinrichtung - vorzugsweise zusätzlich zu einer Trennung von Nadelkolbenräumen von einem Druckreservoir, Verbinden dieser Nadelkolbenräume mit einem Unterdruckreservoir und/oder von Gegenkolbenräumen mit einem Druckre- servoir - eine mechanische Kulisse oder Zwangsführung, die die Nadeln entgegen der Nadelrichtung zurückstellt.

Bei sperrbarer, insbesondere pneumatischer und/oder hydraulischer, Aktuierung der Nadeln können diese während einer Drehung des Trägers mit gesperrter Aktuierung in Nadelrichtung in vorteilhafter Weise ohne oder unter geringer Kraft in Nadelrichtung verharren und so einen Reib- schluss und damit verbundenen Verschleiß an Nadeln bzw. Gehäuse verringern.

Sofern in einer vorteilhaften Ausführung keine entgegen der Nadelrichtung wirkenden Federmittel vorgesehen sind oder diese wenigstens während einer Beschleunigung einer Nadel in Nadelrichtung gesperrt werden, muss der Nadelantrieb keine entsprechenden Rückstellkräfte überwinden. Er kann damit bei gleicher Baugröße größere Beschleunigungen bzw. gleiche Beschleunigungen bei kleinerer Baugröße realisieren.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

Fig. 1A - IC einen Teil eines Nadlers nach einer Ausführung gemäß dem ersten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt längs einer Nadelrichtung in unterschiedlichen Zuständen;

Fig. 2 einen Nadler nach einer ersten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt längs einer Drehachse;

Fig 3A, 3B jeweils eine Draufsicht auf einen Flansch mit einer Nadelmatrix von einer zu bearbeitenden Oberfläche aus gesehen;

Fig 4 einen Nadler nach einer zweiten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in Fig. 2 entsprechender Darstellung;

Fig 5 einen Nadler nach einer dritten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in Fig. 2 entsprechender Darstellung;

Fig 6 einen Nadler nach einer Ausführung gemäß dem dritten Hauptaspekt der

liegenden Erfindung im Querschnitt;

Fig 7 einen Nadler nach einer Ausführung gemäß dem vierten Hauptaspekt in einem

Schnitt längs der Linie I-I in Fig. 8; und Fig. 8 den Nadler der Fig. 7 in einem Schnitt längs der dortigen Linie II-II.

Fig. 1A - IC zeigen einen Teil eines Nadlers nach einer Ausführung gemäß dem ersten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt längs einer Nadelrichtung (von oben nach unten in Fig. 1) in unterschiedlichen Zuständen.

Der Nadler weist einen mehrteiligen Träger mit einem Trägergrundkörper 2 und daran fest oder lösbar befestigten einzelnen Zylindern 400 auf, von denen in Fig. 1 zur besseren Übersichtlichkeit nur ein Zylinder dargestellt ist. Der Trägergrundkörper 2 kann seinerseits mit einem Ring 1 ' kippbar und durch eine Dreheinrichtung 8 drehbar in einem Gehäuse 1 angeordnet sein, wie dies nachfolgend mit Bezug auf den zweiten Hauptaspekt anhand der Fig. 2 bis 6 erläutert wird, so dass bezüglich dieser Merkmale auf die dortigen Erläuterungen verwiesen werden darf. In einer nicht dargestellten Abwandlung können die Zylinder 400 auch integral mit dem Trägergrundkörper 2 ausgebildet sein.

In jedem Zylinder 400 ist ein beidseitig offener Nadelkanal ausgebildet, in dem eine Nadel 7.1 in Nadelrichtung verschieblich geführt ist. Ein ringförmiger Absatz 407 (vgl. Fig. 1B) führt zusammen mit einem in Nadelrichtung hinteren Endringflansch der Nadel 7.1 die Nadel in dem Nadelkanal und begrenzt gleichzeitig mit diesem als Anschlag einen vollständigen Nadelhub.

Das in Nadelrichtung hintere Ende des Nadelkanals (oben in Fig. 1) ist durch einen Stopper 408, der eine Einfahrbewegung der Nadel 7.1 entgegen der Nadelrichtung als Anschlag begrenzt, gasdicht verschlossen. Der Stopper 408 wird durch eine Endkappe 401 und ein zwischen Stopper und Endkappe komprimiertes Gummikissen auf den Zylinder 400 gepresst. Auf diese Weise begrenzt die in Nadelrichtung hintere Stirnseite (oben in Fig. 1) der Nadel 7.1 als verschiebliche Wand einen Kolbenraum 406 (vgl. Fig. 1B), der durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung vergrößert wird.

Zwischen dem Endringflansch der Nadel 7.1 und dem ringförmigen Absatz 407 ist ein ringförmiger Gegenkolbenraum 404 ausgebildet, der die Nadel 7.1 umgibt und durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung verkleinert wird.

Eine Bohrung 403 in dem Zylinder 400 sowie eine Bohrung 405 in der Nadel 7.1 bilden zusammen mit diesem Gegenkolbenraum 404 eine Passage, die strömungstechnisch den Kolbenraum 406 mit einem Druckreservoir 402 verbindet. Das Druckreservoir kann beispielsweise eine Druckluftquelle umfassen, die über Schläuche mit Bohrungen in den jeweiligen Endkappe 401 verbunden sind (nicht dargestellt). In der Druckluftquelle kann ein Steuerventil vorgesehen sein, welches als Steuereinrichtung einen vorgegebenen Druck in dem Druckreservoir einstellt.

In einer in Fig. 1 A dargestellten oberen Endstellung kommuniziert der Kolbenraum 406 über die Passage mit dem Druckreservoir 402, so dass im Kolbenraum 406 und Gegenkolbenraum 404 der Überdruck des Druckreservoirs anliegt. Da die Projektion senkrecht zur Nadelrichtung der druckbeaufschlagten verschieblichen Fläche des Kolbenraums 406 (in Fig. 1 die horizontale Querschnittsfläche) größer ausgebildet ist als die entsprechende Projektion des Gegenkolbenraums 404, übersteigt in diesem Zustand die in Nadelrichtung treibende Kraft, die der mit dem Druckreservoir kommunizierende Kolbenraum 406 auf die Nadel aufprägt, die entgegengesetzte Rückstellkraft, die der Gegenkolbenraum 404 auf die Nadel aufprägt. Dies treibt die Nadel in Nadelrichtung auf die zu bearbeitende Oberfläche (Fig. 1A— > Fig. 1B).

Wie aus der Figurenfolgen Fig. 1A— > Fig. 1B erkennbar, bilden die Öffnung der Bohrung 405 in der Nadel und der Absatz 407 im Nadelkanal eine selbsttätige Kontrollventileinrichtung in Form eines Schiebeventils, das je nach Stellung die Passage sperrt (Fig. 1B) oder öffnet (Fig. 1A), und das mechanisch durch eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung umgeschaltet wird. Sobald das Schiebeventil die Passage zwischen Kolbenraum 406 und Druckreservoir 402 bzw. dem damit verbundenen Gegenkolbenraum 404 sperrt (Fig. 1B), reduziert sich infolge der Bewegung in Nadelrichtung der im Kolbenraum 406 herrschende, die Nadel treibende Druck, während eine nahezu konstante Rückstellkraft auf die Nadel 7.1 wirkt, die aus dem Druck im Gegenkolbenraum 404 und der Projektion senkrecht zur Nadelrichtung der druckbeaufschlagten verschieblichen Fläche des Gegenkolbenraums 404 resultiert.

Bewegt sich die Nadel 7.1 trägheitsbedingt noch weiter in Nadelrichtung (Fig. 1B— > Fig. IC), verbindet die Kontrollventileinrichtung den Kolbenraum 406 strömungstechnisch mit der Umgebung, wenn die Öffnung der Bohrung 405 in der Nadel den Absatz 407 überfahren hat (vgl. Fig. IC). Hierdurch entfällt die treibende Restkraft und die Nadel 7.1 schlägt im Wesentlichen im Freiflug auf die zu bearbeitende Oberfläche. Von dieser kann sie im Wesentlichen ungedämpft zurückfedern, was den Kugelstrahlprozess besonders gut nachbildet. Dabei unterstützt die Rückstellkraft, die der Gegenkolbenraum 404 auf die Nadel ausübt, diese Bewegung entgegen der Nadelrichtung, so dass die Nadel wieder in ihre in Fig. 1 A dargestellte obere Endstellung zurückkehrt. Sobald das Schiebeventil den Kolbenraum 406 von der Umgebung trennt (Fig. IC— > Fig. 1B) und wieder mit dem Druckreservoir 402 verbindet (Fig. 1B— > Fig. 1 A), bremst der Druck im Kolbenraum 406 diese Rückstellbewegung, so dass die Nadel 7.1 gedämpft auf den Stopper 408 trifft. Anschließend treibt diese Kraft, die in diesem Zustand die Rückstellkraft übersteigt, die Nadel erneut in Nadelrichtung, so dass sich eine selbstregelnde oszillierende Bewegung der Nadel in Nadelrichtung einstellt, deren Frequenz von dem durch die Steuereinrichtung vorgegebenen Druck im Druckreservoir abhängt.

Da die einzelnen Nadeln unabhängig voneinander selbstregelnd nadeln, kann ein lokal begrenzter Kugelstrahlprozess auch auf unebenen Oberflächen sehr gut nachgebildet werden.

Wie vorstehend erwähnt, kann der Nadler im Übrigen vorteilhafterweise gemäß dem zweiten Hauptaspekt ausgebildet sein, der nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 näher erläutert wird. Dabei kann in dem Kunststoffring 9 oder zwischen diesem und dem Gehäuse 1 (vgl. Fig. 2, 4, 5) eine Aufstandserfassungseinrichtung vorgesehen sein, mit der erfassbar ist, ob der Nadler auf einer Oberfläche aufgesetzt ist. Die Aufstandserfassungseinrichtung kann insbesondere einen oder mehrere Drucksensoren und/oder Abstandssensoren aufweisen und aufgrund eines erfassten Druckes bzw. verschwindenden Abstandes erfassen, dass der Nadler aufgesetzt ist. Die Aufstandserfassungseinrichtung sendet ein entsprechendes Signal an das Steuerventil des Druckreservoirs, so dass steuerungstechnisch alle Passagen zu den Kolbenräumen gesperrt sind, solange der Nadler nicht auf einer Oberfläche aufgesetzt ist.

Insbesondere zur Kontrolle kann eine Auftrefferfassungseinrichtung vorgesehen sein, mit der erfassbar ist, ob die Nadeln auf eine Oberfläche auftreffen. Hierzu wird Druck in einem oder mehreren Kolbenräumen 406 erfasst. Dieser ändert sich, wie vorstehend beschrieben, mit der Bewegung der Nadeln, so dass aus der erfassten Druckänderung die Bewegung der Nadel bestimmt werden kann. Insbesondere wird die Frequenz, mit der der Druck im Kolbenraum 406 oszilliert, erfasst und mit einem vorgegebenen Bereich, der in Abhängigkeit von dem Druck im Druckreservoir vorgegeben wird, verglichen. Liegt die erfasste Frequenz innerhalb des vorgegebenen Bereiches, wird ein Auftreffen der Nadel auf einer Oberfläche erfasst. Fig. 2 zeigt einen Nadler nach einer ersten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in eine Längsschnitt.

Der Nadler weist ein im wesentlichen rohrförmiges Stahl- oder Kunststoffgehäuse 1 auf, dessen stirnseitige Kontaktfiäche (unten in Fig. 2) durch einen aufgesteckten Kunststoffring 9 gebildet ist, der seinerseits ein Gleitlager zum Anordnen des Gehäuses auf einer zu bearbeitenden Oberfläche (nicht dargestellt) bildet. In nicht dargestellten Abwandlungen kann der Kunststoffring eine rechteckige Außenkontur aufweisen, um die Kipppstabilität um die in Fig. 2 vertikale Achse zu erhöhen. Gleichermaßen kann er beispielsweise drei nicht kollineare Kugeln zur Bildung eines Wälzlagers gegenüber der zu bearbeitenden Oberfläche lagern.

In dem Gehäuse 1 ist ein Grundkörper 2 eines Trägers drehbar um die in Fig. 2 strich- doppelpunktiert angedeutete Drehachse gelagert. An ihm ist eine CCD-Kamera 10 befestigt, die sich mit dem Träger mitdreht und so im Betrieb Bilder der zu bearbeitenden Oberfläche aufnimmt und an eine Bildausgabeeinrichtung, zum Beispiel einen Monitor, und/oder eine Bildve- rarbeitungs- bzw. -auswertesoftware überträgt (nicht dargestellt).

In dem Grundkörper 2 ist drehbar ein Drehteil 3 des Trägers exzentrisch gelagert, so dass seine in Fig. 2 strich-punktiert angedeutete Drehachse parallel zu der Drehachse des Grundkörpers 2 ausgerichtet ist, mit dieser jedoch nicht fluchtet.

In dem Grundkörper 2 ist weiterhin exzentrisch ein Zahnrad 8 eines Getriebes gelagert, welches über einen nicht dargestellten Elektromotor antreibbar ist. Seine Verzahnung 8.1 greift einerseits in eine Innenverzahnung 1.1 des Gehäuses und andererseits in eine Außenverzahnung 3.1 des Drehteils 3 ein. Durch dieses mehrstufige Getriebe dreht der Elektromotor einerseits das Grundteil 2 gegenüber dem Gehäuse 1 und andererseits gekoppelt hiermit das Drehteil 3 gegenüber dem Grundteil 2, wobei durch entsprechende Verzahnungen 1.1, 3.1 und 8.1 gewünschte, gekoppelte Drehgeschwindigkeiten vorgegeben werden können.

Durch diese gekoppelten Drehungen variieren die Nadelauftreffpunkte von Nadeln 7.1, 7.9 in einer dem Kugelstrahlen ähnlichen Weise, wenn die Nadeln, wie nachfolgend beschrieben, mehrfach gegen die zu bearbeitenden Oberfläche bewegt werden. Durch die Anordnung der Nadeln in einer Matrix kann dieses Trefferbild beeinflusst werden. Fig. 3A, 3B zeigen in einer Sicht von unten in Fig. 2 auf einen nachfolgend beschriebenen Flansch 7 verschiedene Anordnungsmatrizen, wobei in Fig. 3A die Nadeln auf Radialstrahlen durch die Drehachse angeordnet sind, in Fig. 3B auf Spiralen durch die Drehachse. In nicht dargestellten Abwandlungen können die Nadeln beispielsweise stochastisch oder auf einander rechtwinklig schneidenden Strahlen angeordnet sein und/oder einen konstanten oder variierenden Abstand voneinander aufweisen.

Die Nadeln 7.1, 7.9 sind, wie bereits erwähnt, an einem Flansch 7 befestigt, beispielsweise mit diesem verschweißt oder -lötet oder aber in Richtung ihrer Längserstreckung federnd (nicht dargestellt). Der Flansch 7 ist mit einem Kolben 4 einer pneumatischen Beschleunigungseinrichtung über einen mehrteiligen Stößel 4.1, 4.2 verbunden, dessen Teile 4.1, 4.2 in einem Gelenk 4.3 lös- und in verschiedenen Stellungen arretierbar verbunden sind, in denen die Nadellängsrichtung mit der Stößellängsrichtung unterschiedliche Winkel einschließt.

In einer in Fig. 2 doppel-strichpunktiert angedeuteten Abwandlung ist statt einer gelenkigen Verbindung 4.3 des Flansches 7 mit der Beschleunigungseinrichtung diese als Ganzes gelenkig bzw. schwenkbar mit dem Gehäuse verbunden.

Hierzu ist ein Ring 1 ', in dem die Beschleunigungseinrichtung wie vorstehend mit Bezug auf das Gehäuse 1 erläutert, drehbar gelagert ist, seinerseits um wenigstens eine Achse, die vorzugsweise senkrecht auf der Drehachse der Beschleunigungseinrichtung (d. h. senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 2) steht, schwenkbar in dem Gehäuse 1 gelagert. Dabei kann der Ring 1 ' entweder in einer oder mehreren Stellungen arretierbar oder frei beweglich gelagert sein.

Während bei der zuerst beschriebenen Variante mit einer gelenkigen Verbindung 4.3 des Flansches 7 mit dem Stößel 4.1 die Nadeln vorteilhafterweise federnd bzw. nachgiebig an den Flansch befestigt sein können, ist es bei der doppel-strichpunktierten Variante 1 ' bevorzugt, dass die Nadeln starr bzw. fest mit dem Flansch verbunden, also beispielsweise verschweißt oder - lötet sind. Dabei kann der Flansch 7 lösbar oder starr mit dem Stößel 4.1 verbunden sein. Gleichermaßen kann auch der Ring 1 ' und mit ihm die in ihm gelagerte Beschleunigungseinrichtung lösbar an dem Gehäuse befestigt sein. Der Kolben 4 gleitet in Nadelrichtung (von oben nach unten in Fig. 2) in einem Kolberaum 5A und in einem Gegenkolbenraum 5B und begrenzt diese Räume gegensinnig jeweils stirnseitig. Beide Kolbenräume 5A, 5B kommunizieren über ein Zwei- Wege-Schaltventil 6 wähl- und wechselweise mit einem Überdruckreservoir i bzw. einem Umgebungs- oder Unterdruckreservoir po. Das Schaltventil 6, das eine Kontrollventileinrichtung im Sinne der Erfindung bildet, wird in nicht dargestellter Weise durch eine Drehbewegung des Trägers gegenüber dem Gehäuse oder einer Bewegung des Kolbens 4 geschaltet. Eine Schaltung durch die Bewegung des Kolbens bewirkt vorteilhaft eine von der Drehbewegung des Trägers unabhängige Bewegung des Kolbens 4 und der damit verbundenen Nadeln 7.1, 7.9 in Nadelrichtung und nähert so das Trefferbild noch stärker dem herkömmlichen stochastischen Kugelstrahlen an.

In der dargestellten Schaltstellung kommuniziert der Kolbenraum 5 A mit dem Überdruckreservoir pi und treibt den Kolben 4 in Nadelrichtung, der Luft aus dem Gegenkolbenraum 5B in die Umgebung po schiebt. Nach dem Umschalten kommuniziert der Gegenkolbenraum 5B mit dem Überdruckreservoir pi und treibt den Kolben 4 entgegen der Nadelrichtung, der Luft aus dem Kolbenraum 5A in die Umgebung p ₀ schiebt. Auf diese Weise oszillieren der Kolben 4, der mit ihm lösbar und arretierbar gelenkig verbundene Flansch 7 und somit die Nadeln 7.1, 7.9 in Nadelrichtung, treffen dabei auf die zu bearbeitende Oberfläche und verformen diese dabei plastisch unter Aufprägung gewünschter Spannungen, so dass diese verfestigt wird. Der Kolbenweg, insbesondere die Kolbenräume 5A, 5B sind dabei vorzugsweise so abgestimmt, dass der Kolben ungefähr bis zum Auftreffen der Nadeln auf die Bauteiloberfläche in Nadelrichtung beschleunigt und ungefähr nach der Impulsübertragung entgegen der Nadelrichtung zurückgestellt wird. In einer nicht dargestellte Abwandlung kann die Kontrollventileinrichtung 6 beispielsweise vor dem Auftreffen den Kolbenraum 5A vom Überdruckreservoir pi trennen, so dass die Nadeln 7.1, 7.9 freifliegend auf die zu bearbeitenden Oberfläche treffen.

Fig. 4 zeigt in Fig. 2 entsprechender Darstellung einen Nadler nach einer zweiten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung. Mit der ersten Ausführung übereinstimmende oder analoge Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zur ersten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt eingegangen wird. Zum einen weist die Dreheinrichtung in der zweiten Ausführung nur ein einstufiges Getriebe auf, welches durch das Zahnrad 8 realisiert wird, das in dem einteiligen Träger 2 gelagert ist und diesen vermittels Eingriff in die Innenverzahnung 1.1 um seine Drehachse dreht. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in Getrieben einer Dreheinrichtung gemäß der Erfindung anstelle von Innen- auch Außenverzahnungen vorgesehen sein können. Dieser einstufige Aufbau ist konstruktiv einfacher und stabiler, allerdings variieren die Nadelauftreffpunkte infolge der Drehung des einteiligen Trägers mit nur einem Freiheitsgrad gegenüber dem Gehäuse weniger stark.

Anstelle der pneumatischen Beschleunigungseinrichtung der ersten Ausführung ist bei der zweiten Ausführung eine mechanische Beschleunigungseinrichtung vorgesehen. Hierzu weist ein bezüglich der Drehachse des Trägers 2 exzentrisch angeordneter Kolben 40 einen Stößel 41 auf, der auf einer Kulisse 1.2 des Gehäuses 1 zwangsgeführt wird. Die Kulisse ist, wie in Fig. 4 angedeutet, derart geformt, dass der Kolben 40 bei einer Umdrehung des Trägers 2 im Gehäuse 1 ein- oder mehrfach entgegen der Nadelrichtung angehoben und anschließend wieder in diese freigegeben wird. In der in Fig. 4 dargestellten Stellung ist der Kolben 40 in Nadelrichtung freigegeben, da der Stößel 41 auf einem unteren Wendepunkt der Kulisse 1.2 aufliegt. Bei Weiterdrehung um 180° führt die Kulisse 1.2 den Stößel hingegen in eine demgegenüber in Fig. 4 nach oben versetzte Position.

In einer solchen Position spannt der Kolben 40 eine Schraubfeder 100 gegen die Nadelrichtung vor. Gibt die Kulisse 1.2 den Stößel 41 wieder frei (Fig. 4), so beschleunigt die sich entspannende Feder 100 den Kolben 40 in Nadelrichtung (nach unten in Fig. 4). Eine untere Scheibe des spulenförmigen Kolbens 40 trifft dann auf die Köpfe von Nadeln 7.1, 7.9, die in Bronzebuchsen (nicht dargestellt) direkt in dem Träger 2 gelagert und gegen die Nadelrichtung durch Schraubfedern 110 abgestützt sind.

Der Kolben 40 beschleunigt somit die Nadeln 7.1, 7.9 in Nadelrichtung gegen die zu bearbeitende Oberfläche. Bei der anschließenden Bewegung des Kolbens 40 gegen die Nadelrichtung infolge der Zwangs führung des Stößels 41 in der Kulisse 1.2 nimmt er jedoch die von ihm entkoppelten Nadeln 7.1, 7.9 nicht mit. Diese einzeln aktuierten und über den sie gemeinsam beaufschlagenden Kolben 40 mechanisch miteinander gekoppelt bewegten Nadeln werden stattdessen durch die Schraubfedern 110 entgegen der Nadelrichtung zurückgestellt, die beim Beschleunigen in Nadelrichtung vorgespannt wurden und eine separate RückStelleinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden.

Fig. 5 zeigt in Fig. 2, 3 entsprechender Darstellung einen Nadler nach einer dritten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung. Mit der ersten und/oder zweiten Ausführung übereinstimmende oder analoge Merkmale sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zur ersten bzw. zweiten Ausführung gemäß dem zweiten Hauptaspekt eingegangen wird.

Bei der dritten Ausführung werden die separat in Bohrungen des Stahl- oder Kunststoffträgers 2 gelagerten und durch einzelne Schraubfedern 110 gegen die Nadelrichtung abgestützten Nadeln 7.1, 7.9 pneumatisch in Nadelrichtung beschleunigt. Hierzu ist ein Druckraum 50 durch eine ein- oder mehrteilige flexible Membran gegen die einzelnen Nadeln abgedichtet. Wird der Druckraum 50 über ein Schaltventil 60 mit einem Überdruckreservoir pi verbunden, wie in Fig. 5 dargestellt, verformt der Druck die flexible Membran 55 in Nadelrichtung, die dabei die Nadeln 7.1, 7.9 in Nadelrichtung gegen die Oberfläche beschleunigt und hierbei die Federn 110 vorspannt. Schaltet das Ventil 60, beispielsweise mechanisch gekoppelt mit der Drehung des Trägers 2 im Gehäuse 1 oder unabhängig hiervon, etwa pneumatisch, in die andere Schaltstellung, entspannt der Druck im Druckraum 50 gegen die Umgebung p ₀ . In der Folge stellen die sich entspannenden Federn 110 die Nadeln 7.1, 7.9 gegen die Nadelrichtung zurück.

Durch die Einzellagerung-, federung und -aktuierung der Nadeln können vorteilhaft auch unebene und/oder gegen die Nadelrichtung geneigte Oberflächen bearbeitet werden, da bei Auftreffen einer Nadel andere, mit ihr nicht verbundene Nadeln hierdurch nicht abgebremst werden. Auf der anderen Seite ist der konstruktive Aufwand entsprechend höher.

Es sei betont, dass die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen erläuterten Merkmale auch miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können. So können beispielsweise in der zweiten oder dritten Ausführungsform eine - beispielsweise mittels eines Ringes 1 ' - gelenkig bzw. schwenkbar an dem auf das Werkstück aufzusetzenden Gehäuse befestigte Beschleunigungseinheit, ein mehrstufiges Getriebe und/oder einen Träger mit Grundteil und exzentrisch darin gelagertem Drehteil vorgesehen sein. Eine solche gelenkige und/oder lösbare Befestigung der Beschleunigungseinrichtung am Gehäuse kann mit einer lösbaren und/oder gelenkigen Befestigung der Nadeln an der Beschleunigungseinrichtung kombiniert oder ohne diese ausgebildet sein. Gleichermaßen kann eine Einzellagerung und -federung, wie sie mit Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel erläutert wurde, auch bei einem Flansch vorgesehen sein, welcher lösbar und/oder gelenkig arretierbar mit der Beschleunigungseinheit verbunden ist, wie dies mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Flansch gegen die Drehachse geneigt wird, da dann Nadeln häufig bei unterschiedlichem Hub auf die zu bearbeitende Oberfläche treffen. Gleichermaßen kann eine mechanische Aktuierung, wie sie mit Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel erläutert wurde, für einzelne Nadeln oder auch bei einer mit den Nadeln gekoppelten Beschleunigungseinrichtung vorgesehen sein, die die Nadeln gegen die Nadelrichtung zurückstellt, wie mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert.

Fig. 6 zeigt einen Nadler nach einer Ausführung gemäß dem dritten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, der auf die Oberfläche eines Bauteils206 aufgesetzt ist.

Der Nadler weist einen Führungskörper202 aus Metall auf, in dem ein Hydraulikfluidreser- voir210 ausgebildet ist. Mit diesem kommunizieren Nadelkanäle, von denen in Fig. 6 zur besseren Übersicht nur zwei dargestellt sind. In diesen sind Nadeln201 axial (vertikal in Fig. 6) verschieblich geführt, so dass ihre abgerundeten Spitzen auf der Bauteiloberfläche aufstehen. Auf der den Kanalöffnungen gegenüberliegenden Seite wird das Fluidreservoir210 durch einen Kol- ben203 begrenzt, der ebenfalls verschieblich im Führungskörper202 geführt ist. Aufgrund der nachfolgend näher erläuterten fluidischen Kraftübertragung müssen die Bewegungsrichtungen von Kolben203 und Nadeln201 nicht parallel sein.

Nadeln201 und Kolben203 sind jeweils fluiddicht verschieblich im Führungskörper202 gelagert, indem beispielsweise in einem von dem Führungskörper202 und Nadel201 bzw. Kolben203 wenigstens eine Ringnut ausgebildet ist, in der ein O-Ring als Dichtkörper angeordnet ist, der elastisch gegen die Gleitfläche des anderen von dem Führungskörper202 und Nadel201 bzw. Kol- ben203 vorgespannt ist und so Führungskörper202 und Nadel201 bzw. Kolben203 gegeneinander abdichtet (nicht dargestellt).

Der Führungskörper202 ist drehbar in einem Gehäuse204 gelagert, wie durch die strichpunktierte Drehachse und den Rotationsbewegungspfeil angedeutet. Dabei ist der Führungskörper202 exzentrisch im Gehäuse204 gelagert, so dass eine Drehung die Auftreffpunkte der Nadeln201 auf der Bauteiloberfläche versetzt. Auf der dem Bauteil206 zugewandten Stirnseite des Gehäuses204 weist dieses einen auswechselbaren Kontaktring205 aus weichem, das Bauteil206 schonenden Kunststoffmaterial auf.

Zur getakteten Drehung des Führungskörpers202 im Gehäuse204 ist ein Elektromotor mit entsprechender Steuerung vorgesehen, der zur besseren Übersicht nicht dargestellt ist. Aus dem gleichen Grunde ebenfalls nicht dargestellt ist ein beispielsweise pneumatisch, elektromagnetisch oder durch Ultraschall beschleunigbarer Hammer, der in Fig. 6 von oben auf die dem Flu- idreservoir210 gegenüberliegende Stirnseite des Kolbens203 auftrifft und dabei einen Impuls auf den Kolben203 überträgt, der in Fig. 6 durch einen Doppelspitzenpfeil angedeutet ist. Beispielsweise ist der Hammer als Kolben eines Pneumatikzylinders oder als Anker eines Linearelektromagneten ausgebildet und wird durch Zufuhr von Druckluft bzw. Wicklungsstrom in Fig. 6 vertikal nach unten auf den Kolben203 zu beschleunigt. Nach Wegnahme der Druckluft bzw. des Wicklungsstromes kann eine Rückstellfeder den Hammer wieder vom Kolben203 abheben. Vorzugsweise ist die Taktung, mit der der Hammer beschleunigt wird, mit der Taktung der Drehbewegung des Führungskörper202 im Gehäuse204 derart synchronisiert, dass der Hammer stets bei ruhendem Führungskörpers202 auf den Kolben203 trifft.

Trifft der Hammer auf den Kolben203, so wird diesem der in Fig. 6 durch den Doppelspitzenpfeil angedeutete Impuls aufgeprägt. Dieser überträgt den Impuls auf das Hydraulikfluid im Flu- idreservoir210, in dem sich ein Druckstoß ausbreitet, der homogen die Nadelkanäle beaufschlagt und dort entsprechend des jeweiligen wirksamen hydraulischen Querschnitts als Kraftstoß auf die Nadeln201 übertragen wird. Deren wiederum durch Doppelspitzenpfeile angedeutete Impulse übertragen diese unter geringfügiger plastischer Deformation auf die Oberfläche des Bau- teils206, was dort zu Spannungsausgleich und Verfestigung führt.

Anschließend wird, wie durch den Rotationsbewegungspfeil angedeutet, bei relativ zum Bau- teil206 ruhenden Gehäuse204 der Führungskörper202 in diesem um einen vorgegebenen Winkel verdreht, wobei die Nadelspitzen aus den mikroskopischen Vertiefungen heraus- und auf der Oberfläche gleiten, bevor in der neuen Winkellage erneut der Hammer einen Impuls auf den Kolben203 aufprägt. Durch mehrfache Widerholung kann so ein Kugelstrahlprozess imitiert werden, wobei durch das auf dem Bauteil206 ruhende Gehäuse204 der bearbeitete Bereich lokal begrenzt werden kann. Fig. 7 8 zeigen einen Nadler nach einer Ausführung gemäß dem vierten Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung in zwei zueinander senkrechten Schnitten.

Der Nadler weist ein zweiteiliges Gehäuse 31 A, 31 A mit einer zu einer Kontaktfläche 31.1 hin offenen, auf der von dieser Kontaktfläche abgewandten Seite hohlzylinderförmigen Aussparung auf. In dieser ist ein im Wesentlichen trommeiförmiger Träger, der einen Grundkörper 32A und eine diesen umgebende Hülle 32B umfasst, auf einer Achse 31.2 des Gehäuses drehbar aufgenommen. Er kann durch einen Elektromotor 33.1 mittels eines Schneckengetriebes 33.2 nur in der in Fig. 7 durch den Bewegungspfeil angedeuteten Richtung gedreht werden.

In dem Träger sind mehrere Nadeln gelagert, wobei zur besseren Übersichtlichkeit in Fig. 7 nur drei Nadeln 34A - 34C dargestellt sind. Sie weisen je einen Stift 34.1 und einen damit verbundenen oder integral ausgebildeten Kolben 34.2 auf, der einen im Grundkörper 32A ausgebildeten Nadelkolbenraum 35 stirnseitig begrenzt, und können in - durch Bewegungspfeile angedeutete - Nadelrichtungen in Fig. 7, die radial bzw. senkrecht zur Drehachse des Trägers orientiert sind, bewegt werden. Dabei begrenzt die Hülle 32B die Bewegung in Nadelrichtung und weist hierzu an entsprechenden Stellen Durchgangsbohrungen auf, deren Durchmesser gleich oder größer dem Durchmesser des zugehörigen Stiftes 34.1, jedoch kleiner als der Durchmesser des Kolbens 34.2 ist, und somit die jeweilige Sacklochbohrung im Grundkörper 32A begrenzt, die mit konstantem Durchmesser sowohl eine Führung der Nadel im Träger als auch eine Begrenzung des Nadelkolbenraums definiert. Vorteilhafterweise können durch eine andere Hülle, die an entsprechender Stelle keine Durchgangsbohrung aufweist, eine oder mehrere Nadelkolbenräume abgeschlossen und so an dieser Stelle Nadeln aus der Matrix entfernt werden.

Ein Nadelkolbenraum 35 wird durch eine Kontrollventileinrichtung je nach Lage des Trägers gegenüber dem Gehäuse mit einem Druckreservoir 36 oder einem mit der Umgebung kommunizierenden Entlüftungskanal 37 verbunden oder von beiden getrennt. Hierzu ist in der Achse 31.2 des Gehäuses das Druckreservoir 36 bzw. ein damit kommunizierender Kanal und der Entlüftungskanal 37, der in einer Abwandlung auch mit einem Unter druckreservoir kommunizieren kann, ausgebildet, die somit zusammen mit der auf ihr laufenden Innenbohrung des Grundkörpers die Kontrollventileinrichtung definieren.

In der in Fig. 7 gezeigten Lage verbindet die Kontrollventileinrichtung den Nadelkolbenraum der Nadel 34A mit dem Druckreservoir 36, so dass diese in Nadelrichtung beschleunigt wird. Dabei kann der Beschleunigungsverlauf einerseits durch die Kontrollventileinrichtung, andererseits durch die Freigabe der Durchgangsbohrungen der Hülle 32B durch die diese teilweise umschließende Gehäuseaussparung vorgegeben werden. Insbesondere kann beispielsweise bereits ein Nadeldruckraum mit dem Druckreservoir kommunizieren, während eine Bewegung der Nadel in Nadelrichtung noch formschlüssig durch das Gehäuse gesperrt ist, indem etwa die zylinderförmige Mantelfläche der Aussparung sich teilweise in Richtung auf die Kontaktfläche 31.1 fortsetzt, i.e. in einer nicht dargestellten Abwandlung das Gehäuse 31 A den Träger auch im linken unteren Quadranten der Fig. 7 noch teilweise umschließt. Somit baut sich im Nadelkolbenraum bereits Druck auf, die Beschleunigung in Nadelrichtung beginnt erst bei Freigabe der Durchgangsbohrung der Hülle 32B durch das Gehäuse 31A.

Die Nadel 34B trifft soeben auf die zu bearbeitende Oberfläche 38 und verformt diese unter Abgabe ihres Impulses elastisch-plastisch und verfestigt dadurch die Oberfläche. Zusätzlich werden Druckeigenspannungen in der Randzone eingebracht. In dieser Stellung ist der Nadelkolbenraum durch die Kontrollventileinrichtung sowohl gegen das Druckreservoir 36, als auch den Entlüftungskanal 37 gesperrt, könnte in einer abgewandelten Ausführung jedoch auch, wenigstens teilweise, mit einem von beiden kommunizieren.

Die Nadel 34C hat die Oberfläche bereits bearbeitet, ihr Nadelkolbenraum ist infolge der Drehung des Trägers nun mit dem Entlüftungskanal 37 verbunden, der eine Rückstellung des Kolbens erleichtert.

Diese wird durch eine Zwangsführung bzw. Kulisse 39 einer RückStelleinrichtung bewirkt, auf der die Nadel nach Oberflächenbeaufschlagung aufläuft. Die Kulisse 39 ist so geformt, dass die Nadel in eine Ausgangslage zurückgeführt wird, in der die Kontrollventileinrichtung ihren Nadelkolbenraum sowohl gegen das Druckreservoir 36 als auch den Entlüftungskanal 37 sperrt. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann der Nadelkolbenraum hingegen auch, jeweils wenigstens bereichsweise, mit dem Druckreservoir 36 und/oder Entlüftungskanal 37 kommunizieren. Jedenfalls entfällt durch die Sperrung des Druckreservoirs 36 während des Transfers zwischen Rückstell- (Nadel 34C) und Beschleunigungsphase (Nadel 34A) aufgrund der rein pneumatischen Aktuierung der Nadeln eine Vorspannung der Nadeln gegen das Gehäuse, so dass ein entsprechender Verschleiß vorteilhaft vermindert wird. Zusätzlich muss der Druck im Nadelkolbenraum 35 nicht gegen entsprechend vorgespannte Rückstellfedern arbeiten. In Fig. 8 ist die Matrix der im Träger geführten Nadeln angedeutet. Man erkennt, dass die einzelnen Nadeln 34 bzw. die Durchgangsbohrungen in der Hülle 32B sowohl in Axial- als auch Umfangsrichtung der Hülle auf gekrümmten, insbesondere spiralförmigen Bahnen 310 angeordnet sind. Die Matrix ist dabei so ausgebildet und auf die Drehung des Trägers im Gehäuse und die damit gekoppelte Bewegung der Nadeln in Nadelrichtung abgestimmt, dass die Nadelauftreffpunkte ein gewünschtes Bearbeitungsmuster auf der Oberfläche 38 ergeben. Beispielsweise können die in den Nadelauftreffpunkten erzielten Verformungen wenigstens im Wesentlichen auf Geraden liegen und dabei vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen keine Lücken und/oder keine Überdeckungen oder vorgegebene Lücken oder Überdeckungen aufweisen.

Die Ausprägung der Bahnen 310 in Umfangsrichtung, entlang welcher die Bohrungen an den Schnittpunkten mit den spiralförmigen Bahnen 310 in axialer Richtung angeordnet sind, ist beliebig wählbar. Als vorteilhaft hat sich statt der in Fig. 8 exemplarisch gezeigten spiralförmigen Bahn eine zur Drehachse windschiefe Gerade herausgestellt, die um die Hülle 32B gewickelt ist (nicht dargestellt). Diese Anordnung bietet für die Fertigung der Nadelkolbenräume 35 eine besonders günstige Raumausnutzung. Die spiralförmige Bahn 310 in axialer Richtung ist hingegen vorteilhaft, da sich dadurch der Abstand zwischen den Auftreffstellen an der Bauteiloberfläche am besten regulieren lässt.

Bezugszeichenliste

Gehäuse

.1 Verzahnung

.2 Kulisse

Träger(grundkörper)

Trägerdrehteil

.1 Verzahnung

; 40 Kolben

.1 , 4.2;

1 Stößel

.3 lösbares, arretierbares Gelenk

A Kolbenraum

B Gegenkolbenraum

; 60 Schaltventil (Kontrollventileinrichtung)

Nadelflansch

.1, 7.9 Nadel

Zahnrad (Getriebe)

.1 Verzahnung

Kunststoffring (Gleitlager)

0 Kamera (Prüfeinrichtung)

0 Druckraum

5 flexible Membran

00 (Beschleunigungs)Feder

10 Rückstellfeder 01 Nadel

02 Führungskörper

03 Kolben (Stellglied)

04 Gehäuse

05 Kontaktring

06 Bauteil

10 Fluidreservoir A, 31B Gehäuse

.1 Kontaktfläche

.2 Achse

A Trägergrundkörper

B Trägerhülle

.1 Dreheinrichtungs-E lektromotor.2 Dreheinrichtungs-Schneckengetriebe, 34A, 34B, 34C Nadel

.1 Nadelstift

.2 Nadelkolben

Nadelkolbenraum

Druckreservoir

Entlüftungskanal

zu bearbeitende Oberfläche

Rückstelleinrichtungs-Kulisse0 Matrix-Bahn 0 Zylinder

1 Endkappe

2 Druckreservoir

3 Bohrung

4 Gegenkolbenraum

5 Bohrung

6 Kolbenraum

7 (ringförmiger) Absatz

8 Stopper Unter-/Umgebungsdruck

Überdruckreservoir