DE20202954U1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer aufgerauhten Oberfläche - Google Patents

Description

09-07-02

FP 838 DEGM

Feindrahtwerk Adolf Edelhoff GmbH & Co.

Vorrichtung zur Erzeugung einer aufgerauhten Oberfläche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In der Elektro- bzw. Elektronikindustrie gibt es ein breites Anwendungsgebiet für aufgerauhte Werksrückoberflächen. Beispielsweise müssen Einschmelzlegierungen, d.h. Metalle, die dauerhaft fest und gasdicht mit Glas oder Keramik zu verbinden sind, wie z.B. bei Glühlampen, Röntgenröhren, Senderöhren, Dioden, Transistoren, integrierten Schaltkreisen, Reed-Relais etc. anzutreffen, eine Oberfläche mit bestimmter Rauhigkeit aufweisen. Denn eine Voraussetzung ist, daß die Metalloberfläche mit einer definierten Rauhtiefe von typisch Rz = 4 - 10 &mgr;&pgr;&igr; aufgerauht ist, um das Glas während des Einschmelzvorgangs zwischen den Unebenheiten der Metalloberfläche zu verspannen, daß die Verbindung Zug- oder Torsionsbelastungen des Drahtes widersteht.

Die hierfür erforderliche rauhe Oberflächenstruktur des Werkstücks wird derzeit durch Beizen erzeugt. Hierzu werden die zu verwendenden glatten Werkstücke auf Längenmaß geschnitten, als Schüttgut in einen Behälter verbracht und in einer chemisch-elektrolytischen Anlage gebeizt. Als Beize werden Lösungen aus Eisen-III-Chlorid oder Eisen-III-Sulfat verwendet, welche die Werkstückoberfläehe teilweise abtragen. Dabei wird die gesamte Oberfläche an allen Seiten des Werkstücks aufgerauht. Da aber die Werkstücke als Schüttgut aufeinander, bzw. miteinander verklebt, im Behälter liegen, ist der Angriff der Beizlösung nicht gleichmäßig, wodurch die Oberfläche des Werkstücks unterschiedlich abgetragen wird. Um eine höhere Gleichmäßigkeit des Materialabtrags zu erzielen, ist es erforderlich, die Werkstücke im Behälter umzuwenden.

Dies ist sehr arbeitsaufwendig. Nachteilig ist auch, daß sich beim Wendevorgang die dünnen Werkstücke verbiegen und im Nachhinein einzeln aufwendig wieder gerichtet werden müssen. Ein weiterer Nachteil dieser beschriebenen Herstellungsweise ist, daß infolge des Oberflächenabtrags Materialien in Lösung gehen, sich mit der Beize vermischen und somit deren Konzentration herabsetzen, wodurch die Beizwirkung und damit die Oberflächenaufrauhung sukzessive abnimmt.

Für die Verwendung aufgerauhter Metallstücke als elektronische Bauelemente kann es erforderlich sein Metallstücke, die als Durchführungen in Isolatoren eingeschmolzen werden sollen mit Bondfäden (Durchmesser < 0,1 mm) aus Gold, Silber oder Aluminium dauerhaft zu verbinden. Eine solche Bondverbindung erfordert jedoch eine extrem glatte Kontaktstelle, da eine aufgerauhte Oberfläche zu einer schlechten bzw. ungenügend dauerhaften Borverbindung führt. Die gebeizten Metallstücke sind jedoch von allen Seiten aufgerauht, so daß an der Oberfläche keine optimalen Bondverbindungen hergestellt werden können.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung deshalb die technische Problemstellung zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufrauhen von Werkstückoberflächen bereitzustellen, mit der definierte Rauhtiefen mit reproduzierbarer Qualität einstellbar sind. Weiterhin soll mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichst auf den Einsatz von umweltschädlicher Beizlösung verzichtet werden können und aufwendiges Nacharbeiten der einzelnen, aufgerauhten Werkstücke nicht erforderlich sein.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Danach ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß eine Anzahl von winkelig zueinander angeordneten Strahldüsen mit Abstand um ein Werkstück herum angeordnet sind, und zwar so, daß die Strahldüsen in jeweils einer anderen Ebene, in Laufrichtung versetzt, angeordnet sind. Beiderseits einer Strahldüse erfährt das quasi-endlose, bandförmige Werkstück, wie beispielsweise ein Draht oder Band, eine Längsführung während es durch aufeinanderfolgende Strahlzonen der Strahldüsen hindurchläuft.

Die Strahldüsen sind so um das Werkstück herum angeordnet, daß dieses von unterschiedlichen Richtungen mit Mikropartikeln beschossen bzw. bestrahlt werden kann. Dabei rauhen in ihrer Größe und Geometrie definierte Mikropartikel, die, mittels eines Trägergases, dessen Druck einstellbar ist, auf das Werkstück geschossen werden, dessen Oberfläche auf. Die Strahldüsen sind individuell aktivierbar, so daß die Bestrahlung des Werkstücks auch nur teilumfänglich möglich ist, bzw. der Beschüß des Werkstücks durch Partikel in vorgebbaren Zeitintervallen bzw. Längenabschnitten ausgesetzt und wieder aufgenommen werden kann.

Die Strahldüsen können Bestandteil einer Mikrostrahlanlage sein und sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung in einer Kammer angeordnet. Ein weiteres Bestandteil der Vorrichtung kann wenigstens eine Abblasdüse sein, die nach dem Aufrauhprozeß zur Entfernung von etwa noch anhaftenden Partikeln das Werkstück abbläst. Weiterhin können wenigstens eine Reinigungsanlage und eine Trocknungseinheit Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein.

Zusätzliche Weiterbildungen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung der Strahldüsen um das aufzurauhende Werkstück herum, wobei eine jede der Strahldüsen in einer anderen Ebene entlang der Durchlaufrichtung des Werkstücks angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Anordnung der Strahldüsen.

Die in Fig. 1 skizzierte erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen kontinuierlichen Durchlaufprozeß zur Erzeugung rauher Oberflächen. Von einer Spule 10 wird ein quasi-endloses, bandförmiges und zu Beginn der Verarbeitung noch

&ldquor;glattes" Werkstück 11 abgespult. Das zu bearbeitende Werkstück 11, beispielsweise ein Draht, Band, Litze oder Kabel, kann vollständig aus Metall oder aus Kunststoff bestehen, oder aber nur eine Oberfläche aus Metall oder Kunststoff besitzen. Im Zuge des Abspulens wird das quasi-endlose Werkstück 11 in Pfeilrichtung über Umlenkrollen 12 in eine Kammer 13 zur Aufrauhung der Oberfläche geführt.

In der Kammer 13 sind mehrere, im dargestellten Beispielsfall vier Strahldüsen 14 bis 17 angeordnet. Die Strahldüsen 14 bis 17 sind in Laufrichtung des Werkstücks 11 hintereinander angeordnet, sozusagen in vier parallelen Ebenen senkrecht zur Längsachse des Werkstücks 11. Dieses wird nacheinander durch die Strahlzone 18 einer jeden der Strahldüsen 14 bis 17 geführt, wo das Werkstück 11 jeweils mit Mikropartikeln bestrahlt wird, die mittels eines expandierenden Trägergases auf seine Oberfläche gerichtet sind. Dabei durchläuft das Werkstück 11 beiderseits der Strahldüsen 14 bis 17 angeordnete Führungen 19.

Nach Durchlaufen der Kammer 13 wird das aufgerauhte Werkstück 11 mit einer Abblasdüse 20 abgeblasen und grob von an ihm etwa noch haftenden Partikeln befreit, bevor es durch eine Reinigungsanlage 21 geführt wird, in der das Werkstück 11 intensiv gereinigt wird. Zur Trocknung des gereinigten Werkstücks 11 wird dieses durch eine Trocknungseinheit 22 geführt und schließlich über Umlenkrollen 23 zu einer Spule 24 umgelenkt, auf die das aufgerauhte und gereinigte Werkstück 11 aufgewickelt wird.

Das in dieser Vorrichtung im kontinuierlichen Durchlaufprozeß aufgerauhte, quasi-endlose Werkstück 11 kann später für die Verwendung abgelängt werden. Die dabei angewendeten herkömmlichen Schnittverfahren lassen Schnittflächen zurück, die so glatt sind, daß z.B. eine erforderliche Bondverbindung einfach und dauerhaft anzubringen ist. So weist jedes abgelängte Werkstück eine rauhe Mantelfläche aber eine glatte Stirnfläche auf. Die so vorbehandelten gekürzten Stücke können unmittelbar in Glas oder Keramik eingeschmolzen werden.

Es ist vorgesehen, daß die Strahldüsen 14 bis 17 um das Werkstück 11 herum angeordnet sind, so daß das Werkstück 11 von mehreren Seiten bestrahlt wird und

dadurch dessen gesamtumfängliche Oberfläche aufgerauht wird. Dadurch, daß die Strahldüsen 14 bis 17 individuell aktivierbar sind, kann jedoch die Aufrauhung der Oberfläche auch so erfolgen, daß das Werkstück 11 nur von einer Seite bestrahlt wird, also beispielsweise nur die Unterseite eines Bandes aufgerauht wird, während die Oberseite unaufgerauht, also im ursprünglichen Zustand belassen bleibt. In diesem Sinne sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Anforderungen an Bauteile erfüllbar, die sowohl glatte als auch aufgerauhte Bereiche erfordern. Denn durch die individuelle Ansteuerbarkeit der Strahldüsen 14 bis 17 läßt sich das Bestrahlen des Werkstücks 11 nach einstellbaren Zeitintervallen oder Längenabschnitten ein- bzw. ausschalten, so daß sich glatte und aufgerauhte Bereiche bzw. Segmente über die Länge des quasi-endlosen Werkstücks 11 abwechseln.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft arbeitet, wenn sogenannte Mikrostrahlanlagen, also deren Strahldüsen 14 bis 17, in Form einer Kaskadierung angeordnet sind. Um nämlich eine besonders effektive Wirkung der Bestrahlung des Werkstücks 11 zu erzielen, werden deren Strahldüsen 14 bis 17 in z.B. gleichmäßigem Winkelabstand zueinander um das Werkstück 11 herum angeordnet. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 2, mit einer Projektion der längs des Werkstücks versetzten Mikrostrahlanlagen in die Zeichenebene. Um das Werkstück 11 als Zentrum sind drei Strahldüsen 14, 15 und 16 herum angeordnet, und zwar so, daß der Winkelabstand zwischen benachbarten Strahldüsen jeweils 120° beträgt. Dabei ist eine jede der Strahldüsen 14, 15 und 16 in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Laufrichtung des Werkstücks 11 und parallel zu den Ebenen der beiden anderen Strahldüsen orientiert sind. Die Strahldüsen 14, 15 und 16 liegen also in Laufrichtung des Werkstücks nebeneinander, wie in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel für die Anordnung von vier Strahldüsen 14, 15, 16 und 17, die ebenfalls um das Werkstück 11 herum angeordnet sind und zueinander einen identischen Winkelabstand von 90° aufweisen. Wie zu Figur 2 beschrieben, liegt auch hier jeweils eine Strahldüse 14 bis 17 in einer Ebene, wobei die Ebenen in Laufrichtung des Werkstücks 11 nebeneinander angeordnet sind, so wie in Fig. 1 dargestellt.

Um eine gewünschte Rauhtiefe Rz bei einer speziellen Materialbeschaffenheit der Oberfläche des quasi-endlosen Werkstücks 11 einzustellen, können die folgenden Parameter ausgewählt bzw. eingestellt werden: Die Partikelgröße, die Geometrie der Partikel und die Partikelart, wodurch die Härte der Partikel zu variieren ist; weiterhin der Druck des Trägergases, mit dem die Partikel auf das Werkstück 11 geschossen werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, einen Druck von 1 bis 5 bar zu wählen. Darüber hinaus ist der Abstand und der Winkel der Strahldüsen 14 bis 17 zur bestrahlenden Oberfläche des Werkstücks 11 einzustellen, sowie die Durchlaufgeschwindigkeit, mit der das Werkstück 11 durch die Strahlzonen 18 hindurchgeführt wird.

Um mit höheren Durchlaufgeschwindigkeiten arbeiten zu können, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Werkstück 11 nach Verlassen der Kammer 13 zunächst umzulenken und so im Inline-Prozeß mehrmals durch die Kammer 13 hindurchzuführen, bevor die so intervallartig und sukzessive veränderte Mikrotopographie der Oberfläche gereinigt und das aufgerauhte Werkstück 11 wieder aufgespult wird.

So wird, um erfindungsgemäß endlose Drähte definiert aufzurauhen und gemittelte Rauhtiefen von typisch Rz = 1 bis 30 &mgr;&pgr;&igr; herzustellen, der glatte Draht in einem kontinuierlichen Durchlaufprozeß durch eine Vorrichtung mit einer Folge von Strahlzonen 18 hindurchgeführt. In dieser wird der Draht mittels eines trokkenen Feinstrahlverfahrens bearbeitet und die Mikrotopographie der Oberfläche dadurch verändert. Sie wird aufgerauht. Um den gesamten Umfang einer Drahtoberfläche gleichmäßig aufzurauhen, sind in Drahtlaufrichtung mehrere Strahldüsen 14 bis 17 hintereinander angeordnet und zueinander winkelmäßig versetzt. Bei Bedarf ermöglichen die individuell ansteuerbaren Strahldüsen 14 bis 17 der Vorrichtung auch ein segmentartiges Aufrauhen einzelner Bereiche auf der Oberfläehe eines solchen Drahtes.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aufrauhen der Oberfläche eines quasi-endlosen Werkstücks (11), dadurch gekennzeichnet, daß Strahldüsen (14-17), durch deren aufeinanderfolgende Strahlzonen (18) das Werkstück (11) verläuft, winkelig zueinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (14-17) in Laufrichtung des Werkstücks (11) nebeneinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits einer Strahldüse (14-17) Längsführungen (19) für das Werkstück (11) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (14-17) individuell aktivierbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (14-17) in einer Kammer (13) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüsen (14-17) Bestandteil einer Mikrostrahlanlage sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Strahldüsen (14-17) wenigstens eine Abblasdüse (20) und/oder wenigstens eine Reinigungsanlage (21) und/oder wenigstens eine Trocknungseinheit (22) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mikropartikel mittels eines Trägergases auf die Oberfläche gerichtet sind.