Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks und/oder zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für ein Beschichten, bei dem in die Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug, insbesondere mit einem spanabhebenden Schneidwerkzeug eine Struktur, z. B. eine (makroskopische) Rillen- und/oder Leistenstruktur eingebracht wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks, bei dem die Oberfläche des Werkstücks beschichtet wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage für das Vorbe- reiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten sowie eine Anlage für das Beschichten einer Oberfläche eines Werkstücks.

Oberflächen, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, können mit Be- schichtungen veredelt werden, um sie vor Beschädigung oder Verschleiß zu schützen. Um z. B. die Oberflächen von Zylinderbohrungen in den Zylinderkurbelgehäusen von Brennkraftmaschinen zu veredeln, können diese mit unterschiedlichen thermischen Spritzverfahren, wie z. B. LDS-Beschichten oder Plasmabeschichten mit einer metallischen Legierung beschichtet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die tribologischen Eigenschaften dieser Oberflächen zu verbessern und damit die Reibung für die Kolbenringe herabzusetzen.

Bei einer mechanisch beanspruchten Beschichtung auf einer Oberfläche, stellt sich die Frage der Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche in be- sonderer Schärfe.

Um die Haftungseigenschaften einer Oberfläche eines Werkstücks aus einem ersten Material für eine Beschichtung aus einem zweiten, unterschiedli- chen Material zu verbessern, ist es bekannt, in die Oberfläche Strukturen einzubringen, mit denen die bei einem Beschichtungsprozess aufgetragenen Materialien eine formschlüssige Verklammerung mit der Oberfläche eingehen können. In die Oberflächen von Zylinderbohrungen in Zylinderkurbelgehäu- sen werden z. B. hierfür mit spanabhebenden Schneidwerkzeugen rillenför- mige Strukturen oder Muster eingebracht (US 7,621 ,250 B2 und EP 1 759 132 B1 ).

Um die Haftungseigenschaften von Beschichtungen auf der Oberfläche eines Werkstücks zu verbessern, ist es auch bekannt, die Oberflächen mit Abrasiv- mitteln, wie z. B. Sand oder Korund aufzurauen. In der DE 10 201 1 080 852 A1 ist beschrieben, die Oberfläche von Werkstücken mit einem Hochdruckwasserstrahl zu beaufschlagen, um diese für das Beschichten vorzubereiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten bereitzustellen und ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks anzugeben, mit dem sich die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche eines Werkstücks und die Haftung einer auf die Oberfläche aufgetragenen Beschichtung wesentlich verbessern lassen.

Diese Aufgabe wird durch die Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Verfahren sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schlägt vor, eine Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten vorzubereiten, indem in die Oberfläche des Werkstücks mit einem Werkzeug eine (makroskopische) Struktur, insbesondere eine Rillenstruktur eingebracht wird und diese Oberfläche dann im Anschluss daran mit einem Fluid, insbesondere in Form einer inkompressiblen Flüssigkeit beaufschlagt wird. Durch eine solche Beaufschlagung mit einem Fluid kann sodann der (makroskopischen) Struktur eine Mikrostruktur überlagert werden.

Eine (makroskopische) Struktur kann in die Oberfläche des Werkstücks ins- besondere mittels Feinspindeln, d. h. in einem spanabhebenden mechanischen Bearbeitungsverfahren mit einem Schneidwerkzeug in Form eines Drehmeißels eingebracht werden. Grundsätzlich lässt sich die Struktur jedoch auch mit einem anderen Werkzeug, z.B. mit einem Fräswerkzeug, einem Laser oder einer Funkenerosionsvorrichtung erzeugen. Die Struktur ist beispielsweise in Form einer (insbesondere makroskopischen) Vertiefungsstruktur in der Oberfläche ausgeführt. Dabei kann eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen versehen sein, wobei eine oder mehrere Rillen beispielsweise ein Rillenprofil mit wenigstens einer Hinterschneidung aufweisen können. In speziellen Ausführungsvarianten sind Rillenprofile mit teils abgerun- deten oder teils rechteckförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen vorgesehen. Optional sind im Bereich einer Vertiefung einer Rille bevorzugt zwei Hinterschneidungen vorgesehen, so dass sich beispielsweise ein schwal- benschwanzförmiges Rillenprofil ergeben kann. Die Rillen einer erfindungsgemäßen makroskopischen Struktur (z.B. einer Vertiefungsstruktur) sind be- vorzugt zwischen 10 μιτι und 500 μιτι tief und zwischen 30 μιτι und 500 μιτι, insbesondere zwischen 50 μιτι und 100 μιτι breit. Die Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks können z. B. einen Abstand voneinander haben, der zwischen 30 μιτι und 500 μιτι liegt, so dass es zwischen den Rillen eine flächige Rücken- bzw. Stegpartie (Erhebung) gibt. Die in die Oberfläche des Werk- Stücks eingebrachte Struktur kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Die Struktur kann aber auch eine Vielzahl von Leisten umfassen, die vorzugsweise als Rundleisten ausgebildet sind.

Um beispielsweise eine gleichmäßige Haftung einer Beschichtung an der Oberfläche eines Werkstücks zu erreichen, wird im Bereich einer erfindungsgemäßen (makroskopischen) Struktur eine gleichmäßig verteilte Oberflächenrauheit angestrebt. Teilbereiche mit unzureichender Strukturierung der Oberfläche könnten zum späteren Lösen der Beschichtung führen. Auch aus anderen Gründen sind gleichmäßig verteilte Oberflächenrauigkeiten und/oder gleichmäßige Oberflächenstrukturierungen an Werkstücken vorteilhaft, z.B. zur Vermeidung von Korrosion, aus optischen Gründen usw..

Der Erfinder hat erkannt, dass mit spanabhebenden, mechanischen Bearbeitungsverfahren, bei denen die Oberfläche eines entsprechenden Werkstücks mit einem Schneidwerkzeug bearbeitet wird, eine Strukturierung der Oberfläche eines Werkstück in einer geforderten Rillentiefe und Qualität in bestimm- ten Anwendungsbereichen nicht oder nur mit sehr großem Aufwand in einer industriellen Massenfertigung prozesssicher gewährleistet werden kann. Eine Ursache hierfür ist, dass eine mit einem rotierenden Schneidwerkzeug in der Oberfläche einer Bohrung, z. B. einer Zylinderbohrung erzeugte Rille oder Nut eine von der Rundheit dieser Bohrung abhängige Tiefe hat. In der Praxis zeigt sich nämlich, dass die Rundheit von Zylinderbohrungen in industriell gefertigten Motorblöcken gewissen Schwankungen unterworfen ist. Dies hat zur Folge, dass ein um eine Achse rotierendes Schneidwerkzeug bei gegenüber einem Normmaß zurückstehenden Oberflächen eine verringerte Eintauchtiefe in das Werkstückmaterial hat, was zu einer geringeren Strukturtie- fe führt.

Weitere Anwendungsbereiche für die erfindungsgemäßen Verfahren sind Oberflächen an einem Werkstück, die für ein Schneidwerkzeug oder ein sonstiges Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung wegen der Geometrie der Oberfläche nicht optimal zugänglich sind: Beispielsweise ist eine Strukturierung der Oberfläche eines Werkstücks in einer geforderten Rillentiefe und Qualität in einer industriellen Massenfertigung nur mit großem Aufwand prozesssicher gewährleistet, wenn die zu strukturierende Oberfläche relativ zum Werkzeug klein ist und/oder in einer Vertiefung positioniert ist. In bestimmten Bereichen von Werkstücken wie z. B. Motorblöcken ist das Einbringen von Strukturen in die Oberfläche des Werkstücks mit einem rotierenden mechanischen Schneidwerkzeug auch gar nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich. Das gilt beispielsweise für gegossene zylindrische Bohrungen zur Lagerung einer Kurbelwelle, Pulsationsbohrungen und Fasen in Zylinderbohrungen, sowie für Überhänge oder Freistiche mit größerem Durchmesser (Honfreigang).

Der Erfinder hat insbesondere erkannt, dass sich die adhäsiven Eigenschaften der Oberfläche für eine Beschichtung und die Haftung einer auf die Oberfläche aufgetragenen Beschichtung, aber auch sonstige qualitative Eigenschaften einer Oberfläche verbessern lassen, wenn in die mit einer (makro- skopischen) Struktur versehene Oberfläche eines Werkstücks eine zusätzliche Mikrostruktur eingebracht wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, die (makroskopische) Struktur insbesondere mit einem spanabhebenden, mechanischen Aufrau- bzw. Bearbeitungsverfahren herzustellen und anschließend mit einem Fluid nachzubehandeln. So können gewisse - mit ei- nem rotierenden Schneidwerkzeug in der Oberfläche eines Werkstücks erzeugte - (makroskopische) Strukturen, etwa nutenförmige Strukturen in der Zylinderlaufbahn eines Motorblocks, vorteilhaft durch Überlagerung mit einer Mikrostruktur verbessert werden, wobei die Mikrostruktur mit Hilfe eines ab- rasiv wirkenden Fluids erzeugt werden soll. Das Fluid ist dabei in der Lage, Oberflächen zu erreichen, die mit einem anderen Werkzeug nicht erreicht werden. Insbesondere können zwischen zwei (makroskopischen) Nuten liegende Stegabschnitte, in denen die Oberfläche im ersten Verfahrensschritt unbearbeitet geblieben sein kann, zusätzlich strukturiert werden. Dies führt zum einen zu einer generellen Verbesserung der Oberflächenqualität, aber insbesondere auch dazu, dass sich eine auf eine solche Oberfläche aufgetragene Beschichtung mit dieser Oberfläche besonders gut verklammern kann. Auch können andere Oberflächenmerkmale wie zum Beispiel die Härte der Oberfläche geändert werden. In die (makroskopische) Struktur wird also bevorzugt eine Mikrostruktur eingebracht, indem ein Fluid auf die Oberfläche des Werkstücks in Form eines Fluidstrahls durch eine oder mehrere Öffnungen eines Düsenwerkzeugs ge- führt wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Düsenwerkzeug eine Düsenkammer auf, in der das Fluid bzw. die Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird, der größer ist als 100 bar, bevorzugt größer als 150 bar, besonders bevorzugt größer als 300 bar, und der insbe- sondere zwischen 2000 bar und 4000 bar liegt und z. B. 3000 bar beträgt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden das Düsenwerkzeug und/oder das Werkstück während der Beaufschlagung des Werkstücks in einer bestimmten Bahn relativ zueinander bewegt, wobei die genannte Bahn in einem Winkel ungleich Null relativ zu mehreren Rillen der (makroskopischen) Struk- tur gewählt ist. In einem weiteren speziellen Ausführungsbeispiel wird der Fluidstrahl mit zeitlich wechselndem Druck auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht.

Erfindungsgemäß können die vorgesehenen Mikrostrukturen beispielsweise eine kegelige, (halb)kugelige, wannenförmige oder rillenförmige Grundform aufweisen. Die Mikrostrukturen weisen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise eine kreisförmige Kontur auf mit einem Durchmesser, der bevorzugt zwischen 1 μιτι bis 50 μιτι beträgt. Die Mikrostrukturen können z. B. 1 μιτι bis 50 μιτι tief sein. Die mittels des Fluidstrahls in die Oberfläche eingebrachte Mikrostruktur ist in Bezug auf die Struktur in der Oberfläche eine Substruktur. D. h., die Dimensionen der mittels des wenigstens einen Fluidstrahls in die Oberfläche eingebrachten Mikrostruktur sind deutlich kleiner als die Dimensionen der makroskopischen Struktur in der Oberfläche vor dem Beaufschlagen mit dem Fluid.

Der Erfinder hat herausgefunden, dass die Erosionswirkung eines die Oberfläche eines Werkstücks beaufschlagenden Fluidstrahls aus einem Fluid bzw. einer Flüssigkeit gesteigert wird, wenn es in der Oberfläche Strukturen in Form von Vertiefungen gibt, die zwischen 10 μιτι und 500 μιτι tief und zwi- sehen 30 μιτι und 500 μιτι breit, insbesondere zwischen 50 μιτι und 100 μιτι breit sind. In umfangreichen Versuchen hat sich nämlich gezeigt, dass aufgrund solcher Vertiefungen in der Oberfläche eines Werkstücks auch der Impuls von sogenannten Querjets auf das Werkstück übertragen werden kann, d. h. der Impuls von Fluidstrahlen, die quer zu der Flächennormalen der Werkstückoberfläche verlaufen. Erfindungsgemäß wird die Rauheit der mit einer Struktur versehenen Oberfläche eines Werkstücks durch das Beaufschlagen mit dem Fluid bzw. der Flüssigkeit erhöht.

Unter der Rauheit der Oberfläche wird dabei das arithmetische Mittel des mittleren Abstandes einer auf der Oberfläche angeordneten Menge von Messpunkten von einer Mittellinie bzw. Mittelfläche verstanden, auf der für die Messpunkte die Summe der Abweichungen von der Oberfläche minimal ist. Indem die Rauheit der Oberfläche eines Werkstücks durch das Beaufschlagen mit dem Fluid bzw. der Flüssigkeit erhöht wird, lässt sich die Oberfläche des Werkstücks vergrößern, so dass in der Summe die Adhäsionskräfte erhöht werden, mit denen eine auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragene Beschichtung auf der Oberfläche festgehalten wird.

Indem die Oberfläche des Werkstücks mit einer Flüssigkeit beaufschlagt wird, kann auch erreicht werden, dass diese Oberfläche von einer Verschmutzung mit Kühlschmierstoffen und Spänen gereinigt wird, die bei einer mechanischen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitung in einem vor- ausgegangenen Arbeitsschritt hinterlassen worden sein können.

Insbesondere hat der Erfinder herausgefunden, dass sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Fluid in Form einer Flüssigkeit aus Wasser und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Reinigungsmittel, z.B. einer Waschlauge und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Biozid und/oder Korrosionsschutzmittel und/oder aus einer Wasser-Öl-Emulsion und/oder aus Öl besonders gut eignet. Durch ein Beaufschlagen einer Ober- fläche eines Werkstücks mit einem (Hochdruck-)Fluidstrahl aus dieser Flüssigkeit können in der Oberfläche des Werkstücks erfindungsgemäß Mikrostrukturen erzeugt werden, die eine feste Verbindung von Werkstück und Beschichtung ermöglichen und damit das Anhaften einer Beschichtung auf dieser Oberfläche unterstützen.

Um das Erzeugen von Mikrostrukturen in der mit einer (makroskopischen) Struktur versehenen Oberfläche eines Werkstücks zu erleichtern bzw. zu beschleunigen, kann das Fluid bzw. die Flüssigkeit mit chemischen und/oder abrasiven Bestandteilen versetzt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Fluid Druckluft verwendet, die als zusätzliche abrasive Bestandteile Sandkörner, Kunststoffpartikel, Glaspartikel, Korund, Wassereis und/oder CO2-E1S enthält. Eine Erkenntnis der Erfindung ist es auch, dass wenn der wenigstens eine Fluidstrahl für das Beaufschlagen der Oberfläche eines Werkstücks einen Strahlwinkel hat, der zwischen 10° und 60° liegt und der vorzugsweise 20° beträgt, die gewünschten Mikrostrukturen in der Oberfläche des Werkstücks insbesondere in den Flanken von makroskopischen Rillen bzw. Vertiefungen ausgebildet werden können, was die Haftung einer auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragenen Beschichtung noch weiter verbessert. Eine gute Erosionswirkung lässt sich insbesondere erreichen, wenn der Fluidstrahl eine Strahlrichtung hat, die mit einem auf eine lokale Tangentialebene an die Oberfläche bezogenen Auftreffwinkel ß mit 70° < ß < 90° auf die Oberfläche trifft. Eine besonders gute Erosionswirkung des Fluidstrahls lässt sich erreichen, wenn der Fluidstrahl mit einer Flachstrahldüse oder einer Hohlkegelstrahldüse erzeugt wird. Eine Flachstrahldüse ermöglicht das Bereitstellen eines fächerförmigen, flachen Fluidstrahls. Mit einer Hohlkegelstrahldüse ist es möglich, einen Fluidstrahl in der Geometrie der Mantelfläche eins Hohlke- gels zu generieren. Der Fluidstrahl kann allerdings auch mit einer Vollstrahldüse erzeugt werden. Eine Idee der Erfindung ist es auch, die Oberfläche eines Werkstücks zeitgleich oder aufeinanderfolgend mit einem Fluidstrahl zu beaufschlagen, der mit unterschiedlichen Strahlwinkeln α und/oder unterschiedlichen Auftreffwinkeln ß auf die Oberfläche des Werkstücks geführt wird.

Unter dem Strahlwinkel α wird dabei der von dem Fluidstrahl aufgespannte Winkel nach dem Austreten aus der Öffnung einer Düse das Düsenwerkzeugs verstanden. Der Auftreffwinkel ß ist der Winkel zwischen der mittleren Strahlrichtung und dem senkrechten Lot der mittleren Strahlrichtung auf die lokale Tangentialebene an die Oberfläche in dem Auftreffpunkt des Fluidstrahls, in dem die mittlere Strahlrichtung die Oberfläche schneidet. Darüber hinaus ist es eine Idee der Erfindung, einen oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug und damit insbesondere die Beschaffenheit des wenigstens einen Fluidstrahls für das Beaufschlagen der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit der intrinsischen und/oder extrinsischen Beschaffenheit dieser Oberfläche einzustellen. Unter der intrinsischen Beschaf- fenheit der Oberfläche wird hier das Material und das Werkstoffgefüge, die Struktur der Oberfläche, auch die Kornstruktur des Materials der Oberfläche, die Härte und Rauheit der Oberfläche des Werkstücks verstanden, sowie z.B. auch eine Konzentration von Luftblasen bzw. Lunkern im Bereich der Oberfläche des Werkstücks. Unter der extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks ist die lokale Geometrie der Oberfläche zu verstehen, wie z.B. Oberflächenkrümmungen, Hinterschneidungen, vorstehende und zurückgesetzte Strukturen, wie dies etwa bei einem Hohnfreigang für eine Zylinderbohrung in einem Motorblock der Fall ist. Die eingestellten Düsenwerkzeug-Betriebsparameter können z.B. ein Flüssigkeitsdruck des fluiden Mediums in der Düsenkammer sein und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Düsenwerkzeugs relativ zu dem Werkstück in der Richtung einer Spindelachse, eine Drehzahl des Düsenwerkzeugs um die Spindelachse, eine Pulsfrequenz des Flüssigkeitsstrahls, eine Pulsdauer des Flüssigkeitsstrahls, eine Amplitude und/oder eine Leistung eines Ultraschallgenerators für das Erzeugen eines gepulsten Fluidstrahls. Die Beschaf- fenheit des wenigstens einen Fluidstrahls kann z.B. die Geschwindigkeit und die Konsistenz des fluiden Mediums sein, das aus einer Düsenöffnung in dem Düsenwerkzeug austritt.

Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, die Beschaffenheit des wenigs- tens einen Fluidstrahls für das Beaufschlagen der Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit der lokalen intrinsischen und/oder extrinsischen Beschaffenheit dieser Oberfläche einzustellen.

Die lokale intrinsische und extrinsische Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks kann z.B. bekannt und in einem Datenspeicher hinterlegt sein. Es ist allerdings auch möglich, die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks vor oder nach, gegebenenfalls auch während dem Beaufschlagen mit einem Fluidstrahl in einem (vorzugsweise zerstörungsfreien) Messprozess zu ermitteln, z. B. durch Vermessen in einem Tastschnittverfahren, bei dem eine Tastspitze vorzugsweise aus Diamant mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche bewegt und deren Lageverschiebung dann mit einem z. B. induktiven Wegmesssystem erfasst wird. Die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks kann aber auch durch Vermessen mit einem konfokalen Messsystem ermittelt werden, wie dies z. B. in der Publikation von M. Weber und J. Valentin, QZ Qualität und Zuverlässigkeit 5, 51 (2006) beschrieben ist, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird und deren Offenbarung in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen wird, oder durch Vermessen der Oberfläche des Werkstücks mit einem Mikroskop, z. B. einem Rasterelektronenmikroskop.

Indem ein oder mehrere Düsenwerkzeug-Betriebsparameter in Abhängigkeit des Orts der mit wenigstens einem Fluidstrahl beaufschlagten Oberfläche, der Orientierung des Fluidstrahls in Bezug auf die Oberfläche und/oder der extrinsischen und/oder intrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung gemessenen relevanten Strukturmerkmale der Oberfläche des Werkstücks oder eines gleich- artigen Werkstücks, dessen Oberfläche für das Beschichten bereits vorbereitet wurde, oder der in einem Datenspeicher hinterlegten, für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevante Strukturmerkmale der Oberfläche eingestellt werden, lässt sich erreichen, dass eine fehlende oder ungenügende Strukturierung der Oberfläche eines Werkstücks ausgeglichen wer- den kann. Nach einem solchen Ausgleich kann - trotz lokaler Unterschiede der Geometrie, der Form und/oder der Tiefe einer auf der Oberfläche eines Werkstücks erzeugten Struktur - eine Beschichtung auf die strukturierte Oberfläche des Werkstücks aufgebracht werden, wobei die Beschichtung besonders gut haftet. Insbesondere wird damit eine gleichförmige Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche des Werkstücks erreicht.

Um zu vermeiden, dass ein thermisches Beschichten der Oberfläche des Werkstücks durch Flüssigkeitsrückstände beeinträchtigt wird, ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche vor dem Beschichten mit Blasluft behandelt wird und/oder z. B. mittels Vakuumtrocknen getrocknet wird.

Eine für das Beschichten erfindungsgemäß vorbereitete Oberfläche eines Werkstücks eignet sich insbesondere für das thermische Beschichten, etwa für das Beschichten mit einem thermischen Spritzverfahren, etwa das LDS- Beschichten oder das Plasma-Beschichten oder das Lichtbogendrahtspritzen oder das Flammspritzen.

Erfindungsgemäß kann auf diese Weise die Oberfläche bzw. die Wand einer Zylinderbohrung in einem Motorblock oder in einem Zylindergehäuse oder in einem Kurbelwellengehäuse durch Beschichten veredelt werden. Das Vorbereiten der Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten wird bevorzugt in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt. In einem ersten Schritt wird die Oberfläche des Werkstücks in den mit einem Schneidwerkzeug erreichbaren Bereichen mechanisch strukturiert. In einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt wird die Oberfläche des Werkstücks dann mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit beaufschlagt, um auf diese Weise in der Oberfläche des Werkstücks Mikrostrukturen zu erzeugen. In einem optionalen auf den zweiten Schritt folgenden dritten Schritt wird die Oberfläche des WerkStücks mit flüssigem oder gasförmigem Fluid gespült. In einem weiteren optionalen Schritt wird das Werkstück in einem nachfolgenden Verfahrensschritt z. B. mit Blasluft nachbehandelt und/oder in einem Vakuumtrockner von Flüssigkeitsresten befreit. Es ist auch eine Idee der Erfindung, ein Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken in einem vorzugsweise industriellen Prozess bereitzustellen, bei dem im Anschluss an einen Bearbeitungs- bzw. Aufraupro- zess, in dem in der Oberfläche eines Werkstücks (makroskopische) Strukturen erzeugt werden, eine automatisierte, vorzugsweise berührungsfreie Mes- sung der Topographie und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale einer Werkstückoberfläche vorzunehmen. Dabei wird eine Werkstückoberfläche beispielsweise in einem Tastschnittverfahren vermessen, um dann in einem automatisierten Regelkreis einen oder mehrere Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls einzustellen. In einem modifizierten Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken wird im Anschluss an einen Aufrau prozess, in dem in der Oberfläche eines Werkstücks Mikrostrukturen erzeugt werden, eine Messung der Topographie und/oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale einer Werkstückoberfläche vorgenommen. Dabei wird eine Werkstückoberfläche vermessen, um dann in einem Regelkreis einen oder mehrere Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Vermessen der Oberfläche in einem Tastschnittverfahren kann hierfür die Oberfläche z.B. auch mit einem Konfokal- Messsystem oder mit einem Mikroskop bzw. Elektronenmikroskop vermessen werden.

Im Rahmen eines industriellen Prozesses, bei dem also mehrere gleichartige Werkstücke nacheinander zum Einbringen erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gleichartig behandelt werden, kann auf der Basis der Vermessung eines ersten Werkstücks bzw. in Abhängigkeit von den an dem ersten Werkstück gewonnenen Messergebnissen eine Einstellung der Parameter für das Einbringen von Mikrostrukturen mittels eines Fluidstrahls an anderen Werkstücken vorgenommen werden. Eine wiederholt vorgenommene Einstellung der genannten Parameter ergibt dann erfindungsgemäß eine Optimierung bei der Einstellung des Fluidstrahls für das Einbringen von Mikrostrukturen. Beson- ders bevorzugt wird der Fluidstrahl über einen oder mehrere Parameter kontinuierlich optimiert, wobei das Einbringen von Mikrostrukturen in die Oberfläche des vermessenen oder wenigstens eines darauffolgenden Werkstücks in Abhängigkeit der Messwerte für die Topografie oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Strukturmerkmale der Oberflä- che optimiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren für eine Mehrzahl von Werkstücken in einem vorzugsweise industriellen Prozess ermöglicht, Prozesszeiten zu verkürzen, mechanisch bearbeitete bzw. aufgeraute Oberflächen ei- nes Werkstücks qualitativ zu verbessern, die Haftungswerte von Beschich- tungen zu optimieren und darüber hinaus auch die Oberfläche eines Werkstücks zu reinigen.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zum Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten und/oder zum Veredeln der Oberfläche eines Werkstücks mittels Beschichten. In einer erfindungsgemäßen Anlage ist ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks bevorzugt mit einem Düsenwerkzeug zuführbar, das einen um eine Spindelachse rotierbaren und in der Richtung der Spindelachse verlagerbaren Düsenkörper mit einer Düsenkammer und mit wenigstens einer Düsenöffnung für das Bereitstellen von wenigstens einem kontinuierlichen oder gepulsten Fluidstrahl hat. Von Vorteil ist es, wenn dem Düsenwerkzeug eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für das Einstellen wenigstens eines Düsenwerkzeug-Betriebsparameters zugeordnet ist, z.B. eines Düsenwerkzeug-Betriebsparameters aus der Gruppe Fluiddruck/Flüssigkeitsdruck in der Düsenkammer, Vorschubgeschwindigkeit relativ zu dem Werkstück in der Richtung der Spindelachse, Drehzahl um die Spindelachse, Pulsfrequenz des Fluidstrahls/Flüssigkeitsstrahls, Pulsdauer des Fluidstrahls/Flüssigkeits- strahls, Amplitude und/oder Leistung eines Ultraschallgenerators für das Erzeugen eines gepulsten Fluidstrahls. Diese Steuer- und oder Regeleinrichtung dient dazu, den wenigstens einen Düsenwerkzeug-Betriebsparameter in Abhängigkeit des Orts der Oberfläche und/oder der Geometrie der Oberfläche und/oder der intrinsischen oder extrinsischen Beschaffenheit der Oberfläche einzustellen. Dieses Einstellen kann insbesondere aufgrund von Messdaten erfolgen, die an einem anderen als dem in der Anlage gerade bearbeiteten Werkstück erfasst werden, z. B. an einem in der Anlage bereits bearbeiteten Werkstück, d.h. einem Werkstück, bei dem die Bearbeitung in der Anlage abgeschlossen ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage mit einer Vorrichtung für das Vorbereiten einer Oberfläche eines Werkstücks für das Beschichten;

Fig. 2 ein in einer Zylinderbohrung bewegtes Düsenwerkzeug der Anlage; Fig. 3 einen Auftreffwinkel für einen aus einer Düse des Düsenwerkzeugs austretenden Fluidstrahl auf die Oberfläche eines Werkstücks;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer rillenförmigen Struktur;

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils einer mit Mikro- strukturen versehenen Oberfläche des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit;

Fig. 6 eine vergrößerte Draufsicht auf eine mit Mikrostrukturen versehe- nen Oberfläche des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit;

Fig. 7 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer rillenförmigen Struktur, die Hinterschneidungen aufweist;

Fig. 8 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer

Rundrillenstruktur; und

Fig. 9 ein Querschnittsprofil einer Oberfläche eines Werkstücks mit einer

Rundleistenstruktur.

Die nachfolgend im Detail skizzierten Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen generell Verfahren zur Oberflächenbehandlung an insbesondere metallischen Bauteilen. Als Bauteile kommen beispielsweise hochbean- spruchte Teile von Verbrennungsmotoren, insbesondere Zylinderlaufbuchsen in Hubkolbenmotoren in Frage, die besonderen Anforderungen an ihre Ober- fläche (insbesondere hinsichtlich Rauigkeit, Formgenauigkeit und Härte) genügen sollen.

Die genannten Bauteile werden allgemein in mehreren Arbeitsgängen herge- stellt, wobei zunächst aus einem metallischen Halbzeug durch Schmieden, Gießen oder andere Verfahren ein Werkstück in Form eines Rohteils geschaffen wird. Ein solches Rohteil wird als Werkstück für die nachfolgend geschilderten Bearbeitungsschritte und somit als Ausgangsprodukt für die erfindungsgemäßen Verfahren verwendet.

In einem ersten erfindungsgemäßen Schritt zur Behandlung bzw. Bearbeitung der Oberfläche solcher Werkstücke wird vorgeschlagen, eine Oberfläche des Werkstücks mit Hilfe spanabhebender Verfahren mit einer (makroskopischen) Struktur zu versehen. Erfindungsgemäß ist beispielsweise vor- gesehen, in eine gegossene Zylinderbuchse eines Motorblocks (Rohteil, Werkstück) eine Rillenstruktur einzubringen. Dabei kommen fachnotorisch bekannte Verfahren wie Drehen, Feinspindeln, Honen etc. zur Anwendung. In modifizierten Ausführungsbeispielen und in anderen Anwendungsfällen lässt sich die genannte Struktur auch mit einem anderen Werkzeug, z.B. mit einem Fräswerkzeug, einem Laser oder einer Funkenerosionsvorrichtung an einem metallischen Werkstück erzeugen.

Die Struktur ist beispielsweise in Form einer makroskopischen Vertiefungsstruktur in der Oberfläche ausgeführt. Dabei kann eine Oberfläche mit einer Vielzahl von Rillen (umfassend einander abwechselnde längliche Erhebungen und Vertiefungen) versehen sein. In speziellen Ausführungsvarianten sind Rillenprofile mit teils abgerundeten oder teils rechteckförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen vorgesehen. Die Rillen einer erfindungsgemäßen Struktur (z. B. einer Vertiefungsstruktur) sind bevorzugt zwischen 10 m und 500 μιτι tief und zwischen 30 μιτι und 500 μιτι breit. Die Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks weisen bevorzugt einen Abstand zueinander auf, der zwischen 30 μιτι und 500 μιτι liegt, so dass zwischen den Rillen eine flächige Rücken- bzw. Stegpartie (Erhebung) entsprechender Breite erzeugt wird. Die in die Oberfläche des Werkstücks eingebrachte Struktur kann sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig sein. Die Struktur kann aber auch eine Vielzahl von Leisten umfassen, die vorzugsweise als Rundleisten aus- gebildet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Werkstück eine Struktur mit einer Vielzahl von Rillen oder Leisten einheitlicher Orientierung auf.

Aufgrund einer möglichen Formungenauigkeit des Rohteils (insbesondere bei in industrieller Massenfertigung hergestellten Rohteilen) besteht die Möglichkeit, dass nach dem Einbringen der Struktur im ersten Verfahrensschritt die Vertiefungen eine uneinheitliche, entlang der Oberfläche wechselnde Tiefe aufweisen. Das heißt, die Solltiefe kann beispielsweise um 10 m bis 100 μιτι schwanken zugleich kann auch die Oberflächenrauigkeit um 10% bis 50% schwanken.

Ein solchermaßen bearbeitetes Werkstück möge nun ein als Motorblock 16 ausgebildetes Werkstück 16' sein. Der Motorblock 16 weist insbesondere eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 14 auf, die nach dem oben dargestell- ten ersten Verfahrensschritt eine Oberfläche 12 mit einer Struktur 15 in Form von Rillen aufweisen. Ein solcher Motorblock 16 kann z.B. aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Dieser wird erfindungsgemäß aus einer Anlage zur Durchführung des ersten Verfahrensschritts an eine nachfolgend näher beschriebene Anlage 10 übergeben, in der weitere Verfahrensschritte der erfin- dungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden.

Die in der Fig. 1 gezeigte Anlage 10 ist für das Bearbeiten einer Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 in dem als Motorblock 16 ausgebildeten Werkstück ausgelegt, indem die Oberfläche 12 mittels pulsierender Fluidstrahlen 18 aus Wasser beaufschlagt wird. Das Wasser der Fluidstrahlen 18 kann Reinigungsmittel, Biozid und Korrosionsschutzmittel enthalten und auch mit chemischen und/oder abrasiven Bestandteilen versetzt sein. Für das Erzeugen der Fluidstrahlen 18 aus Wasser hat die Anlage 10 eine Pumpvorrichtung 20 und eine Kannnner 22 mit einer Einrichtung 24 für das Erzeugen von Fluid-Druckwellen. Die Einrichtung 24 ist an einen steuerbaren Frequenzgenerator angeschlossen. Die Einrichtung 24 enthält einen Pie- zokristall, der als elektromechanischer Wandler wirkt und mit einer Sonotrode verbunden ist. Wenn die Kammer 22 mit Wasser gefüllt ist, können mit der Sonotrode in dem Wasser Druckwellen mit einer Frequenz v erzeugt werden, die bevorzugt in dem Bereich 10 kHz < v < 50 kHz liegt.

Für das Erzeugen von Druckwellen wird der Piezokristall mit einer hochfrequenten Wechselspannung aus einem Frequenzgenerator beaufschlagt. Der Frequenzgenerator ist für das Erzeugen von Ultraschallfrequenzen ausgelegt, bevorzugt Ultraschallfrequenzen in dem Bereich 10 kHz < v < 50 kHz. Durch Einstellen der Frequenz v und der Amplitude A _P der mit dem Frequenzgenerator erzeugten Wechselspannung kann die Wellenlänge λ und die Amplitude der Druckwellen in der Leitung 26 variiert werden.

Die Leitung 26 verbindet die Kammer 22 mit einem Düsenwerkzeug 28, das eine Düsenkammer hat und mehrere Düsen 30 enthält. Grundsätzlich kann das Düsenwerkzeug 28 allerdings auch als ein Düsenwerkzeug ausgebildet werden, das lediglich eine Düse aufweist. Der die Flüssigkeit in der Düsenkammer beaufschlagende Druck beträgt z. B. 600 bar oder auch sehr viel mehr, z. B. 3000 bar. Die Leitung 26 hat einen kammerseitigen Abschnitt und umfasst einen düsenseitigen Abschnitt. Der kammerseitige Abschnitt und der düsenseitige Abschnitt sind mittels eines Drehgelenks 32 verbunden. In dem Drehgelenk 32 kann der düsenseitige Abschnitt mittels eines motorischen Drehantriebs um eine zu der Leitung 26 koaxiale Spindelachse 34 oszillierend und/oder rotierend bewegt werden.

Das Werkstück 16' ist an einem z. B. als Roboter ausgebildeten Manipulator 36 aufgenommen, an dem es in der mit dem Doppelpfeil 38 kenntlich ge- machten Richtung verlagert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Düsenwerkzeug 28 und das Werkstück 16' relativ zueinander zu bewegen und die Oberfläche 12 mit pulsierenden Hochdruck-Fluidstrahlen aus dem Düsenwerkzeug 28 zu beaufschlagen.

Es sei bemerkt, dass in einer alternativen Ausführungsform der Anlage 10 auch vorgesehen sein kann, dass das Werkstück 16' unbeweglich angeordnet ist und das an der Leitung 26 aufgenommene Düsenwerkzeug 28 mittels eines Manipulators 36 in der Richtung des Doppelpfeils 38 gegenüber dem Werkstück 16' bewegt wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Werkstück und Düsenwerkzeug jedenfalls derart relativ zueinander bewegt, dass das Düsenwerkzeug in einem Winkel ungleich Null bezogen auf eine im Werkstück vorliegende Rillenstruktur bewegt wird. Damit können mit dem Düsenwerkzeug längliche Mikrostrukturen erzeugt wer- den, die die makroskopische Struktur kreuzen.

Die Anlage 10 umfasst einen Steuerrechner 39 mit einem Datenspeicher. Der Steuerrechner 39 ist mit der Pumpvorrichtung 20, mit der Einrichtung 24 für das Erzeugen von Fluiddruckwellen, mit dem motorischen Drehantrieb in dem Drehgelenk 32 und auch mit dem Manipulator 36 verbunden.

Die Anlage 10 enthält eine Messeinrichtung 40 mit einem konfokalen Mikroskop 42 für das Vermessen der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 nach dem Bearbeiten mit dem Düsenwerkezug 28. Das konfokale Mikroskop 42 ist an einer Halteeinrichtung 44 aufgenommen und lässt sich damit in eine Zylinderbohrung 14 des Motorblocks 16 einführen. Das konfokale Mikroskop 42 kann um die Achse 45 einer Zylinderbohrung 14 rotiert werden und enthält einen Bildsensor für das Erfassen einer konfokalen Abbildung von Punkten auf der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14.

Mit der Messeinrichtung 40 ist es möglich, die Topografie und die für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Eigenschaften der Oberfläche 12 in einer Zylinderbohrung 14 ortsaufgelöst zu erfassen. Die Messeinrichtung 40 ist mit dem Steuerrechner 39 verbunden, der aufgrund der mit der Messeinrichtung 40 für eine nach dem Bearbeiten mit dem Düsenwerkzeug 28 erfassten Oberflächentopografie der Zylinderbohrung 14 einen oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug 28 zum Bearbeiten einer weiteren Zylinderbohrung 14 des gleichen Motorblocks 16 o- der eines anderen Motorblocks 16 steuert, z.B. den Flüssigkeitsdruck in der Düsenkammer, die Vorschubgeschwindigkeit der relativen Verlagerung von Düsenwerkzeug 28 und Motorblock 16 in der Richtung der Spindelachse 34, die Drehzahl um die Spindelachse 34, die Pulsfrequenz eines Fluidstrahls, die Pulsdauer eines Fluidstrahls aus den Düsen 30, die Amplitude und/oder Leistung des als Ultraschallgenerator wirkenden Frequenzgenerators für das Erzeugen von gepulsten Fluidstrahlen. Erfindungsgemäß kann also das Werkstück (hier als Motorblock ausgestaltet) in den oben geschilderten Verfahrensschritten aus einem leichten, vergleichsweise weichen und/oder kostengünstigen Werkstoff, wie beispielsweise einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung hergestellt und kostengünstig bearbeitet werden. Dabei dient das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt nicht nur zur Bereitstellung einer qualitativ hochwertigen Oberfläche mit gleichmäßiger Struktur und Rauigkeit, sondern es kann insbesondere auch zur Bereitstellung einer für eine spätere Beschichtung mit einem vom Werkstoff des Rohteils unterschiedlichen Werkstoff vorbereiteten Oberfläche dienen.

Für das Verbessern der tribologischen Eigenschaften und um für einen aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblock trotz der hohen Temperaturen und Drücken bei den Verbrennungsprozessen in einer Brennkraftmaschine eine große Standzeit zu ermöglichen, werden vorliegend die Zylinder- bohrungen in einem erfindungsgemäßen Motorblock in einem thermischen Spritzverfahren mit einer metallischen Legierung beschichtet. Durch das Beschichten der Zylinderbohrungen lässt sich auch das Gewicht des Mo- torblocks verringern, indem als Basiswerkstoff für das Rohteil ein leichterer Werkstoff gewählt wird. Somit werden kompakte Bauformen ermöglicht, etwa Zylinderkurbelgehäuse, in denen die Zylinderbohrungen im Vergleich zu herkömmlichen Gehäusen einen verringerten Abstand voneinander haben.

Eine solche metallische Legierung der Beschichtung unterscheidet sich durch einen oder mehrere Legierungsanteile deutlich vom Basiswerkstoff des Motorblocks. Beispielsweise kann der Werkstoff der Beschichtung z. B. einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,8 und 0,9 Gewichtsprozent haben und insbe- sondere dispergierte reibungsvermindernde Füllstoffe in Form von Graphit, Molybdänsulfid und Wolframsulfid enthalten.

Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt des Motorblocks 16 aus Fig. 1 mit dem Düsenwerkzeug 28. Die Zylinderbohrung 14 ist auf der Seite des Kurbelwellen- triebs 46 erweitert und hat einen Honfreigang 48 mit einem Absatz 50 und einer Pulsationsbohrung 52, die einen Druckausgleich zwischen den unterschiedlichen Zylinderbohrungen 14 in dem Motorblock 16 ermöglicht.

Durch das Beaufschlagen der Oberfläche 12 der Zylinderbohrung 14 bei gleichzeitigem Verlagern des Düsenwerkzeugs 28 relativ zu dem Motorblock 16 kann die Oberfläche 12 in ihren unterschiedlichen Bereichen definiert auf- geraut werden.

Mit dem Düsenwerkzeug 28 ist es möglich, Bereiche der Oberfläche 12 der Zylinderbohrung aufzurauen, d. h. insbesondere mit Mikrostrukturen zu versehen, in denen eine Strukturierung der Oberfläche mit einem mechanischen Schneidwerkzeug oder mittels Laserbearbeitung nicht bewirkt werden kann, weil diese Bereiche wie etwa eine Pulsationsbohrung 52 aufgrund ihrer lokale Geometrie für ein Schneid- oder Laserwerkzeug nicht oder nur sehr schwer zugänglich sind. Ein in der Fig. 2 gezeigter Fluidstrahl 56 aus dem Düsenwerkzeug 28 hat einen Strahlwinkel a, der zwischen 10° und 60° liegt und der vorzugsweise 20° beträgt. Der Strahlwinkel α ist der von dem Fluidstrahl 56 aufgespannte Winkel nach dem Austreten aus der Öffnung der Düse 30 des Düsenwerk- zeugs 28. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass auch die Flanken 58 von Rillen in der Oberfläche eines Werkstücks mit dem Fluidstrahl aufgeraut werden können und sich durch das Beaufschlagen mit einem Fluidstrahl an diesen Stellen ebenfalls Mikrostrukturen erzeugen lassen. In einer modifizierten Ausführungsform der Anlage hat das Düsenwerkzeug 28 mehrere Düsenöffnungen, aus denen ein Hochdruck-Fluidstrahl mit einem unterschiedlichen Strahlwinkel α austreten kann.

Die Fig. 3 zeigt für den aus dem Düsenwerkzeug 28 austretenden Fluidstrahl 56 den Auftreffwinkel ß auf die Oberfläche 12. Dieser Auftreffwinkel ß ist auf die mittlere Strahlrichtung 57 bezogen. Er entspricht dem Winkel ß zwischen der mittleren Strahlrichtung 57 und dem senkrechten Lot 61 der mittleren Strahlrichtung 57 auf die lokale Tangentialebene 59 an die Oberfläche 12 in dem Auftreffpunkt 63, in dem die mittlere Strahlrichtung 57 die Oberfläche 12 schneidet. Eine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass in der Oberfläche 12 besonders effizient Mikrostrukturen erzeugt werden können, wenn für den vorstehend angegebenen Auftreffwinkel ß gilt: 70° < ß < 90°.

Die durch eine spanabhebende, mechanische Bearbeitung auf einer Oberflä- che erzeugte Verschmutzung in Form von Kühlschmierstoffen und Spänen wird dabei abgetragen. Das hat zur Folge, dass eine Reinigung der Oberfläche vor dem Aufbringen der Beschichtung in einem separaten Reinigungsschritt nicht mehr unbedingt notwendig ist. Um ein Werkstück vor dem Beschichten von Flüssigkeitsresten zu befreien, wird dieses mit Blasluft beauf- schlagt und anschließend z.B. in einem Vakuumtrockner getrocknet. Die Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnittprofils der Oberfläche eines Werkstücks mit einer eine als Rillenstruktur ausgebildeten Struktur mit einer Vielzahl von Rillen 60. Die Rillen 60 sind eine Vertiefungsstruktur in der Oberfläche 12 des Werkstücks. Sie sind vorliegend ca. 50 μιτι tief und ca. 100 m breit. Der Abstand zwischen zwei Rillen 60, d.h. die Breite des Rückens zwischen den beträgt hier etwa 100 μιτι.

Die Oberfläche 12 hat eine auf die Mittellinie 64 bezogenen Rauheit mit einem Rauheitswert Rz, der durch das Beaufschlagen der Oberfläche 12 mit dem Hochdruck-Fluidstrahl um mindestens etwa 20% erhöht wird.

Die Fig. 5 zeigt in einer vergrößerten Ansicht die entsprechend aufgeraute Oberfläche mit Mikrostrukturen 54 nach dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl aus dem Düsenwerkzeug 28 in der Anlage 10. Für den auf die Mittellinie 64 ^' bezogenen Rauheitswert Rz ^' gilt hier: Rz ^' > 1 ,2 χ Rz.

Die Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf die mit Mikrostrukturen versehenen Oberfläche 12 des Werkstücks nach dem Beaufschlagen mit einem Hochdruck-Fluidstrahl aus einer Flüssigkeit. In den Steg- bzw. Rückenab- schnitten, Flanken und Tälern der Rillenstruktur gibt es hier gleichförmig verteilte Mikrostrukturen 54, welche die Rauheit der Oberfläche 12 vergrößern, d.h. z. B. einen Rauheitswert Rz = 50 μιτι der mit der Rillenstruktur versehenen Oberfläche 12 vor dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl auf einen Rauheitswert Rz ^' = 60 μιτι nach dem Beaufschlagen mit dem Hochdruck-Fluidstrahl erhöhen.

Die Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines weiteren Werkstücks 16', das eine Oberfläche 12' mit einer rillenförmigen Struktur in Form von schwalben- schwanzförmigem Rillen 60' mit Hinterschneidungen hat.

In der Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Werkstücks 16" mit einer Oberfläche 12" gezeigt, in der eine Struktur mit einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Rundrillen 60" ausgebildet ist. Die Fig. 9 zeigt ein Werkstück 16"', das eine Oberfläche 12"' mit einer Struktur in Form von vielen nebeneinanderliegenden Rundleisten 62 aufweist. Es sei bemerkt, dass der Steuerrechner 39 in einer modifizierten Ausführungsform der Anlage 10 aus Fig. 1 auch ein Computerprogramm mit einem Regelkreis enthalten kann, mittels dessen ein oder mehrere Betriebsparameter für das Düsenwerkzeug 28 zum Bearbeiten der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 in Abhängigkeit der mit der Messeinrichtung 40 erfassten lokalen topografischen oder der für die Adhäsion einer aufgetragenen Be- schichtung relevanten Eigenschaften einer Oberfläche 12 in einer zuvor bearbeiteten anderen Zylinderbohrung 14 eines Motorblocks 16 geregelt werden. Darüber hinaus sei bemerkt, dass die Messeinrichtung 40 grundsätzlich auch als eine Einrichtung für das Vermessen der Oberfläche 12 einer Zylinderbohrung 14 mit dem Tastschnittverfahren ausgebildet sein kann. Außerdem ist es auch möglich, die Oberfläche von Werkstücken mit einem Elektronenmikroskop zu vermessen, um die Topografie der Oberfläche und deren für die Adhäsion einer aufgetragenen Beschichtung relevanten Eigenschaften zu bestimmen. Schließlich ist zu bemerken, dass die Anlage 10 auch für das Beaufschlagen von Werkstücken mit kontinuierlichen, nicht-pulsierenden Flu- idstrahlen ausgebildet sein kann. Für das Erzeugen von Mikrostrukturen 54 in der Oberfläche 12 von einem Werkstück kann die Anlage 10 z. B. mit einer Flüssigkeit betrieben werden, die aus Wasser und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Reinigungsmittel, z. B. Waschlauge und/oder aus einer Mischung aus Wasser und Biozid und/oder Korrosionsschutzmittel und/oder aus einer Wasser-Öl-Emulsion und/oder aus Öl besteht. Es ist auch möglich, dieser Flüssigkeit chemische und/oder abrasive Bestandteile zuzusetzen, um die das Material eines Werkstücks abtragende Wirkung eines Hochdruck-Fluidstrahls aus dieser Flüssig- keit zu steigern. Mit der in der Fig. 1 gezeigten Anlage 10 können natürlich auch Fluidstrahlen für das Beaufschlagen der Oberfläche von Werkstücken bereitgestellt werden, die nicht pulsieren. Mit einem pulsierenden Fluidstrahl, der aus dem Düsenwerkzeug 28 austritt, kann jedoch bei gleichem Druck in der Düsenkammer eine größere Abrasionswirkung erzielt werden als mit einem nicht pulsierenden Fluidstrahl.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{' "} und/oder ein Verfahren zum Vorbereiten einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{' "} für das Beschichten, bei dem in die Oberfläche 12 des Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{" '} mit einem Werkzeug eine Struktur 15, insbesondere eine makroskopische Struktur, z.B. eine Rillen- und/oder Leistenstruktur einge- bracht wird. Die Oberfläche des Werkstücks wird nach dem Einbringen der Struktur 15 für das Erzeugen von Mikrostrukturen 54 mit einem Fluid, insbesondere mit einer Flüssigkeit beaufschlagt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Veredeln der Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{' "} , bei dem die Oberfläche 12 des Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{" '} beschichtet wird, nachdem die Oberfläche 12 mit einem solchen Verfahren vorbereitet wurde. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum Vorbereiten einer Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^{' "} für das Beschichten einer Vorrichtung und zum Veredeln der Oberfläche 12 eines Werkstücks 16, 16', 16 ^" , 16 ^" \

Bezugszeichenliste:

10 Anlage

12, 12',

12", 12"' Oberfläche

14 Zylinderbohrung

15 Struktur

16 Motorblock

16' Werkstück

16", 16"' Werkstück

18 Fluidstrahl

20 Pumpvorrichtung

22 Kammer

24 Einrichtung für das Erzeugen von Fluiddruckwellen 26 Leitung

28 Düsenwerkzeug

30 Düse, Düsenöffnung

32 Drehgelenk

34 Spindelachse

36 Manipulator

38 Doppelpfeil

39 Steuerrechner, Steuer- und/oder Regeleinrichtung

40 Messeinrichtung

42 Mikroskop

44 Halteeinrichtung

45 Achse

54 Mikrostrukturen

56 Fluidstrahl

57 Strahlrichtung

58 Flanken

59 Tangentialebene

60, 60' Rillen " Rundrillen Lot

Rundleisten

Auftreffpunkt

Mittellinie