DE1621355A1 - Verfahren zur Behandlung der Innenflaechen von Bohrungen in Werkstuecken - Google Patents

Verfahren zur Behandlung der Innenflaechen von Bohrungen in Werkstuecken

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DE1621355A1
DE1621355A1 DE19671621355 DE1621355A DE1621355A1 DE 1621355 A1 DE1621355 A1 DE 1621355A1 DE 19671621355 DE19671621355 DE 19671621355 DE 1621355 A DE1621355 A DE 1621355A DE 1621355 A1 DE1621355 A1 DE 1621355A1
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Description

PATENTANWÄLTE .
dring. H. NE6ENDANE · DIPI11-INg-H-HAUCK- dipi-.-phxs,W.
HAMBURG-MÜNCHEN 1621355
_ , , _. , _ , . ■ „ , „ HAMBURG 36 · IiETJEH WALL· 41
Steigerwald-Strahltechnik GmbH
° TEI.. 36.7428 ITJfP 3β4ΧΖ5
TEtEGK. NESEDAPAIBKI HAMBXTHG
.8 München 55
Haderunstraße la München15·μozaht§tr. »3
TEL·. 5 38 O5 8» ■ TEIiEGH. NEGEBAPATEiIT MÜNCHEN
Anwaltsakte M-29 munches,24. Mai 196?
Verfahren zur Behandlung der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken
Die. Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung, der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auch die Innenflächen von sehr feinen Bohrungen, beispielsweise Perforationskanälen, in wirtschaftlicher Weise mit einer Vergütungssubstanz behandelt, werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt nach der Erfindung im. wesentlichen dadurch, daß mittels eines in die Bohrung eingeleiteten Energiestrahls eine im Bereich des Strahlwejges, angeordnete Vergütungssubstanz veranlaßt wird* in die. Bohrung einzutreten und die gewünschte Behandlung der/ Innenfläche der Bohrung auszuführen.
- 1
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können dank der Verwendung aines Energiestrahls 3 beispielsweise eines Elektronen- oder Laserstrahls 3 die zum Behandeln der Bohrungs-Innenfläche erforderlichen Energiemengen (be !spiel swei se zum Auf damp fen der Vergütungs s üb s tanz.) scharf lokalisiert und praktisch trägheitslos, ortsveränderlich geliefert, werden; es kann somit auch eine sehr große Anzahl dicht benachbarter: enger Bohrungen inner- r halb einer kurzen Zeitspanne behandelt werden.
Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, als Energiestrahl einen zur Herstellung der Bohrung dienenden Energiestrahl zu verwenden. Bei dieser Arbeitsweise erfolgt die Behandlung mit der Vergütungssubstanz unmittelbar anschließend an den. Bohrvorgang, Erfindungsgemäß kann jedoch auch der Energie-strahl erst eine gewisse Zeit nach der Herstellung der Bohrung in die Bohrung eingeleitet werdens wobei der zeitliche Abstand voiri Ende des Bohrvorgangs so gewählt wird., daß die Temperatur der Bohrwandung inzwi sehen einen vorgegebenen Wert, unterschritte^ hat. Diese Verfahrensweise ist insbesondere, dann zweckmäßig,, wenn die Vergiitungs^sub stanz, auf- die. Innenwand, der Bohrung, aufgedampft werden, soll und deshalb eine, gewiss^ Abkühlung:. deri= l^rjungSi-Innenwandrerwünscht, ist.
Die Ver/gütuiigssubgi^anz kann auf der des. Strahl ab gewandten Seite des Werkstücks in f este^. 1©©% a& das Werkstück
angelegt werden; es ist im Rahmen eier Erfindung jedoch auch vorgesehen, gasförmige oder gegebenenfalls flüssige Vergütungssubstanzen zu verwenden, die in
einer an das Werkstück angelegten porösen Masse enthalten oder durch eine gasdurchlässige poröse Masse an das Werkstück herangeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch so ausgeführt werden,, daß man für das Werkstück ein Material verwendet, das die Vergütungssubstanz in verteilter Form oder schichtartig enthält.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 erläutert in einer schematischen Schnittansicht eine Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fign. 2 und 3 sind schematische Darstellungen von möglichen Intensitätsvefläuf en des EnergieStrahls.
Fign. 4 bis 8 erläutern in schematischen Schnittdarstellungen mögliche Arten der Bereithaltung der Vergütungssubstanz.
In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch ein Werkstück dargestellt j in welchem Bohrungen hergestellt werden
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sollen, deren Innenflächen mit einer Vergütungssubstanz behandelt werden sollen. In Fig. 1 ist links eine bereits fertiggestellte Bohrung -2 dargestellt, deren Innenfläche 3 eine Schicht 6 aufweist, die durch Einwirkung einer Vergütungssubstanz entstanden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vergütungssubstanz in Form einer Platte auf die dem Strahl abgewanfce Seite des Werkstücks 1 aufgelegt. Rechts in Fig. 1 ist schematisch die Herstellung einer Bohrung mit Hilfe eines Energiestrahls 4 angedeutet,
b und zwar hat der Strahl 4 noch nicht die volle Dicke des Werkstücks 1 durchsetzt, so daß die entstandene Innenfläche 3 der Bohrung noch unbehandelt ist. Sobald der Strahl die volle Werkstückdicke durchsetzt hat, wirkt er auf die unterhalb des Werkstücks befindliche feste Vergütungssubstanz 5 ein, so daß diese verdampft und durch die gerade gebildete Bohrung 2 strömen muß. Dabei tritt die gewünschte Reaktion zwischen der Vergütungssubstanz 5 und der Innenwand der Bohrung 2 ein. Wenn man beispielsweise die Innenwand der Bohrung mit einer Schicht
f der Vergütungssübstanζ 5 bedampfen möchte, verringert man zweckmäßigerweise nach, dem Durchbohren der vollen Werkstückdicke den Strahlquerschnitt, so daß die Innenwände 3 der Bohrung 2 sich etwas abkühlen können. Aber auch ohne diese Maßnahme läßt sich in den meisten Fällen eine Bedampfung der Innenwand_3 erreichen, da dort die Temperatur naturgemäß geringer sein wird.als im Zentrum des Strahlquerschnitts, vjo auch der Hauptteil der Vergütungs sub stanz verdampft. Insbesondere bei leicht verdampfbaren Substanzen
empfiehlt es sich außerdem, nach dem Durchbohren, der vollen Werkstückdicke die Intensität des Strahls. 4 zu vermindern. In Fig. 2 ist dies schematiseh erläutert· Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, zwischen dem eigentlichen Bohrvorgang und der Behandlung mit Hilfe der "Vergütungssubstanz eine gewisse Zeitspanne T verstreichen zulassen,, damit sich die Innenwand 5 der Bohrung 2 unter eine vorgegebene Temperatur abkühlen kann.
Bei dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren dien,t der zur.
Herstellung der Bohrung dienende Energiestrählgleiehzeitig dazu, die gewünschte Behandlung der Innenflache· der . ■ Bohrung herbeizuführen. Dies ist natürlich keineswegs; zwingend» Nach dem erfindungsgemäßen. Verfahren-, lassen sich auch die Innenflächen von Bohrungen behandeln, die.
bereits auf irgendeine Weis:e in einem Werkstück he«r.ger stellt worden sind. Es sind insbesondere bei. des?* wendung eines Elektronensijrahls als Eja.ergiestra,h;l liehkeiten bekennt, den Energiesijrahl so über das./Werk-, stück zu führen, daß: er sich die Bohr^ungen selbsiti sjichij;.
und beim Erfassen einer Bohrung- diese jeweils lange genug;
s^
durchsetzt, um den gewü^ekten Behandlungs^rga^;i
Inneren der Bohrung herbe^zai^ühren. Im; Falle;: ^
nicht leitender MerkstÜxjke kano^ baispie dem Strahl ab gewandten:.Se±te; d^^le^ks^üeksv (inuFJigujp,.
also zwischen dem Werkstück· 1 und:,der^ SehiGhij § gütungssubstanz) eine ele;ktr3?isGh leidjendie; Bedämpfung; vorgesehen sjalnv, über die Jedesmal
impuls abgenommen werden kann.s wenn der suchend über das Werkstüok geführte Strahl in eine Bohrung einfällt.
Die Verwendung ein und desselben, Strahls zur Herstellung der Bohrungen und zur Erzeugung der gewünschten Behandlung der Bohrungs-Innenfläche bietet die Möglichkeit, die Vergütungssubstanz auch als Bestandteil des Werkstückmaterials: zu verwenden. Die schejnatische Schnittdarsteilung-Fig. 4: deutet die Möglichkeit an3 in dem Material des Werkstücks 1 die Vergütungssubstanz verteilt- anzuordnen; diese.Möglichkeit ist besoitders bei Werkstücken,, aus Kunststoff gegeben. Pig. 5 erläutert in einer- ahn.-, liehen. Schnittdars.tellung wie Pig. 4 die Möglichkeit, die Vergütungssubstanz 5 in Form wenigstens einer Sehiaht
in das- WerkS:tü;ckma,terial/einzulegen.. Bei unmittelbar; nach der Bohrung erfolgender Behandlung ist es auch, möglich, die. Vergütungasubstjanz in> Giasform durch eine, an das.". Werkstüejk abgelegte: gasd^r^hläs^ige: poröse; . an, das;. Werkstück h^ranÄUf^hiien, Dies; ist,-in Pig* 6
ges£ellt> Auf dejf. dejfi Sjtraiil··Γ afe;gielwÄdit:eni (in Pig.. : Seiten d:es?.; We,rk:S;tüCik-s 1 wird; e^nt kur^^s;- BohjT. 7 von, hÄ11?nisimä^§;gro^elro a^geiS^z^., so- da%
im, weisfsyiii^1^. g!asd;ie|tt.- ap. ^^^^ - f ^
; mtfe, eiB^ gj,sd{u^3^^Si|gön;\pjs^iis^eit,M^b&sjfv:.9 die dem; he^ng^üi|p1ieÄ Gas^ eine^fc, hwohei^: S;%röjtnun
^ so; da,ß; dai^^^dile^^^ere^its-
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Bohrungen 2 nur ein entsprechend geringer. Anteil des gesamten über die Leitung 8 herangeführten Gasstromes entweichen kann. Dies ist besonders dann ^richtig, wenn als bohrender Energiestrahl k ein solcher verwendet wird, der nur im Vakuum aufrechterhalten werden kannj beispielsweise ein Elektronenstrahl. Die Vakuumpumpe braucht dann nur die verhältnismäßig geringen Gasmengen abzupumpen^ die über die fer-tigen Bohrungen eintreten.
Die Fign. 7 und 8 erläutern in ähnlichen Schnittdarstellungen wie die Fign. 1. H und 5t 6 eine andere erfindungsgemäße Möglichkeit., eine Vergütungssubstanz bereitzuhalten. Bei der Ausführungsmöglichkeit nach Fig. 7 wird die Vergütungssubstanz aus einer porösen Masse Io freigemacht3 die an die dem Strahl ab gets wandte, (in Fig. 7 untere) Seite des Werkstücks 1 angelegt wird, wobei die Poren 11 der Masse im wesentlichen geschlossen sind und eine gasförmige Vergutungssubstanz enthalten. Unter der Einwirkung eines durch eine Bohrung (
2 einfallenden EnergieStrahls wird wenigstens eine Pore in der Nachbarschaft der zu behandelnden Bohrung geöffnet, und die in dieser Pore enthaltene Vergütungssubstanz strömt durch die betreffende Bohrung, wobei sich der BehandlungsVorgang in der gewünschten Weise ergibt. \
Fig. 8 zeigt eine etwas andere Möglichkeit,bei der die Poren 11 der Masse Io in Strahlrichtung länglich sind,
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so daß sie eine größere Gasmenge aufzunehmen vermögen. Stets muß natürlich die Porendichte im Vergleich zur Flächendichte der Bohrungen im Werkstück 1 so groß sein, daß jeder durch eine Bohrung 2 einfallende Elektronenstrahl mindestens eine Pore 11 öffnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Verwendung eines Energiestrahls außer aus den eingangs angegebenen Gründen auch deshalb besonders vorteilhaft, weil der Energiestrahl praktisch keine Massenströmung aufweist, so daß eine gegenseitige Behinderung zwischen dem Strahl und der in die Bohrung einströmenden Vergütungssubstanz nicht eintritt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können die verschiedensten Behandlungen von Bohrungs-Innenwänden ausgeführt werden. Beispielsweise können Bohrungen in nichtmetallischen Werkstoffen mit einer elektrisch leitenden Metallisierung bedampft werden; umgekehrt
) können natürlich auch Bohrungen in einem metallischen
■"■.ää'iEr.r-.r, :. Werkstück mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedampft werden. Besonders wichtig ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Kunststofffiltern, deren Filteröffnungen mit Elektronenstrahlen gebohrt sind. Bisher war es nicht möglich^ diese sehr feinen Bohrungen auf Ihrer Innenfläche in einer gewünschten Weise zu behandeln, beispielsweise durch das Auftragen einer Vergütungssubstanz zu glätten und/oder
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mechanisch zu verfestigen» Auch durch chemische Reaktion zwischen einer Vergütungssubtanz, und dem Werkstückmaterial lassen sich vielfältige Wirkungen erzielen,
Beispiele: ' "
Eine Aluminiumplatte von Im Dicke wurde mit einem Elektronenstrahl mit Bohrungen von 0,2 mm Durehmesser versehen. Für jede Bohrung betrug die Einwirkungszeit 2 Sekunden bei einer Beschleunigungsspannung von 15o und einer Strahlleistung von loo Watt. Unterhalb der Aluminiumplatte war gemäß der Darstellung in Fig. 7 ein mit Sauerstoff aufgeschäumter Polyurethanschaum angeordnet* Der bohrende Elektronenstrahl setzte nach jeder Bohrung den Inhalt einiger Poren des Schaummaterials frei; der so freigewordene Sauerstoff strömte in die* noch hoch erhitzte Bohrung ein und erzeugte dort eine gewünschte Schicht aus Aluminiumoxyd, die erheblich widerstandsfähiger ist als das reine Aluminium»
II.
Eine οΛ7 mm dicke Folie aus Poly te traf luoräthyleni/urde auf eine Kupferunterlage gelegt und mit einem Elektronenstrahl perforiert. Der Strahl war Impulsgesteuert; Jeder Impuls von 2o Mikrosekunden Dauer erzeugte ein Lo*en von
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etwa o3 08 mm Durchmesser. Die Beschleunigungsspannung betrug 15ο kVj der Strahlstrom betrug Io niA. Die Intensität jedes Elektronenstrahlimpulses wurde etwa nach dem Muster der Fig. 2 gesteuert, so daß etwa in der zweiten Hälfte der Ge samt -Impuls dauer der Strahlstrom bis auf ca. 2 Killiampere abfiel. Außerdem wurde in der zweiten Hälfte der Impulsdauer der Strahllidurchmesser etwa auf die Hälfte verringert. Es ergab sich eine saubere Bedampfung der Loch-Innenwände mit Kupfer..
III.
Eine os3 mm dicke Folie aus rostfreiein Stahl wurde mit Elektronenstrahl-Impulsen von 15o kV, 25 iaA und 15 Mkrosekunden perforiert; der Durchmesser der erzeugten Löcher betrug ο,13 mm. Unter der Stahlfolie lag eijie Scheibe aus gepreßtem A-luminiuiaoxyd. Es ergab sich in den Perforationslöchern eine Isolationsschicht aus aufgedampftem Aluminiumoxyd von etwa o3ooo5 bis oaoo5 mm Stärke.
Andere Aus führung? formen sind möglieixa ohne den Rahmeia der Erfindung zu· verlassen»
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung der Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines «taMit in die Bohrung eingeleiteten Energiestrahls eine im Bereich des Strahlweges angeordnete Vergütüngssubstanz veranlaßt wirda in die Bohrung einzutreten und die gewünschte Behandlung der Innenfläche der Bohrung auszuführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet,
daß als Energiestrahl ein zur Herstellung der Bohrung ( dienender Energiestrahl verwendet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnets daß für das Werkstück ein Material gewählt wird, das die Vergütungssubstanz in feinverteilter Form oder schichtartig eingelegt enthält.
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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des eigentlichen Bohrvorganges die Intensität des Strahls vermindert wird.
5· Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des eigentlichen Bohrvorganges der Durchmesser des Strahls vermindert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5j
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütungssubstanz in Gasform durch eine an das Werkstück angelegte gasdurchlässige poröse Masse an das Werkstück herangeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl nach der in an sich bekannter Weise mittels eines weiteren Energiestrahls erfolgten
. Herstellung der Bohrung in die Bohrung eingeleitet
wird, wobei der zeitliche Abstand vom Ende;idieses Bohrvorgangs so gewählt wird, daß die Temperatur der Innenfläche der Bohrung einen vorgegebenen Wert unterschritten hat.
8. Verfahren nach Anspruch 73 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des die Behandlung der Innenflächen auslösenden Energiestrahls kleiner gewählt
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wird, als der Durchmesser des zur Herstellung der Bohrung verwendeten EnergieStrahls.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche I3 2, 4, 5, 7 und 83 dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütungssubstanz auf der dem Strahl abgewandten Seite des Werkstücks in fester, unter der Einwirkung des Energiestrahls verdampfbarer Form vorgesehen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche I3 2, 4, 5, 7, 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütungssubstanz aus einer porösen Masse freigemacht wird, die an die dem Strahl abgewandte Seite des Werkstücks angelegt wird, wobei die Poren der Masse im wesentlichen geschlossen sind und unter der Einwirkung des Energiestrahls wenigstens eine der zu behandelnden Bohrung benachbarte Pore geöffnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren eine in Strahlrichtung längliche haben.
P*
Leerseife
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