DE1583752B2

DE1583752B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstückes mit pulverförmigem Material

Info

Publication number: DE1583752B2
Application number: DE1583752A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Dr.-Chem. Kawasaki Kanagawa Inoue (Japan)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-01-17
Filing date: 1968-01-15
Publication date: 1974-06-20
Also published as: CH492802A; NL6800644A; GB1204261A; SE351795B; DE1583752A1; NL165086B; NL165086C; DE1583752C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstückes mit pulverförmigem Material, das die für das Erzielen eines Haftverbundes mit der Oberfläche erforderliche kinetische Energie durch eine Funkenentladung erhält. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt (USA.-Patentschrift 3 220 873). Das Beschichten der Oberfläche eines Werkstückes mit pulverförmigem Material erfolgt dabei dadurch, daß man in das Beschichtungsmaterial Elektroden einbringt, die zwischen sich die Funkenentladungsstrecke bilden, das pulverförmige Material zu einer einen festen Zusammenhalt aufweisenden Masse verbäckt, das Gesamte dann einschließlich des zu beschichtenden Werkstückes in eine Flüssigkeit einbringt und in dieser die Funkenentladung auslöst. Auch ist es schon bekannt (USA.-Patentschrift 3 212914), dem pulverförmigen Material die für das Erzielen eines Haftverbundes mit der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstückes erforderliche kinetische Energie nicht unmittelbar durch die Funkenentladung, sondern durch Zwischenschaltung eines Gaspolsters zu übertragen. Durch die Funkenentladung entsteht dabei eine Stoßwelle derartiger Geschwindigkeit und Energie, daß beim Überführen des pulverförmigen Materials auf die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstückes ein Anhaften des Materials an der Oberfläche eintritt. Es können dabei z. B. Werkstücke aus Stahl mit hochharten Oberflächenbeschichtungen z. B. aus Wolframcarbid beschichtet werden.

Bei den bekannten Verfahren treten jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf. Wird nämlich das zum Beschichten verwendete pulverförmige Material lose verwendet, so kann es nur mit Schwierigkeiten gehandhabt und im richtigen Moment in die Nähe der Funkenentladungsstrecke gebracht werden. Bildet man aber aus den losen Teilchen des pulverförmigen Materials einen leicht zu handhabenden Körper, in dem die Teilchen miteinander verbacken sind, so geht ein erheblicher Teil der von der Funkenentladung herrührenden kinetischen Energie für die Auflösung dieses Körpers in Einzelteilchen verloren, so daß der erzielte Haftverbund des pulverförmigen Materials mit der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstükkes von verminderter Qualität ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Handhabung des pulverförmigen Materials im Rahmen des

Verfahrens zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstückes zu vereinfachen und dabei gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad der Ausnützung der von der Funkenentladung herrührenden kinetischen Energie für das Erzielen des Haftverbundes des pulverförmigen Materials mit dem Werkstück sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das pulverförmige Material zunächst von einer Folie gehalten wird und daß dieses Material infolge der Zerstörung der Folie durch die von der Funkenentladung erzeugte Druckwelle freigesetzt wird.

Diese technologische Ausbildung des Verfahrens führt dazu, daß nunmehr das Arbeiten mit pulverförmigem Material ohne Schwierigkeit möglich ist. Die Teilchen des pulverförmigen Materials müssen nicht mehr miteinander verbacken sein, sie können vielmehr lose vorliegen. Es geht deshalb keine Energie der von der Funkenentladung erzeugten Stoßwelle für die erforderliche Trennung der einzelnen Teilchen voneinander verloren. Trotz dieser vom Wirkungsgrad her günstigen Form der Verwendung des pulverförmigen Materials kann dieses, von der Folie gehalten, äußerst einfach gehandhabt werden. Auch ermöglicht es die Verwendung einer Folie, entsprechende Mengen pulverförmigen Materials vorzuverpacken und jeweils im geeigneten Moment der Funkenentladung auszusetzen. Jede Stoßwelle, die zum Erzielen des Haftverbundes zwischen der zu beschichtenden Oberfläche des Werkstückes und dem pulverförmigen Material ausreicht, kann bei Beaufschlagen des pulverförmigen Materials die dieses haltende Folie mühelos zerreißen. Die dafür aufzuwendende Energie ist äußerst gering, weil auch sehr dünne, leicht zerstörbare Folien ausreichende mechanische Eigenschaften für das Halten des pulverförmigen Materials haben. Derartige Folien setzen dem Freisetzen des Materials durch die von der Funkenentladung herrührende Druckwelle nahezu keinen Widerstand entgegen. Durch die Halterung des pulverförmigen Materials in der Folie sind weiter Materialverluste bei der Handhabung bzw. beim Vorgang der Beschichtung ausgeschlossen, was weiter zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beiträgt. Es können somit auf diese Weise zahlreiche Beschichtungen von praktischer Bedeutung auf einfache Weise und mit guter Qualität hergestellt werden. Beschichtet man beispielsweise eine Aluminiumfolie mit Tantal oder Titan, so erhält man ausgezeichnete Kondensatorplatten. Wird eine dünne Schicht Gold oder Aluminium auf ein Siliciumplättchen aufgebracht, so erhält man Halbleitermaterialien von guter Qualität. Es können auch leicht photoelektrische Elemente hergestellt werden, wenn man auf geeignete Substrate Bleisulfid und Cadmium mit Hilfe der von der Funkenentladung erzeugten Druckwelle auf diese von einer Folie gehaltenen Materialien einwirken läßt.

Dabei ist es zweckmäßig, die Funkenentladung zwischen zwei Elektroden zu erzeugen, die durch einen bei Durchgang eines Stromimpulses zerstörbaren Leiter kurzgeschlossen sind. Die Verwendung eines solchen schmelzbaren Leiters zwischen den Elektroden bewirkt, daß bei Anlegen der die Funkenentladung auslösenden Energie an die Elektroden zunächst der schmelzbare Leiter zerstört wird und sich die Funkenentladung erst anschließend voll ausbildet. Damit wird die Entladungszeit verlängert und somit die Notwendigkeit der Zerstörung der Folie, der Freisetzung des pulverförmigen Materials und des Aufbringens dieses Materials auf die Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks besser angepaßt.

Die Funkenentladung kann im selben Takt ausgelöst werden, mit dem das pulverförmige Material in die Bahn der durch die Funkenentladung erzeugten Stoßwelle eingebracht wird. Die Steuerung der Funkenentladung kann dabei durch elektrische Mittel erfolgen, wird aber häufig auch durch entsprechende Vibration der Elektroden bei fester angelegter Spannung erzielt, wobei die Länge der Funkenentladungsstrecke ständig geändert wird und jeweils dann ein Funkenüberschlag erfolgt, wenn die Elektroden einen Abstand haben, der kleiner ist als der den Funkenüberschlag ermöglichende Grenzwert. Wird nun die Funkenentladung im selben Takt ausgelöst, mit dem das pulverförmige Material in die Bahn der Stoßwelle eingebracht wird, so erhält man ein gut steuerbares Arbeitsverfahren mit einem hohen Ausstoß.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird nacheinander jeweils neu vor die Elektroden für die Funkenentladung gebrachtes pulverförmiges Material durch unmittelbar aufeinanderfolgende Funkenentladüngen von der Folie auf die Oberfläche des Werkstückes überführt. Damit ist ein kontinuierlich anwendbares Verfahren erzielt und eine unnötige Materialverschwendung vermieden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das pulverförmige Material auf einer Drehscheibe angeordnet wird, die aus durch die Funkenentladung oder die von ihr erzeugte Druckwelle zerstörbarem Material besteht. Verfährt man auf diese Weise, so können die Funkenentladungen in dichter Folge ausgelöst werden.

Auch kann man das pulverförmige Material zwischen Metallfolien eingekapselt halten, die voneinander entfernt liegende Taschen aufweisen und eine bandförmige Elektrode für die Funkenentladung bilden. Es wird dabei zweckmäßig eine aus Aluminium, Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen oder deren Legierungen bestehende Metallfolie verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, der Funkenentladung jeweils nur gerade diejenige Menge pulverförmigen Materials auszusetzen, die von der Funkenentladung zuverlässig auf den zu beschichtenden Körper überführt werden kann. Unnötiger Materialverbrauch und eine Verschmutzung der verwendeten Einrichtungen durch nicht am zu beschichtenden Werkstück anhaftendes pulverförmiges Material ist dabei vermieden. Da die Taschen, die das pulverförmige Material aufnehmen, aus Metallfolien gebildet sind und eine bandförmige Elektrode bilden, ist dadurch das Material selbsttätig unmittelbar in die Funkenentladungsstrecke eingebracht, die zwischen einer Nadelelektrode und der bandförmigen, aus den Metallfolien gefertigten Elektrode ausgebildet wird. Auch hier ist eine rasche Folge der Funkenentladung möglich, da das Zuführen des Taschenbandes mit guter Präzision auch mit erheblicher Geschwindigkeit erfolgen kann. Die für die Metallfolie verwendeten Werkstoffe sind solche, die letztlich an der plattierten Oberfläche des Werkstücks vorhanden sein sollen, die also sowohl mit dem pulverförmigen Material als auch mit der Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks leicht verbindbar sind.

So wird beispielsweise eine Nickelfolie verwendet, wenn Wolframcarbid oder eine ähnliche Hartmetallauflage auf Stahl aufgebracht werden soll. Das Nickel wirkt dann als Bindeschicht zwischen den einzelnen

Teilchen des pulverförmiger! Materials und dem Werkstück.

Zweckmäßig wird die durch die Funkenentladung erzeugte Stoßwelle in ihrer Bahn durch einen Lauf begrenzt, der zum Unterstützen der Bildung des Haftverbundes des pulverförmigen Materials mit dem Werkstück auf eine Temperatur unter 80° C gekühlt wird. Es wird damit eine gute Konzentration des pulverförmigen Materials auf die zu beschichtende Oberfläche erreicht, der Wirkungsgrad erhöht und der Materialverschwendung entgegengewirkt.

Besonders wirkungsvoll kann das Verfahren Verwendung finden, wenn die Funkenentladungsstrecke von dem von der Folie gehaltenen pulverförmigen Material umgeben ist.

Die mit einer zur Erzeugung einer Druckwelle dienenden Funkenentladungsstrecke ausgerüstete Vorrichtung zum Durchführen des genannten Verfahrens kann zweckmäßig so ausgebildet sein, daß die Funkenentladungsstrecke in einer Kammer angeordnet ist, die über einen Schalldämpfer in die freie Atmosphäre entlüftet ist. Die das pulverförmige Material haltende Folie trennt dann die die Funkenentladungsstrecke haltende Kammer von der das zu beschichtende Werkstück enthaltenden Kammer. Die Entlüftung der die Funkenentladungsstrecke enthaltenden Kammer in die freie Atmosphäre bewirkt, daß sich keine Druckverhältnisse entwickeln können, die die Bewegung der Teilchen des pulverförmigen Materials zum Werkstück zu hemmen vermöchten. Da es sich bei der Funkenentladung um einen detonationsähnlichen Vorgang handelt, wird in die Entlüftung ein Schalldämpfer einbezogen.

Auch kann die Funkenentladungstrecke parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks verschieblich sein. Damit kann eine geeignete Anordnung auch für die Beschichtung größerer Oberflächen erzielt werden. Überdies hat sich die Wirkung der Druckwelle in einer Richtung parallel zur Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks als besonders vorteilhaft erwiesen.

In einer Ausgestaltung wird die das pulverförmige Material haltende Folie selbst aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und eine Elektrode der Funkenentladungsstrecke bilden. Damit erzielt man gut gleichmäßige Bedingungen immer dann, wenn Werkstückoberflächen größerer Ausdehnung gleichmäßig beschichtet werden sollen. Es ergibt sich nämlich eine weitgehend ausgeglichene Verteilung des pulverförmigen Materials über die gesamte Oberfläche, wenn die das pulverförmige Material haltende Folie selbst als eine Elektrode der Funkenentladungsstrecke dient.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zum Ablagern von Partikeln auf einem Werkstück,

Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1, die in Kombination mit einem Hochfrequenzfeld verwendet ist,

Fig. 4 eine abgewandelte Schaltung für die Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Detonationsquelle,

F i g. 6 eine Ansicht gemäß F i g. 5 mit einem in die Masse pulverförmigen Materials eingebrachten Schmelzdraht,

F i g. 7 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform,

F i g. 8 einen Schnitt und eine Schaltung zur Veranschaulichung einer magnetischen Ablenkung,

Fig. 9 eine Ansicht der in Beispiel I verwendeten Anordnung,

Fig. 10 einen Axialschnitt durch eine Vorrichtung zum Ablagern von Partikeln mit vertikalem Lauf,

Fig. 11 einen Axialschnitt durch eine andere Vorrichtung mit Lauf,

Fig. 12 schematisch einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Oberflächen,
^X5 F i g. 13 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 14 einen Schnitt entsprechend Fig. 12 einer anderen Ausführungsform,

Fig. 15 schematisch eine Ansicht mit zugehöriger Schaltung einer Vorrichtung zum gleichförmigen Beschichten verhältnismäßig ausgedehnter, ebener Oberflächen,

Fig. 16 eine Ansicht einer Vielröhrenreihe gemäß Fig. 15,

^Z5 Fig. 17 eine Ansicht entsprechend Fig. 16 einer abgewandelten Vielröhrenreihe,

Fig. 18 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Beschichten einer konkaven Oberfläche,

Fig. 19 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zum Beschichten konvexer Oberflächen,

Fig. 20 im vergrößerten Maßstab und teilweise im Schnitt eine Detailansicht der Kühlung für einen Lauf, Fig. 21 schematisch einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 22 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur des Laufs und der Adhäsion der Teilchen am Lauf, und

Fig. 23 und 23 A einen Axialschnitt durch eine Be-Schichtungsvorrichtung mit einem Magazin.

F i g. 1 zeigt ein Gehäuse 10, dessen Kammern 11 und 12 auf den gegenüberliegenden Seiten eines Werkstücks 13 Elektrodenhalter 14 bzw. 15 enthalten. Die Elektrodenhalter 14,15 sind in ihren jeweiligen Lagern 16,17 entgegen der Kraft einer Rückholfeder 18 horizontal verstellbar und tragen über Verschlußschrauben 21, 22 Funkenentladungselektroden 19, 20. Die Elektroden 19 und 20 begrenzen zwischen sich eine Entladungsstrecke 23 und sind von einer Menge Teilchen 24 umgeben, mit denen das Werkstück 13 überzogen werden soll. Letzteres ist unterhalb der Detonationsquelle angeordnet, die aus den Elektroden besteht. Ein Kondensator 25 überbrückt die Elektrodenhalter 14,15, und zwar zusammen mit einem parametrisch speisbaren Kondensator 26, wobei der parametrische Umformer aus einer Solenoidspule 27 besteht, die einen Anker 28 umgibt, der fest mit dem Elektrodenhalter 15 verbunden ist. Eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 29 ist mit der zweiten Wicklung eines Umformers 30 parallelgeschaltet, der von einer Wechselstromquelle 31 gespeist wird und den unteren Wicklungsabschnitt der Solenoidspule speist. Ein Servomotor 33 betätigt die Detonationsquelle, um sie längs der Oberflächen des Werkstückes entlangstreichen zu lassen, also senkrecht zur Ebene der Zeichnung.

Wenn dem Umformer 30 Wechselstrom zugeführt wird, werden die Kondensatoren 25 und 26 über die

jeweiligen Wicklungen der Solenoidspule 27 geladen. Ist ein ausreichend hohes Potential für den Durchschlag der Entladungsstrecke 23 erreicht, springt zwischen den Elektroden 19 und 20 ein Funken über, und die resultierende Impulskraft oder Detonation treibt das pulverförmige Material gegen das Werkstück 13. Durch Entladung beispielsweise des Kondensators 25 wird Strom durch die Solenoidspule 27 geführt, und dadurch entsteht eine seitliche Schwingung des Ganzen entgegen der Kraft der Feder 18. Der Kondensator 26 hält der Entladung weiterhin stand, fördert die Schwingung und verlängert dadurch die Dauer der Detonation. Diese Schwingung vergrößert den von der Detonationswelle abgetasteten Bereich des Werkstücks 13.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der eine Elektrode 32,33, die von pulverförmigem Material 34 umgeben ist, neben einem weiteren Körper 35 in Fluchtlinie mit der Entladungsstrecke liegt. Entweder ein Werkstück 36 oder der weitere Körper 35 können einen Reflektor bilden, der die Stoßwelle zurückleitet und eine maximale Ausnützung der Entladung gewährleistet. Desgleichen kann jedes dieser zwei Elemente das Werkstück sein, auf dem das pulverförmige Material abgelagert wird. Eine (in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte) Trennwand 37 kann einen Raum im Gehäuse schließen, und dieser kann dadurch unter Vakuum gesetzt werden. Zusätzlich können nichtoxydierende Gase (z. B. Stickstoff) verwendet werden.

F i g. 3 zeigt einen Behälter 40, der durch eine Abdichtung 41 und eine Abdeckung 42 verschlossen ist. Eine Saugpumpe 43 dient zum Reduzieren des im Behälter herrschenden Druckes. Der Behälter enthält zwei voneinander abgerückte Platten 44, 45, die das Werkstück bilden und die auf den einander gegenüberliegenden Seiten einer Detonationsquelle angeordnet sind. Die Detonationsquelle besteht aus zwei Elektroden 46, 47, die jeweils durch eine Feder 48 nach innen gedruckt sind. In diesem Fall ist ein verhältnismäßig dünnes Rohr 49 aus pulverförmigem Material vorgesehen, durch dessen Inneres nach dem Schließen eines Schalters 50 die Entladung eingeleitet werden kann. Auch in diesem Fall liegt die Entladungsquelle parallel zu den Oberflächen des aus den Platten 44, 45 bestehenden und zu beschichtenden Werkstücks, so daß die Stoßwelle allgemein quer zu diesen Oberflächen verläuft. Eine Gleichstrombrücke 51 speist einen Kondensator 52 über eine die Stoßwellen löschende Induktanz 53, wenn diese durch einen Transformator 54 und eine Wechselstromquelle 55 gespeist ist. Eine Wechselstromquelle 56, die mit den Werkstückplatten 44, 45 verbunden ist, unterstützt das Ablagern des Pulvers und verbessert die Struktur der Plattierung. Das entsprechende Hochfrequenz-Signal kann zwischen 1 kHz und 10 Hz liegen.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der jedoch ein Wechselstrom- oder Hochfrequenz-Generator aus zwei Resonanznetzwerken 57 besteht, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Induktanz-Mittelabgriffs gebildet und mit Platten 44, 45 verbunden sind. Da diese Elektroden nun die gleiche Polarität haben, wird das bei Entladung im Entladeraum erzeugte Hochfrequenzfeld zwischen dem Pulverkörper und den Platten angelegt.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der die Stoßwellen noch verstärkbar sind, indem ein Schmelzdraht 58 parallel zu einem Pulverstab 59 zwischen Elektroden 60, 61 geschaltet ist. Das System ist sonst identisch mit dem gemäß Fig. 3. Gekuppelte Schalter 62, 63 haben die gleiche Funktion wie der Schalter 50 gemäß F i g. 3 und können den Kondensator entladen, der über die Funkenentladungsstrecke und dem Schmelzdraht angeschlossen ist, der an der dem Werkstück gegenüberliegenden Seite des Pulverstabs angeordnet ist. Die vom Schmelzdraht und der Lichtbogenentladung erzeugten Stoßwellen ergänzen einander, um das Pulver über die Entladungsstrecke zu treiben. Dieses System stellt eine Verbesserung gegenüber der bloßen Funkenentladung hinsichtlich der Menge Pulvers dar, die am Substrat pro Einheit verbrauchter Energie anhaftet.

F i g. 6 zeigt ein noch weiter verbessertes System, bei dem der Schmelzdraht von der Partikelmasse umgeben ist. Hier ist ein Schmelzdraht 70 von einer in die Form eines Rohres 71 gebrachten Partikelmasse, die auf ein Substrat 72 aufplattiert werden soll, umgeben. Ein Kondensator 73 kann durch den Schmelzdraht 70 entladen werden, um ihn zu zertrümmern, wenn ein Schalter 74 geschlossen ist. Eine Batterie 75 dient dabei zum Laden des Kondensators 73. Auch ist es möglich, die Detonationsquelle in bezug auf das Werkstück zu verschwenken oder die Quelle und das Werkstück anderweitig in bezug zueinander zu verstellen und so eine maximale Bedeckung mit Pulver zu erhalten.

Fig. 7 zeigt ein System gemäß Fig. 6 mit einem nach unten konkaven (z. B. parabolischen) Reflektor 76, wobei dann der Draht 70 im Brennpunkt liegt. In einem derartigen System ist eine ausgezeichnete Verteilung des Pulvers und eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Beschichtung erzielbar.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei der die mechanische Ablenkung durch eine elektromagnetische Stoßwellenablenkung ersetzt ist. Eine Magnetspule 77 ist hier derart ausgerichtet, daß ihr Feld quer zu einer Detonationsquelle 78 und einem Werkstück 79, jedoch in der Ebene der Detonationsquelle liegt. Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn die Detonationsquelle einen schmelzbaren Draht 80 enthält, der über einen Kondensator 81 in Serie mit dem Elektromagneten 77 geschaltet ist. Ein Schalter 82 erlaubt die Entladung des Kondensators durch die Serienanordnung sowie das Laden des Kondensators durch eine Batterie 83, wenn der Schalter geöffnet ist. In diesem Fall treten beim Synchronisieren des Magnetimpulsfeldes mit der Entladung keine Schwierigkeiten auf. Fig. 9 zeigt eine Anordnung, in der Wolframkarbidpulver 90 einer Partikelgröße von etwa 0,1 mm in ein Polyäthylenrohr 91 einer Wandstärke von 0,2 mm und eines Innendurchmessers von etwa 25 mm eingebracht wurde. Ein schmelzbarer Kupferdraht 93 eines Durchmessers von etwa 0,12 mm wurde axial durch das Rohr gesteckt. Draht, Rohr und Werkstück 94 hatten eine Länge von etwa 10 mm. Das Werkstück bestand aus Kohlenstoffstahl S55C mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,55 Gewichtsprozent. Die Detonationseinheit befand sich in einem Abstand 95 von 15 mm von der ^üerflache des Werkstücks in einem Behälter gemäß F i g. 3 und wurde bei einem reduzierten Druck von 10~² mm Hg gehalten. Ein Strom wurde durch den Draht geschickt, der stark genug war, den Draht zu schmelzen und eine Entladung einer Energie von 3000 Joule zu bewirken. Dann wurde die Ablagerung 96 auf der Oberfläche des Werkstücks gemessen.

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Sie hatte eine Dicke von 0,06 mm und überdeckt eine Werkstückbreite (also die quer zur Hauptabmessung des Drahts verlaufende Dimension) von etwa 50 mm. Die bei 25 mm liegende Mitte der erzielten Beschichtung war ein zusammenhängender Bereich, die äußeren 12,5 mm auf jeder Seite waren dagegen nicht zusammenhängend. Die Unebenheiten der Oberfläche am Mittelteil betrugen 3 μπι (H_max). Der Entladungsimpuls dauerte etwa 85 ^s. Die Härte H_v betrug 2100 (auf der Vickers-Skala). Bei der Anordnung gemäß F i g. 8 wurde ein Magnet mit 4 bis 5 Wicklungen benutzt, die von einem Strom von 1000 bis 5000 A durchflossen waren. Die Wolframkarbidschicht hatte die gleiche Härte, aber eine Dicke von 0,1 mm und eine Oberflächenrauheit von 3 bis 4 μπι H_max in beiden Fällen. Die Geschwindigkeit der Partikel lag zwischen 100 m/s und 5 km/s.

Fig. 10 zeigt eine Trommel 200, die auf ein Substrat 203 mit einem derartigen Abstand 204 gerichtet ist, daß sich kein überschüssiger statischer Druck im Lauf aufbauen kann. Der Lauf 200 ist mit einer Zuführung versehen, die eine Zuführwalze 219 für eine Folie 220 aus einem leitenden Material einschließt. Eine Kammer 221 ist zumindest teilweise aus einem Laufabschnitt 222 gebildet, der von einer Nadelelektrode 12 elektrisch isoliert ist, die durch einen Motor 223 oder eine Hydraulik vorgeschoben wird, wie in Fig. 11 im einzelnen dargestellt ist. Eine Impulsquelle 206 kann mit der Nadelelektrode 212 und einer korbförmigen Gegenelektrode 224, die der Folie 220 unter geringem Abstand nachgeschaltet ist, parallelgeschaltet sein. So bildet die Folie 220 eine zerstörbare Membran, die das offene Ende der Kammer 221 verschließt und beispielsweise eine Menge nicht leitender oder teilweise nicht leitender Partikel 205 trägt. Nachdem über den Entladungsraum zwischen der Nadel 212 und der Gegenelektroden 224 eine Entladung stattgefunden hat, zerstört die Stoßwelle die Membran 220 und schleudert die Partikel 205 an die Oberfläche 203, so daß darauf eine kohärente Schicht 225 entsteht. Die Gegenelektrode 224 kann in diesem Fall weggelassen und die entsprechende Endklemme der Impulsquelle 206 mit der Folie 220 verbunden sein.

Es wurde eine Vorrichtung der in F i g. 10 gezeigten Art verwendet. Die Folie 220 war eine vernickelte Metallfolie und hatte eine Dicke von etwa 0,006 mm. Die Partikelmasse bestand zu gleichen Teilen aus Wolframkarbid (gesiebt durch ein Sieb von 50 Maschen/cm² und synthetischem Diamant, gesiebt durch ein Sieb von 100 Maschen/cm²). Auf die Folie wurden 5 g des Partikelgemisches aufgebracht und die Nadel 212 mit einer Entladung einer Energie von 8000 Joule beaufschlagt. Das Werkstück war zu 0,55 Gewichtsprozent aus Kohlenstoffstahl (S55C) und die beschichtete Oberfläche war 12 mm von der Folie entfernt. Am Werkstück hafteten ungefähr 4 g Partikel fest an. Entsprechende Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Partikel aus Siliciumkarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Titankarbid bestanden. Nachdem das Werkstück durch eine Aluminiumfolie ersetzt worden war, konnte festgestellt werden, daß die Ablagerung der Titan- und Tantalpartikel mit der gleichen Entladungsenergie und Entladungsvorrichtung leicht durchgeführt werden konnte.

Fig. 11 zeigt ein System, bei dem ein Lauf 300 in eine Beschichtungskammer 330 mündet, die mit einem schalldämpfenden Elastomer 331, wie Schaumgummi, ausgekleidet ist. Die Beschichtungskammer 330 ist über einen Schalldämpfer 332 entlüftet und hat einen Quervorschubträger 333 für das Werkstück 303. Der Quervorschubträger hat Spindeln 334 und 335 für eine Längs- und Querverstellung eines Werk-Stücks 303. Der obere Teil des Laufs 322 ist vom unteren Teil 300 durch isolierende Distanzstücke 336 getrennt, auf denen die Folie 320 aufliegt. Die Folie trägt eine Menge Partikel 305 und ist in diesem Fall im Inneren der Kammer 321 angeordnet, in der der Funken erzeugt wird. Eine Nadelelektrode 312 durchsetzt einen Wanddurchführungsisolator 313 und ist mit einem Speisestromkreis 306 verbunden. Die Zündsteuerung des Systems ist in dieser Ausführungsform durch einen Hydraulikmotor 323 eingestellt, dessen Kolben 337 mit der Nadelelektrode 312 verbunden ist und diese hydraulisch vorrückt. Ein Verteilerventil 338, das einer hydraulischen Pumpe 339 und einem Behälter 340 nachgeschaltet ist, bewirkt die notwendige Einstellung einer Hydraulik 323. Wenn die Nadeiao elektrode 312 sich der Folie 320 ausreichend genähert hat, findet unter Bruch der Folienmembran eine Entladung statt, und die Partikel werden an das Werkstück 303 geschleudert. Die Entladung kann auch durch den Betrieb einer Druckluftquelle 341 eingeleitet werden, die einen Luftstrom in die Kammer 321 einbläst, die darin befindlichen Partikel hochwirbelt und dadurch zwischen der Elektrode und der Folie einen Durchschlag bewirkt.

Fig. 12 zeigt eine Vorrichtung zum Hochenergieplattieren eines Werkstücks 510. Diese hat ein Rohr oder eine Kanone 511 zum Erzeugen der Stoßwellen, deren Lauf 512 in eine Beschichtungskammer 513 eines Gehäuses 514 mündet.

Die Beschichtungskammer 513 ist dabei mit einem schalldämpfenden Elastomer 515, z. B. Schaumgummi, ausgekleidet. Die Beschichtungskammer 513 ist über einen Schalldämpfer 516 entlüftet, wie er in Automobilen oder in Verbrennungskraftmaschinen verwendet wird. Dieser Schalldämpfer begrenzt die Intensität der zur Atmosphäre abgeleiteten Schallwelle. Die Beschichtungskammer 513 hat weiterhin einen Quervorschubträger 517 für ein Werkstück 510, der letzteres wahlweise in die Bahn der aus dem Lauf 512 austretenden Partikel einbringt. Der Quervorschubträger 517 schließt Spindeln 518 und 519 für die Längs- und Querschiebung des Vorschubträgers

- 517 und das Werkstück 510 aus den außerhalb der Kammer 514 befindlichen Stellungen ein. Der obere Teil des Laufs 512 ist an einem Isolierteil 520 des unteren Laufabschnitts 5126 abtrennbar. Eine Folie 522, die Partikelmaterial 523 trägt, ist in den unteren Laufabschnitt 5126 eingebracht und begrenzt teilweise eine Funkenkammer 524, in der die Stoßwelle erzeugt wird. Zu diesem Zweck durchsetzt eine Nadelelektrode 525 einen Wanddurchführungsisolator 526. Die Zündsteuerung des Systems kann durch einen hydraulischen Motor 527 (eine Kolben- und Zylinder-Anordnung) eingestellt sein, dessen Kolben 528 mit der Nadelelektrode 525 zu deren hydraulischem Vorschub in Richtung auf die Folie verbunden ist. Ein Verteilerventil 529, das zusammen mit einer Pumpe 530 und einem Behälter 531 in einem Druckmittelkreis liegt, bewirkt die notwendige Motoreinstellung. Nach Beaufschlagung der Folie 522 und der

Nadelelektrode 525 mit einer statischen Spannung kann die Nadelelektrode 525 vorgeschoben werden, bis die Funkenentladungsstrecke so klein ist, daß das Potential ausreicht, um sie zu durchschlagen; sie wird

dann von einer Funkenentladung überbrückt. Auf Grund der Entladung bricht die Folienmembran 522, und die Partikel 523 werden gegen das Werkstück 510 geschleudert. Die Entladung kann auch durch eine Druckluftquelle 532 eingeleitet werden, die den Durchschlag zwischen der Elektrode 525 und der Folie 522 bewirkt, ohne die Nadelelektrode vorzurücken.

Der Speisestromkreis 533 schließt einen Entladungskondensator ein, der zwischen die Elektrode 525 und den Gehäuseteil 512a geschaltet ist, der einen elektrischen Kontakt mit der Folie 522 herstellt. Der Kondensator wird durch einen Widerstand 535 über eine Batterie 536 geladen und kann über die Funken-Entladungsstrecke mit Hilfe eines Schalters 537 entladen werden. Der Schalter kann z. B. ein Tyratron oder ein steuerbarer Festkörper-Gleichrichter sein oder ein anderes Schaltmittel, das dem Kondensatorpotential und dem Stromstoß widerstehen kann. Wenn der hydraulische Motor 527 stillsteht und keine Luft in die Kammer 524 zum Einleiten der Entladung geblasen wird, kann der Funken bei Schließen dieses Schalters 537 erzeugt werden.

Der untere Abschnitt 5126 des abteilbaren Laufs 512 ist als ein Teil mit dem Gehäuse 514 geformt oder an diesem befestigt, während der obere Abschnitt 512a in Richtung des Pfeils 538 bis zum unteren Laufabschnitt 512b und weg von diesem verschiebbar ist. In der unteren Stellung drückt der obere Laufabschnitt 512a die Folie 522 an den unteren Laufabschnitt, so daß die obere Kammer 524 hermetisch verschlossen ist und nahezu die gesamte Stoßwellenenergie in dieser Kammer axial zur zerbrechlichen Membran 522 geleitet wird. Letztere besteht aus einer im allgemeinen ebenen, oberen Schicht 522a und einer taschenähnlichen Schicht 522b, in die in Längsrichtung unter Abstand voneinander angeordnete Beutel oder Taschen 522c eingeformt sind. Wenn die Taschen 522c mit dem abzulagernden, pulverförmigen Material 523 gefüllt sind, werden die Folien zusammengelegt und können - beispielsweise durch Verschweißen — thermisch verschmolzen werden, oder ihre Längsränder werden zusammengerollt, um die jeweiligen Dosierungen Partikelmaterials einwandfrei zusammenzuhalten. In dieser Ausführungsform ist die obere Schicht 522a in Richtung auf die Nadelelektrode 525 konkav und in Richtung zum Werkstück 510 konvex, jedoch mit einem bedeutend größeren Krümmungsradius als die Tasche 522c. Die vorstehend beschriebene konvexe Ausbildung fördert die zufriedenstellende Übertragung der Stoßwellenenergie zu den im Beutel befindlichen Partikeln. Die Folie 522 ist von einer Zuführungswalze 539 getragen und kann intermittierend in den Lauf 512 vorgeschoben werden, wenn der obere Laufabschnitt 512a durch ein Zahnrad 540 angehoben ist, dessen Motor 541 durch einen Zeitgeber 542 während bestimmter Zeitabschnitte betätigt ist. Wenn also der obere Laufabschnitt 512ß angehoben ist, rücken der Motor 541 und das Zahnrad 540 die Folie um eine vorbestimmte Länge in den Lauf vor und entfernen jeden Rest der zerbrochenen Folientasche aus der Vorrichtung. Auf der Entladungsseite der Vorrichtung ist der obere Laufabschnitt 512a mit einer Schneide 543 versehen, mit der die beschädigten Abschnitte der Folie vom Rest abgetrennt werden. Die vertikale Bewegung des oberen Laufabschnitts 512a wird beendet und ein Werkstück 510 auf den Quervorschubträger 517 aufgebracht und über die Spindeln 518 und 519 in axiale Ausrichtung mit dem festen, unteren Laufabschnitt 512fr gebracht. Die ursprüngliche Länge der Folie 522, ausgehend von der Zuführwalze 539, wird auf den unteren Laufabschnitt 5126 aufgebracht, wobei die konvexe, die Taschen aufweisende Seite der Folie nach unten gelegt wird. Nun wird der obere Laufabschnitt 512a wieder angeordnet und die Quelle 533 wieder angeschlossen. Der Zeitgeber 542 kann dadurch den Schalter 537 schließen, und der obere Laufabschnitt 512a wird eng an die Folie 522 angepreßt und erzeugt eine Funkenentladung zwischen der Nadelelektrode 525 und der oberen Folienschicht 522a. Die entstehende Impulswelle zerbricht in kurzer Zeit-

^X5 folge die obere Schicht 522a und die untere Schicht 522c und wirbelt das Partikelmaterial 523 mit hoher Geschwindigkeit und großer kinetischer Energie an die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers 510. Anschließend unterbricht der Zeitgeber 542 den Strom zur Elektrode 525 und speist das Ventil 546. Dieses hebt den oberen Laufabschnitt 512a mit Hilfe von Kolben 545 und Zylinder 544 an und läßt das Zahnrad 540 die Folie um eine entsprechende Länge vorrücken, so daß sie die nächste gefüllte Folientasche aufnimmt. Selbstverständlich können an Stelle des oder zusätzlich zum Schalter 537 der Motor 527 oder das Ventil 529 für den Luftstrom in Betrieb gesetzt werden, um den Durchschlag einzuleiten.

Fig. 13 zeigt einen Lauf 612, der auf ein Werkstück 610 mit einer Entladungsstrecke 650 gerichtet ist. Dieser ist, um den Aufbau eines überschüssigen statischen Druckes im Lauf zu verhindern, mit einer Zuführung versehen, die eine Zuführwalze 639 für eine Folie 622 aus einem leitenden oder nicht leitenden Material umfaßt. In die Folie sind Taschen 623 unter gleichen Abständen in Längsrichtung eingebracht, wie sie in bezug auf Fi g. 12 beschrieben sind. Eine Entladungskammer 624 besteht zumindest teilweise aus einem Laufabschnitt 612a, der durch einen hydraulisehen Motor oder einen elektrischen Motor, wie er bei 627 dargestellt ist, vorgerückt werden kann. In diesem Fall können die Taschen 623 auf einer korbförmigen Gegenelektrode 651 aufliegen, die dicht unterhalb der Folie 622 angeordnet ist und mit dieser in Berührung, steht.

Wird eine Stromquelle 633, beispielsweise von der in Fig. 11 dargestellten Art, mit der Nadelelektrode 625 verbunden, die in ihrer Muffe 626 verstellbar ist, beaufschlagt durch das Schließen des Schalters 637 ein Stromstoß die Strecke, und es entsteht eine Funkenentladung zwischen der Nadelelektrode 625 und der korbförmigen Elektrode 651. Der Schalter 637 ist ebenfalls von einem Zeitgeber 642 gesteuert, der ein Ventil 646 eines hydraulischen Zylinders 644 öffnet. Der Kolben dieses Zylinders ist mit dem oberen Laufabschnitt 612a derart verbunden, daß dieser Teil gehoben und gesenkt werden kann, um die Folienabschnitte 622 freizugeben und festzudrücken. Auch der Motor 627 ist in einer durch den Zeitgeber 642 bestimmten Folge betätigt. In dieser Vorrichtung rücken ein Zahnrad 640 und ein Antrieb 641, die ebenfalls vom Zeitgeber 642 gesteuert sind, die Folie 622 vor, und eine Abzugswalze 639 sammelt die zerbrochenen Abschnitte der Folie, gegebenenfalls zur Wiederverwendung. Die Folien haben vorzugsweise eine Dicke, die 0,01 und 0,02 mm nicht übersteigt.

Es wurde eine Vorrichtung der in Fig. 13 dargestellten Art verwendet. Eine mit Taschen versehene

Folie 622 wurde aus zwei Folienlagen einer Dicke von etwa 0,006 mm hergestellt. Die Taschen waren groß genug, daß sie jeweils 5 g eines Partikelgemisches aufnehmen konnten. Das Gemisch bestand aus gleichen Gewichtsteilen Wolframkarbid und synthetischem Diamant der vorstehend bei Fig. 10 angegebenen Korngrößen. Eine Kanone 612 wurde ortsfest gehalten, ein Band 610 aus unlegiertem Stahl dagegen über den Lauf hinwegbewegt. Das Werkstück bestand aus Kohlenstoffstahl S55C mit 0,55 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Die zu beschichtende Oberfläche befand sich 12 mm entfernt von der Folie. Es wurden Entladungsenergien von etwa 8000 Joule pro Tasche aufgebracht, und die Folie rückte mit einer intermittierenden Geschwindigkeit vor, die der intermittierenden Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks entsprach. Die beschichtete Oberfläche bestand aus etwa 80 Gewichtsprozent aller verwendeten Partikel und war eine ausgezeichnete Schicht. Es war nicht nötig, in die Partikelmasse ein Bindemittel einzubringen, und die Beschichtung war gleichförmiger, als wenn die Partikel nur auf die Folie aufgebracht und nicht darin »verkapselt« waren. Die Eindringung der Partikel war noch etwas größer, wenn stöchiometrisch äquivalente Mengen Chromoxidpartikel (Oxydationsmittel) und Zellulosepartikel (Reduziermittel) in einer Menge bis zu 10 Gewichtsprozent in jeder Tasche der Masse zugesetzt wurden. Es zeigte sich, daß die exothermochemische Reaktion zwischen dem Chromoxid und der Zellulose ausreichend Wärme erzeugte, um die Oberflächenenergie der Partikel und das Haftvermögen am Substrat zu erhöhen.

Fig. 14 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Hochgeschwindigkeitsplattierung eines Werkstücks 710. Dabei ist ein Lauf oder Rohr 712 im allgemeinen zylindrisch und hat eine Auflage 712' am oberen Ende, an dem eine kegelstumpfförmige Innenbohrung 712" endet. Der Lauf 712 hat einen Entlüftungsschalldämpfer 716, wie er in bezug auf Fig. 12 dargestellt und beschrieben wurde. Dieser besteht vorteilhafterweise aus einem Rohr 716', das mit einer Packung 716" aus Stahlwolle oder einem anderen schalldämpfenden Material gefüllt ist. Ein oberer Teil 724 bildet einen Stoßwellen-Generator und ist mit einer Nadelelektrode 725 in einer elektrisch isolierenden, keramischen Hülse 726 versehen. Die Nadelelektrode 725 ist an ihrem oberen Ende 725' mit einem Gewinde versehen und greift in eine Mutter 725" ein, deren mit Gewinde versehener Umfang mit einem Ritzel 727' eines Elektromotors 727 in Eingriff steht. Das Gehäuse 724 und der Motor 727 werden miteinander verbunden und in Richtung des Pfeils 738 durch einen hydraulischen Zylinder 744 verlagert. Letzterer wird durch ein Ventil 746 betätigt und von einer Pumpe 730 und einem Behälter 731 mit Druckmittel versorgt. Ein Zeitgeber 742 dient zum Betätigen des Ventils 746 und zum Anheben des Laufs 724 von der Auflage 712', an die er die Folie 722 anpreßt. Der Zeitgeber 742 ist auch mit dem Kettenrad 740 gekuppelt, das das Mittel zum intermittierenden Vorschieben der Folie 722 darstellt, so daß die Taschen 722c in den Lauf gelangen. Die Folie 722 kann von einer Zuführungswalze abgerollt werden oder gleichzeitig von einer Einkapselvorrichtung 760 geformt werden. Selbstverständlich kann die Vorrichtung unabhängig von einer Beschichtungsvorrichtung zum Vorbereiten der Folie für das Aufwikkeln und den anschließenden Gebrauch verwendet werden. Die Vorrichtung umfaßt grundsätzlich zwei Zuführwalzen 761α und 7616 für eine Nickel-, Aluminium- oder eine andere Metallfolie. Die Dicke dieser Folie liegt im wesentlichen zwischen 0,005 und 0,02 mm, und ihre Breite ist geringfügig größer als die der Auflage 712' der Vorrichtung, in der das mit Taschen versehene Band verwendet werden soll. Die Folienlagen laufen durch Formwalzen 762α, 762α' bzw. 7626, 762b', in denen Taschen 763a und 7636

ίο jeweils in die Folien 722a bzw. 722b derart eingebracht werden, daß sie sich decken und zueinander offen sind. Wird die Vorrichtung 760 zur Herstellung von mit Taschen versehenen Folien des Typs gemäß den Fig. 12 und 13 verwendet ist nur ein einziger Satz

¹S Formwalzen notwendig und die Walzen 7626 und 762b' sind überflüssig.

Eine Zuführung 764 mit einer herkömmlichen Meßeinrichtung bringt das Partikelmaterial in die so gebildeten Taschen ein, während die Folien einander angenähert und verkapselt werden mittels zweier Verschlußwalzen 765. Die Verschlußwalzen 765 können erhitzt werden, um die Folien entlang der Taschen miteinander zu verschweißen, oder sie können lediglich einen ausreichenden Druck ausüben, um diese :

Folien zu laminieren. Es kann auch eine Falzvorrichtung an diesen Walzen vorgesehen sein, um die Ränder der eine Folie um die andere Folie herumzuschlagen und dadurch das Partikelmaterial zu verkapseln. Die Meßvorrichtung 764 und die Walzen 762a usw.

werden synchron mit dem Zahnrad 740 zum Vorschieben der Folie und dem Lauf 724 durch den Zeitgeber 742 betätigt. Ansonsten arbeitet die Vorrichtung ebenso wie die gemäß Fig. 12.

Fig. 15 bis 19 zeigen zahlreiche Abwandlungen und Anordnungen der durch Entladungsfunken betä- | tigten Beschichtungskanone. In Fig. 15 sind bei- ] spielsweise drei Kanonen des Typs gemäß den F ig. 12 j bis 14 vorgesehen, die von ihren jeweiligen Zuführ- | walzen mit pulverförmigem Material, das in Taschen verkapselt auf Folien getragen ist, gespeist und nacheinander unter Strom gesetzt werden. Diese Kanonen sind auf einem Wagen 870 montiert, der von einer Spindel 871 parallel zur Oberfläche des Werkstücks 872 in Richtung des Pfeils 873 verstellbar ist. Diese Beschichtungskanonen oder -rohre 874 haben alle die gleichen Funken-Entladungskammern, und bei ebener Ausbildung der Oberfläche 872 sind ihre Mündungen längs einer Ebene P ausgerichtet, die parallel zur Beschichtungsoberfläche des Substrats verläuft.

Die Anordnung zum Erregen der Beschichtungskanone 874 kann einen Stromkreis enthalten, wie er bei 875 dargestellt ist. Dieser Stromkreis, dessen Klemmen 876 mit Gleichstrom gespeist werden, enthält entsprechende Kondensatoren 877a, 877b und 877c,

die über Drosselspulen 878a, 8786, 878c und veränderbare Widerstände 879a, 8796 und 879c gespeist werden. Die Parameter für dieses Netzwerk können derart beschaffen sein, daß die in Fig. 15 linke Kanone 874 einen Augenblick früher gespeist wird als die mittlere Kanone, die ihrerseits kurz vor der auf der Zeichnung rechten Kanone 874 unter Strom gesetzt wird, weil das Werkstück 872 auf der Zeichnung nach links vorrückt. Auf diese Weise kann das Werkstück mit beträchtlicher Geschwindigkeit bewegt und kann in kurzer Zeit eine verhältnismäßig dicke Plattierung aufgebracht werden. In den Fig. 16 und 17 ist jeweils eine andere Ausrichtung der Kanonen 874 dargestellt. In der Vorrichtung gemäß Fig. 16 sind

die Kanonen 874' in einer gemeinsamen Vertikalebene ausgerichtet und können sich über die gesamte Breite eines Körpers erstrecken, wie bei 872' schematisch angedeutet ist. In der Anordnung gemäß Fig. 17 sind die Stoßwellen-Kanonen 874" an den Scheiteln eines Dreiecks angeordnet und können zum Beschichten eines schmaleren Werkstücks 872" dienen. Hat jedoch das Werkstück 882 eine verhältnismäßig komplizierte Kontur 882a, die mit dem Partikelmaterial beschichtet werden soll, so wird vorteilhafterweise eine Anzahl durch Entladungsfunken arbeitender Beschichtungskanonen 884a, 8846 und 884c verwendet, die mit einem Stromkreis entsprechend dem gemäß Fig. 15 gespeist und derart angeordnet sind, daß ihre Mündungen längs einer imaginären Oberfläche S verlaufen, die im allgemeinen parallel und komplementär zur Oberfläche 882a ist (F ig. 18). Inder Ausführungsform gemäß Fig. 19 hat die Begrenzungsfläche 892a des Werkstücks 892 über den größten Teil eine positive Krümmung, ist also konvex. Die Beschichtungskanonen 894 sind dann längs Achsen angeordnet, die senkrecht zu Tangenten der Oberflächen sind, also zu diesen Oberflächen ebenfalls senkrecht sind. Die Kanonen sind so dicht wie möglich nebeneinander angeordnet, wobei der Abstand auf der Zeichnung übertrieben groß dargestellt ist. Darüber hinaus haben die Mündungen der Kanonen gleiche Abstände von den gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten, so daß sie im allgemeinen längs einer imaginären komplementären Oberfläche 5' liegen. Bei Verwendung von mehr als drei Kanonen kann der Speisestromkreis eine Verzögerungsleitung haben, um die Kanonen in jedem Zyklus in jeder gewünschten Folge oder Geschwindigkeit abfeuern zu können. Im Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 14 ist ein Zeitgeber beschrieben worden und wird natürlich auch im Stromkreis jeder der Kanonen gemäß den Fig. 15 bis 19 verwendet. Es versteht sich, daß ein solcher Zeitgeber durch eine vorherige Entladung in der Stoßwellenkammer mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit angesteuert werden kann, die durch Ladung der Kondensatoren auf ihre jeweiligen Kapazitäten gesteuert wird.

Der Lauf ist mit einem Kühlmittel versehen, um die Übertragung des pulverf örmigen Materials auf das Werkstück zu fördern und die Adhäsion der Teilchen am Lauf auf ein Mindestmaß zu beschränken.

In F i g. 22 sind als Abszisse die Temperaturen des Laufs in ° C und als Ordinate die Prozente der Partikeladhäsion an der Innenseite des Laufs aufgetragen. Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, daß die Adhäsion der Partikel bei Temperaturen bis ungefähr 60° C verhältnismäßig gering bleibt, daß die Kurve zwischen 70 und 80° C steil ist und dann bei noch höheren Temperaturen auf verhältnismäßig hohe Werte ansteigt. Da die Partikeladhäsion an der Innenseite des Laufs umgekehrt proportional zur Anzahl Partikel ist, die der zu behandelnden Oberfläche zugeführt werden, und auch zu der Zeit, während der die Vorrichtung ohne Reinigung verwendbar ist, ergibt sich, daß der Betrieb des Systems bei niedrigeren Temperaturen wesentliche Vorteile bietet und insbesondere dann einen einwandfreien Betrieb gewährleistet, wenn wiederholte Entladungen stattfinden sollen. So wird zweckmäßigerweise eine Kühlung längs des Laufs vorgesehen, um die Wärme abzuleiten. Diese Kühlung kann eine Wärmeabfuhreinrichtung aufweisen, die in Berührung mit dem Metall-Lauf steht, d. h. eine verhältnismäßig große Wärmekapazität und eine gute Wärmeleitfähigkeit hat oder eine Radiatorfläche, die die Konvektionsströme für eine Wärmeübertragung von einem Festkörper auf ein Fluid nutzbar macht. Vorteilhaftrweise wird jedoch eine Zwangsumlauf-Wärmeübertragung vorgesehen, weil die Wärmeenergie, die von der Hochenergie- und Hochleistungsbeschichtungsvorrichtung entwickelt wird, eine verhältnismäßig große Wärmeübertragungs-Leistung und -fähigkeit erfordert.

Fig. 20 zeigt eine Vorrichtung, in der der Lauf 1004 einer Beschichtungsvorrichtung von dem in Fig. 13 bis 19 dargestellten Typ radiale Rippen 1004a hat, um die ein Ventilator 1004b einen Zwangsluftstrom bewegt. Jedes Mittel zur Luftbewegung kann für diesen Zweck verwendet werden, wenn auch der dargestellte Ventilator 10046 Propeller-

schaufeln 1004c aufweist. Vorteilhafterweise wird das Kühlmittel in ein Rohr 1004J eingebracht, das den mit Rippen versehenen Teil des Laufs 1004 umschließt und verhindert, daß die Kühlluftströmung, die eine hohe Geschwindigkeit aufweist, das Partikelablagerungssystem dieses oder eines angrenzenden Laufs in irgendeiner Weise beeinträchtigt.

Fig. 21 zeigt die dem gleichen Zweck dienende, abgewandelte Vorrichtung. Hier steht der Lauf 1114 aus einem wärmeleitenden Material in Kontakt mit einer Kühlschlange 1114a, deren Einlaß 11146 und Auslaß 1114 c mit einer geeigneten Druckmittelzirkulierung verbunden sind. Die mit Taschen für die Partikel versehene Folie 1122 kann mittels einer Verstellvorrichtung 1139' durch das System geführt sein. Die mittige Elektrode 1125 bewirkt eine Entladung zwischen der Folie und sich selbst. Die Quelle 1133 zur Erzeugung von Stoßwellen weist zwei Walzenkontakte 1133' auf, die die Folie 1122 unterhalb der Zuführungsspule 1139 führen. Die Quelle umfaßt eine Batterie 1136, die den Kondensator über einen Widerstand 1135 lädt, und der Schalter 1137'überträgt nach dem Schließen die Stoßwellen-Entladung auf die Elektrode. Die Kühlungen gemäß den Fig. 20 und 21 sind derart ausgelegt, daß sie die Lauf temperatur

unter 80° C, vorzugsweise unter 60° C, halten.

F i g. 23 und 23 A zeigen ein System zur wiederholten Pulverablagerung auf einer Oberfläche 1802 eines Werkstücks 1803. In diesem Fall ist der Lauf 1800 der Kanone mit einer Öffnung 1800a versehen, durch die eine Drehscheibe 1820, die aus Metallfolie besteht und individuelle Mengen 1805 von Partikeln verschiedener Farbe trägt, auf einem Tisch 1820a durch einen Motor 18206 gedreht wird. Die Folie 1820 ist elektrisch leitend und bildet eine Gegenelektrode für die Hauptentladungselektrode 1812, die von einem Motor 1812a vorwärtsbewegt und zurückgezoen werden kann, um die Funkenentladung anzusteuern. Die Entladungsquelle ist ein Kondensator 1807, der durch eine Batterie 1808 und eine Drosselspule 1810 gela-

den wird. In diesem System wird die Folie an jeder der Partikelmassen 1805 durch die Entladung unterbrochen, und die Partikel werden an das Werkstück 1803 geschleudert. Zusätzlich wird jedoch noch ein Stift 1820c synchron mit dem Magazin 1820 gedreht, so daß jede Farbe auf der Oberfläche 180 ihr eigenes Muster bildet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

409 525/304

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines Werkstückes mit pulverförmigem Material, das die für das Erzielen eines Haftverbundes mit der Oberfläche erforderliche kinetische Energie durch eine Funkenentladung erhält, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material zunächst von einer Folie gehalten wird und daß dieses Material infolge der Zerstörung der Folie durch die von der Funkenentladung erzeugte Druckwelle freigesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladung zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, die durch einen bei Durchgang eines Stromimpulses zerstörbaren Leiter kurzgeschlossen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladung im selben Takt ausgelöst wird, mit dem das pulverförmige Material in die Bahn der durch die Funkenentladung erzeugten Stoßwelle eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander jeweils neu vor die Elektroden für die Funkenentladung gebrachtes pulverförmiges Material durch unmittelbar aufeinanderfolgende Funkenentladungen von der Folie auf die Oberfläche des Werkstückes überführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material auf einer Drehscheibe angeordnet wird, die aus durch die Funkenentladung oder die von ihr erzeugte Druckwelle zerstörbarem Material besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material zwischen Metallfolien eingekapselt gehalten wird, die voneinander entfernt liegende Taschen aufweisen und eine bandförmige Elektrode für die Funkenentladung bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallfolie aus Aluminium, Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen oder deren Legierungen verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Funkenentladung erzeugte Stoßwelle in ihrer Bahn durch einen Lauf begrenzt wird, der zum Unterstützen der Bildung des Haftverbundes des pulverförmigen Materials mit dem Werkstück auf eine Temperatur unter 80° C gekühlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke von dem pulverförmigen Material umgeben ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 mit einer der Erzeugung einer Druckwelle dienenden Funkenentladungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke in einer Kammer angeordnet ist, die über einen Schalldämpfer in die freie Atmosphäre entlüftet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Werkstücks verschieblich ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die das pulverförmige Material haltende Folie aus elektrisch leitfähigem Material besteht und eine Elektrode der Funkenentladungsstrecke bildet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie als Drehscheibe ausgebildet ist, auf der eine Vielzahl von Massen pulverförmigen Materials aufgebracht ist, von denen je nach der Drehlage der Drehscheibe jeweils eine mit der Stoßwellenbahn der Funkenentladungsstrecke fluchtet.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bandartig ausgebildet ist und eine Vielzahl von Taschen aufweist, in die jeweils pulverförmiges Material eingebracht ist.