Es ist bekannt, die Oberfläche eines Subtrates, also eines Werkstückes oder eines Ge- brauchsgegenstandes, mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen, um die mechanischen Eigenschaften der Oberfläche bestimmten Anordnungen anzupassen.

Ein berühmtes Beispiel sind die sogenannten"Teflon-Pfannen", deren Bratfläche mit einem anti-adhäsiven Material, in der Regel PTFE, ausgekleidet ist, um das Anhaften der gebrate- nen Lebensmittel an der Oberfläche der Pfanne zu verhindern.

Diese anti-adhäsiven Oberflächenbeschichtungen bestehen in der Regel aus einem hochpo- lymeren Werkstoff, z. B. hochpolymeres Silikon, das mit einem der üblichen Verfahren, beispielsweise Sprühen, Aufstreichen, Beschichten etc. aufgebracht wird.

Will man die Reibung an der Oberfläche des Substrates verringern oder die Verschleißfe- stigkeit der Oberfläche erhöhen, wie es beispielsweise für Gleitstrecken in der Industrie erforderlich ist, so können keramische oder metallische Oberflächenbeschichtungen durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen aufgebracht werden.

Auch eine Kombination dieser beiden Beschichtungstechniken ist möglich, d. h., auf eine flammgespritzte Metall-oder Keramikschicht wird z. B. eine anti-adhäsive Schicht z. B. aus Silikon aufgebracht, um die Poren und Vertiefungen der Oberfläche der keramischen oder metallischen Schicht auszufüllen.

Die hochpolymere Schicht führt zu der erwünschten Verringerung der Haftung, während die Spitzen der keramischen oder metallischen Schicht, die die hochpolymere Schicht durch- dringen, die Verschleißfestigkeit erhöhen.

Eine weitere Oberflächen-Eigenschaft, die sich durch eine solche Beschichtung verändern läßt, ist die Traktion. So werden beispielsweise für Greifwerkzeuge in der Industrie Ober- flächen benötigt, die eine hohe Reibung haben und damit eine ausreichende Griffestigkeit gewährleisten. Auch dies kann durch Verwendung einer entsprechenden geeigneten hoch- polymeren Oberflächenbeschichtung erreicht werden.

Die Grundzüge dieser bekannten Beschichtungen werden in der DE-A 41 14 964, der US- A-5,635,002 und der EP-A-285 722 beschrieben.

Diesem Stand der Technik liegt das folgende Prinzip zugrunde : Um Oberflächenbeschich- tungen mit guten Gleiteigenschaften, also geringer Reibung, und/oder guten Anti- Adhäsions-Eigenschaften zu erhalten, versuchte man, den Oberflächenkontaktbereich durch Aufbringen von rauhen Beschichtungen mit unterschiedlichen Rauhigkeitsgraden und unter- schiedlichen Abständen zwischen den Spitzen der keramischen Schicht, siehe insbesondere US-A-5,635,002, zu beeinflussen. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, daß sowohl die Rauhigkeit der Oberfläche als auch ihre mechanische Beschaffenheit sehr starken Schwan- kungen unterworfen ist, also keine exakte Reproduzierbarkeit einer bestimmten Oberflä- chenbeschichtung und nicht einmal gleichmäßige Eigenschaften über die gesamte Oberfläche möglich waren. Viele Faktoren, wie beispielsweise die Rauhigkeit des Beschichtungsmateri- als, das Verhältnis zwischen kleinen und großen Partikeln der Beschichtung und damit die Höhen der Spitzen der Beschichtung, die Einstellungen der Sprühvorrichtungen sowie die Durchführung der Auftragverfahren beeinflussen die Ausbildung der Oberflächen- beschichtung und insbesondere das maximale Verhältnis zwischen den Vertiefungen und den Spitzen der Oberflächenbeschichtung. Aufgrund dieser kaum zu steuernden, stark schwan- kenden Parameter ändern sich die Eigenschaften und die Benutzungsdauer solcher Oberflä- chenbeschichtungen in weiten Bereichen, so daß keine exakten Angaben möglich sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächenbeschichtung für ein Substrat sowie ein Verfahren zur Ausbildung einer solchen Oberflächenbeschichtung zu schaffen, bei denen die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere sollen eine Oberflächenbeschichtung und ein Verfahren zur Ausbildung einer solchen Oberflächenbe- schichtung geschaffen werden, die auf verfahrenstechnisch einfache Weise eine sehr gute Reproduzierbarkeit des Verhältnisses zwischen den Kontaktbereichen und den Nicht- Kontaktabereichen der Oberflächenbeschichtung ermöglichen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der zugehörigen Unteran- sprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß die bisher übliche, die ge- samte Oberfläche des Substrates bedeckende Oberflächenbeschichtung durch eine partielle Oberflächenbeschichtung ersetzt wird, nämlich über die Oberfläche des Substrates gleich- mäßig verteilte, inselartige Vorsprünge. Dadurch erhält man ein sehr gut reproduzierbares, praktisch konstantes Verhältnis zwischen den Kontaktflächen der Oberfläche, also den Stirn- flächen der inselartigen Vorsprünge, und den Flächen der Täler zwischen diesen Vorsprün- gen, so daß in Anbetracht der Größe dieser"makroskopischen Kontaktverteilung"die zu- sätzliche"mikroskopische Kontaktverteilung"zwischen den Spitzen einer Schicht und den Vertiefungen zwischen diesen Spitzen eine vergleichsweise kleine Rolle spielt und damit stabile, sehr gut reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden.

Das Verhältnis zwischen Kontakt-und Nicht-Kontaktbereichen läßt sich auch sehr exakt einstellen, indem die Querschnitts-Größen und-Formen der inselartigen Vorsprünge ent- sprechend ausgewählt werden.

In diesem Zusammenhang ist wichtig, daß die inselartigen Vorsprünge flächenmäßig gleichmäßig über die Oberfläche des Substrates verteilt werden, um größere Inhomogenitä- ten in den Oberflächenkontakten zu vermeiden.

Es hat sich, auch aus verfahrenstechnischen Gründen, als zweckmäßig herausgestellt, wenn die inselartigen Vorsprünge, in Draufsicht gesehen, gleiche Querschnittsformen haben, be- vorzugt regelmäßige geometrische Formen, wie Rechtecke, insbesondere Quadrate, Vielek- ke, insbesondere regelmäßige Vielecke wie Sechsecke, Achtecke, etc., oder auch Kreise.

Durch entsprechende Einstellung der Größe der Vorsprünge in Bezug auf die Täler zwi- schen den Vorsprüngen lassen sich die mechanischen Eigenschaften dieser Oberflächenbe- schichtungen den gestellten Anforderungen anpassen.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung läßt sich sowohl bei"Einfach-Schichten", also bei einer Oberflächenbeschichtung nur aus einem hochpolymeren Werkstoff, nur aus Metall oder nur aus Keramik, als auch bei Mehrfachbeschichtungen anwenden, bei der eine oder mehrere hochpolymere Schichten auf eine oder mehrere Zwischenschichten aus Keramik oder Metall aufgebracht werden.

Die Höhen-Differenz zwischen den Kontaktbereichen und den Nicht-Kontaktbereichen einer solchen Oberflächenbeschichtung läßt sich in weiten Grenzen variieren, und zwar jeweils exakt reproduzierbar, so daß immer gleichmäßige Verhältnisse gewährleistet sind.

Durch Verwendung von verschiedenen Beschichtungsmaterialien für die Täler zwischen den Vorsprüngen sowie für die Spitzen, die durch die Stirnflächen der inselartigen Vorsprünge gebildet werden, also durch diese Mikrostruktur, können beispielsweise die Trag-oder Be- lastungseigenschaften der Oberflächenbeschichtung auf die Spitzen und die Anti- Adhäsionseigenschaften auf die Täler konzentriert werden.

Diese prinzipiellen Möglichkeiten lassen sich wiederum mit spezifischen FlächenVerhältnis- sen zwischen Kontakt-und Nicht-Kontaktbereichen und/oder unterschiedlichen Höhen der inselartigen Vorsprünge kombinieren.

Über die Oberfläche des Substrates gesehen können auch die Höhen der inselartigen Vor- sprünge variiert werden, um bestimmte Reibungs-oder Anti-Adhäsions-Eigenschaften zu erzielen. Zu diesem Zweck kann die Oberflächenbeschichtung in mehreren Schritten aufge- bracht werden, wobei die Zahl der Schritte, über die Oberfläche des Substrates gesehen, variiert wird. Jeweils ein, zwei oder mehrere Aufbringschritte führen zu entsprechend höhe- ren inselartigen Vorsprüngen.

Die nach dem Stand der Technik aufgrund der Mikrostruktur der Oberflächenbeschichtung erzielbaren Vorteile lassen sich auch hier realisieren, jedoch verbunden mit den Vorteilen einer makroskopischen Einstellung der Oberfläche.

Die inselartigen Vorsprünge können mit allen für diesen Zweck bekannten Verfahren er- zeugt werden. Besonders geeignet sind Masken oder Schablonen, die auf die Oberfläche des Substrates aufgelegt werden und mit Durchbrüchen versehen sind, die den Querschnittsfor- men der inselartigen Vorsprünge entsprechen. Insbesondere für Walzenoberflächen können diese Masken oder Schablonen auch haftend, z. B. als Klebefolien ausgebildet sein, die nach dem Beschichtungsvorgang wieder entfernt bzw. zerstört werden. Keramische oder metalli- sche Werkstücke werden durch Flamm-oder Plasmaspritzen und hochpolymere Werkstücke beispielsweise durch Aufsprühen, Aufstreichen oder ein ähnliches Verfahren so aufge- bracht, daß sie die Durchbrüche der Maske oder Schablone ausfüllen und dadurch die in- selartigen Vorsprünge erzeugen.

Um im Vergleich mit den bisher üblichen mikroskopischen Strukturen relevante Unter- schiede zu erzielen, liegt nach einer bevorzugten Ausführungsform das Verhältnis der tra- genden Fläche der Oberflächenbeschichtung zu der nicht-tragenden Fläche im Bereich zwi- schen etwa 25 % und 75 %, d. h. mindestens 25 % der Fläche der Oberflächenbeschichtung muß als Kontaktfläche zur Verfügung stehen.

Als Material für die Oberflächenbeschichtung kommen alle bisher üblichen Materialien ein- zeln oder in Kombination in Frage, also keramische Werkstoffe, insbesondere Aluminiu- moxid, metallische Werkstoffe, wie z. B. Stahl, und hochpolymere Werkstoffe, insbesonde- re auf der Basis von Silikon, aber auch PTFE und PFA.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Maske bzw. eine Schablone für die Herstellung der Oberflächenbe- schichtung, und zwar in Draufsicht (oben) und in der Seitenansicht (unten), Fig. 2 die über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates angeordnete Mas- ke, Fig. 3 die auf die Oberfläche des Substrates aufgelegte Maske, deren Durchbrüche mit dem Material der Oberflächenbeschichtung gefüllt sind, Fig. 4 das Substrat mit den inselartigen Vorsprüngen nach dem Abnehmen der Mas- ke, Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Muster einer Oberflächenbeschichtung mit kreisför- migen Vorsprüngen, Fig. 6 eine Fig. 5 vergleichbare Darstellung eines Musters, bei dem die kreisförmi- gen Vorsprünge einen kleineren Durchmesser haben, Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Muster einer Oberflächenbeschichtung mit quadrati- schen Vorsprüngen, Fig. 8 eine Fig. 7 vergleichbare Darstellung eines Musters, bei dem die quadrati- schen Vorsprünge eine größere Oberfläche haben, Fig. 9 einen vertikalen Schnitt durch den Oberflächenbereich eines Substrates mit einer einschichtigen Oberflächenbeschichtung, Fig. 10 einen vertikalen Schnitt durch den Oberflächenbereich eines Substrates mit einer zweischichtigen Oberflächenbeschichtung, wobei sich die obere Schicht der Oberflächenbeschichtung nur auf den Stirnflächen der unteren Schicht be- findet, Fig. 11 eine Fig. 10 vergleichbare Darstellung einer zweischichtigen Oberflächenbe- schichtung, bei der sich jedoch die obere Schicht über die gesamte Oberflä- che erstreckt, und Fig. 12 einen vertikalen Schnitt durch den Oberflächenbereich eines Substrates mit einer einschichtigen Oberflächenbeschichtung, bei der die inselartigen Vor- sprünge unterschiedliche Höhen aufweisen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine rechteckige Maske 10, die mit kreisförmigen Durchbrüchen 12 versehen ist. Zwar sind nur drei Durchbrüche 12 dargestellt, in der Praxis werden je- doch in der Regel sehr viel mehr Durchbrüche verwendet, wie aus dem folgenden noch er- sichtlich werden wird.

Die Innenkanten 22 der Durchbrüche 12 sind nach oben etwas konisch erweitert, um das Ausfüllen der Durchbrüche 12 mit dem Beschichtungsmaterial zu erleichtern.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ist die Maske 10 mit den Durchbrüchen 12 über dem zu beschichtenden Oberflächenbereich eines Substrates 14 angeordnet und wird auf diesen Oberflächenbereich aufgelegt, wie durch den Pfeil angedeutet wird.

Gemäß Fig. 3 liegt die Maske 10 auf der Oberfläche des Substrates 14 auf, und ihre Durch- brüche 12 sind mit dem Beschichtungsmaterial 16 gefüllt. Das Aufbringen des Beschich- tungsmaterials 16 kann bei metallischen oder keramischen Werkstoffen durch Flamm-oder Plasmaspritzen erfolgen, während hochpolymere Werkstoffe durch Sprühen, aber auch durch Beschichten oder Aufstreichen eingebracht werden können.

Das Material der Maske 10 muß an die Anforderungen des Beschichtungsverfahrens ange- paßt werden, d. h., z. B. bei Verwendung von Flamm-oder Plasmaspritzen eine ausreichen- de Wärmestabilität haben.

Insbesondere für die Beschichtung von Walzenoberflächen werden Klebefolien als Masken 10 eingesetzt.

Bei der Darstellung nach Fig. 4 ist die Maske 10 von dem Oberflächenbereich des Substra- tes 14 abgehoben, so daß sich nur noch die inselartigen Vorsprünge 18 aus dem Beschich- tungsmaterial auf dem Substrat 14 befinden.

Die Vorsprünge werden nun, falls erforderlich, ausgehärtet, z. B. polymere Werkstoffe ver- netzt.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Muster einer Oberflächenbeschichtung mit kreisförmi- gen inselartigen Vorsprüngen 18, die in einem regelmäßigen Muster, also mit gleichen Ab- ständen voneinander, aufgebracht sind. Dabei stellt der linke Teil von Fig. 5 eine Oberflä- chenbeschichtung aus einem keramischen oder metallischen Werkstoff dar, während der rechte Teil eine Doppelbeschichtung zeigt, nämlich inselartige Vorsprünge aus einem kera- mischen oder metallischen Werkstoff, auf den eine Schicht aus einem hochpolymeren Mate- rial aufgebracht worden ist, und zwar auf die gesamte Oberfläche, so daß auch die Täler zwischen den inselartigen Vorsprüngen 18 mit dem hochpolymeren Werkstoff bedeckt sind.

Fig. 6 zeigt eine Fig. 5 vergleichbare Darstellung, bei der die inselartigen Vorsprünge 18 einen kleineren Durchmesser haben, um das Verhältnis Kontaktfläche zu Nicht- Kontaktfläche der Vorsprünge an die gewünschten Anforderungen anzupassen.

Fig. 7 ist eine den Figuren 5 und 6 vergleichbare Darstellung, bei der die inselartigen Vor- sprünge 18'die Form von Quadraten haben. Auch hier ist wieder links eine Oberflächenbe- schichtung aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff, der durch Flamm-bzw.

Plasmaspritzen aufgebracht wurde, und rechts eine Doppelbeschichtung zu erkennen, bei der noch zusätzlich ein hochpolymerer Werkstoff auf die gesamte Oberfläche aufgebracht wurde.

Fig. 8 zeigt eine Fig. 7 vergleichbare Darstellung, bei der die inselartigen Vorsprünge 18' eine sehr viel größere Fläche haben. Hier sind die inselartigen Vorsprünge 18'aus einer einzigen Schicht rechts dargestellt, während die Doppelbeschichtung links gezeigt ist.

Fig. 9 zeigt im vertikalen Schnitt den Oberflächenbereich eines Substrates 14 mit den in- selartigen Vorsprüngen 18, die in der Seitenansicht Rechteckform haben und durch ein ein- ziges Beschichtungsmaterial gebildet werden, also einen keramischen Werkstoff, einen me- tallischen Werkstoff oder einen hochpolymeren Werkstoff wie Silikon, PTFE oder PFA.

Fig. 10 zeigt in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 9 eine Doppelbeschichtung, bei der die unteren Bereiche, also die"Sockel"18a der inselartigen Vorsprünge 18 aus einem me- tallischen oder keramischen Werkstoff bestehen, der durch Flamm-oder Plasmaspritzen aufgebracht ist.

Auf die von dem Substrat 14 abgewandten Stirnflächen der Sockel 18a ist eine Schicht 18b aus einem hochpolymeren Werkstoff, wie z. B. Silikon, PTFE oder PFA aufgebracht. Das Aufbringen der Deckschicht 18b aus dem hochpolymeren Werkstoff erfolgt also ebenfalls gemäß der Darstellung in Fig. 3, wenn sich die Maske 10 noch auf dem Substrat 14 befin- det.

Fig. 11 zeigt eine Fig. 10 vergleichbare Darstellung einer Zweifachbeschichtung, bei der sich jedoch die obere Schicht 18b aus dem hochpolymeren Werkstoff über die gesamte Oberfläche erstreckt, also auch die Seitenwände der Sockel 18a sowie die Oberfläche des Substrates zwischen den Vorsprüngen 18 bedeckt. Auch hierdurch lassen sich die mecha- nischen Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung, also ihr Zusammenwirken mit einem Gegenstück, gezielt und reproduzierbar beeinflussen.

Bei dieser Ausführungsform werden die Sockel 18a mittels der Maske 10 und die obere Schicht 18b ohne Maske, z. B. mit Aufstreichen oder Aufsprühen, aufgebracht.

Fig. 12 zeigt schließlich einen vertikalen Schnitt durch den Oberflächenbereich eines Sub- strates 14 mit inselartigen Vorsprüngen 18, die jeweils unterschiedliche Höhen haben. Beim dargestellten Beispiel sind zwei verschiedenen Höhen vorgesehen, die abwechselnd aufein- anderfolgen, d. h., ein hoher inselartiger Vorsprung 18 ist von niedrigeren inselartigen Vor- sprüngen 18 umgeben.

Bei der dargestellten Ausführungsform unterscheiden sich die Höhen der beiden Typen von inselartigen Vorsprüngen 18 etwa um den Faktor 2. Es sind jedoch auch andere Differenzen möglich, und es können auch mehr als zwei unterschiedliche Höhen eingesetzt werden, wenn sich dadurch das gesetzte Ziel besser erreichen läßt.