DE2257756C2 - Verfahren und Vorrichtung zur lokalen Elektrofunkenbeschichtung von Metallen und Legierungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur lokalen Elektrofunkenbeschichtung von Metallen und LegierungenInfo
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Description
Eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser als 2 mm
wird in einer Entfernung von der Werkstückoberfläche gehalten, die von der Durchschlagsspannung
und dem Strom abhängt, wobei elektrische Impulse verwendet werden mit
c) einer Leerlaufspannung von 600 bis 15 V und
d) einer Dauer von 1 bis 10 us.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (1) noch zusätzlich zur Drehung um ihre Längsachse mit regulierbarer Geschwindigkeit
und einstellbarem Halbmesser in eine Planetar-Bewegung versetzt und gegebenenfalls das
Werkstück (2) ergänzend in der Ebene seiner zu beschichtenden Oberfläche bewegt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer
stabförmigen Elektrode, einem motorischen Antrieb zur Drehung bzw. Bewegung der Elektrode, einem
Impulsgenerator und einer Stromzuführungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet daß die Elektrode (1)
einen kleineren Durchmesser als 2 mm aufweist, daß die Elektrode (1) an einem Lischichtungskopf (8)
befestigt ist, welcher einen die Elektrode (1) drehenden Motor (12) enthält, welcher zusammen mit dem
Beschichtungskopf (8) axial von einer Nachführungsvorrichtung (9) versetzbar ist und daß die Elektrode
(1) und das auf einem Tisch (16) befestigte, zu beschichtende Werkstück (2) mit dem Impulsgenerator
(4) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (16). auf welchem das zu
beschichtende Werkstück (2) befestigt ist, von einer Programmeinrichtung (15) in der Ebene der zu beschichlsnden
Oberfläche des Werkstückes (2) versetzbar ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Beschichtungskopf
(8) eine Einrichtung zur planetaren Versetzung der Elektrode (1) eingebaut ist, welche einen regulierbaren
Motor (17) mit Vorgelege (8) enthält, unter welchem ein Tragbügel mit einer Lagerstütze (19)
angeordnet ist, und daß an der Welle des Vorgeleges (18) ein nach unten gekehrter Becher (20) befestigt
ist, in welchem auf Führungen eine Stange (22) mit einer sie versetzenden Schraube (21) angeordnet ist,
wobei die Stange (22) den Motor (12) mit der Elektrode (1) trägt.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Tisch (16) mit
dem Werkstück (2) eine Einrichtung zur planetaren Versetzung der Elektrode (1) vorgesehen ist, welche
einen regulierbaren Motor (23) mit Vorgelege (24) aufweist und daß auf der Welle des Vorgeleges (24)
ein Gehäuse (25) befestigt ist, in welchem ein Körper (26) mit einem ersten Zapfen (27), dessen Achse mit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Elektrofunkenbeschichtung
von Metallen und Legierungen, wobei eine stabförmige Elektrode um ihre zur Werkstückoberfläche
senkrechte Längsachse gedreht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Solche bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind in den US-PS 30 97 291 und US-PS 32 77 267 wie auch in
»Fertigungstechnik und Betrieb«. 14. Jahrgang. Heft 12. Dezember 1964, Seiten 757—760 beschrieben, wobei die
das Metall abgebende Elektrode stets mit dem zu beschichtenden Werkstück in Kontakt gehalten werden
muß. Hierzu dreht sich die Elektrode während des Berührungsvorganges um ihre eigene Achse bzw. muß eine
ständig fortschi-sitende Bewegung über die Werkzeugoberfläche
ausführen, damit ein Einbrennen und damit eine Beschädigung der Werkzeugoberfläche vermieden
wird. Aufgrund der Tatsache, daß bei diesem bekannten Verfahren die Elektrode jeweils die Werkstückoberfläche
berührt, kann nur eine relativ niedrige Spannung (60—200 V) verwendet werden, insbesondere
auch wegen der relativ langen Impulsdauern von 15—40 μβεα Diese relativ lange Impulsdauer zeigt den
Nachteil, daß das Werkstück an den beaufschlagten Stellen einer verhältnismäßig großen Erwärmung bzw.
Erhitzung ausgesetzt ist.
Weiter wird bei diesem bekannten Verfahren eine Elektrode mit relativ großem Durchmesser (über 2 mm
Durchmesser) verwendet, bei welchen das am Elektrodenende austretende Elektronenbündel einen größeren
Durchmesser als die Elektrode selbst aufweist, wodurch wiederum eine relativ ungenaue Abmessung der beschichteten
Fläche resultiert.
Dem in »Fertigungstechnik und Betrieb« beschriebenen Verfahren ist weiter zu entnehmen, daß zwar auch
Elektroden mit einem Durchmesser kleiner als 2 mm verwendet werden können, dann aber nur zum Befunken
schmaler Werkzeugflächen und in Abhängigkeit einer Geräteeinstellungsstufe von kleiner 100 μΡ, wobei
jedoch dann ausdrücklich betont wird, daß Elektroden mit einem Durchmesser größer 2 mm zum Befunken
größerer Werkstücke und bei einer Geräteeinstellstufe größer 100 μΡ Verwendung finden. Dieser Literaturstelle
ist auch zu entnehmen, daß die Verwendung von Elektroden mit einem Durchmesser kleiner 2 mm bisher
nicht bei der Befunkung von größeren Werkstücken üblich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, welche in der Lage ist, Beschichtungen an Werkstücken herzustellen, welche eine gleichmäßige
Dicke und genügende Dichte aufweisen und insbesonb5
dere auch genau auf einen vorgesehenen Abschnitt begrenzt sind, wobei solche gleichmäßigen Beschichtungen
an verschiedenen Werkstücken mit identischer reproduzierbarer Qualität ermöglicht werden sollen.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale a) und b) mit den Merkmalen
c) und d) gelöst, daß nämlich
a) eine Elektrode mit kleinerem Durchmesser als 2 mm
b) in einer Entfernung von der Werkstückoberfläche gehalten wird, die von der Durchschlagspannung
und dem Strom abhängt, wobei elektrische Impulse verwendet werden mit
c) einer Leerlaufspannung von 600— 15 V und
d) einer Dauer von 1 bis 10 psec.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren können sehr hohe Glätteklassen erreicht werden, insbesondere
durch die extrem kurze Dauer der Impulse und durch die damit verbundene Vermeidung unerwünschter thermischer
Veränderungen des Werkstückes. Darüber hinaus ist vorteilhaft, daß sich durch die Anwendung extrem
kurzer Impulse in Kombination mit einer hohen Spannung eine genaue Dosierung der Energie der Impulse
erreichen läßt
In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens wird die Elektrode noch zusätzlich zur Drehung um ihre
Längsachse mit regulierbarer Geschwindigkeit und einstellbarem Halbmesser in eine Planetärbewegung versetzt
und das Werkstück ergänzend in der Ebene seiner zu beschichtenden Oberfläche bewegt Hierdurch kann
ohne weiteres ein Bereich auf der Oberfläche des Werkstückes bearbeitet werden, welche eine größere Breite
als der Durchmesser der Elektrode aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch weiterhin dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur
Durchführung des vorgenannten Verfahrens mit einer stabförmigen Elektrode, einem motorischen Antrieb zur
Drehung bzw. Bewegung der Elektrode, einem Impulsgenerator und einer Stromzuführungseinrichtung geschaffen
wird, wobei die Elektrode einen kleineren Durchmesser als 2 mm aufweist, und an einem Beschichtungskopf
befestigt ist, weiche einen die Elektrode drehenden Motor enthält, welcher zusammen mit dem Beschichtungskopf
axial von einer Nachführvorrichtung versetzbar ist, und wobei die Elektrode und das auf
einem Tisch befestigte, zu beschichtende Werkstück mit dem Impulsgenerator verbunden sind.
Weiter kann der Tisch, auf welchem ci.as zu beschichtende
Werkstück befestigt ist, von einer Programmeinrichtung in einer Ebene versetzt werden.
Bei einer solchen Vorrichtung ist erfindungsgemäß in dem Beschichtungskopf eine Einrichtung zur planetären
Versetzung der Elektrode eingebaut, welcher einen regulierbaren Motor mit Vorgelege enthält, unter welchem
ein Tragbügel mit einer Lagerstütze angeordnet ist, und an der Welle des Vorgeleges ein nach unten
gekehrter Becher befestigt, in welchem auf Führungen eine Stange mit einer sie versetzenden Schraube angeordnet
ist, wobei die Stange den Motor mit der Elektrode trägt.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform ist unter dem Tisch mit dem Werkstück eine Einrichtung zur planetären
Versetzung der Elektrode vorgesehen, welche einen regulierbaren Motor mit Vorgelege aufweist, und
auf der Welle des Vorgeleges ein Gehäuse befestigt, in welchem ein Körper mit einem ersten Zapfen, dessen
Achse mit derjenigen der Elektrode fluchtet, auf Führungen versetzbar und im Gehäuse mittels einer
Schraube fixierbar ist, und tine horizontal angeordnete, das Gehäuse des Beschichtungskopfes tragende Kurbelstange
auf dem ersten Zapfen und auf einem zweiten, zu ihm parallelen und auf einer auf Führungen geführten
horizontalen Platte befestigten Zapfen gelagert.
Durch diese beiden vorbeschriebenen Ausführungsformen
der Vorrichtung kann neben der Drehung der Elektrode um ihre eigene Achse auch erreicht werden,
daß Werkstück und Elektrode sich zueinander bewegen und größere Flächen abgedeckt werden, als die dem
Durchmesser der Elektrode entsprechende Fläche. Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Eiektrofunkenbeschichtung von Metallen und Legierungen
anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen:
Fig. 1—4 das Prinzip der lokalen Eiektrofunkenbeschichtung
in verschiedenen Anwendungsbeispielen;
Fig.5 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
F i g. 6 eine schematische Darstellung des Beschichtungskopfes und der darin eingebauten Einrichtung für
die Planetärbewegung der Beschichtung^riektrode und F i g. 7 eine schematische Darstellung ein^r anderen
Variante der Einrichtung für die Planetärbewegung der Beschichtungselektrode.
In F i g. 1 ist veranschaulicht, daß die aus dem aufzutragenden
Metall oder der Legierung bestehende stabartige Elektrode 1 eine Drehbewegung um ihre Achse
ausführt und mit ihrem stirnseitigen Ende in einer bestimmten Entfernung von der Oberfläche des zu beschichtenden
Werkstücks gehalten ist. Ein impulsgenerator 4 speist die Elektrode 1 und das zu beschichtende
Werkstück 2. Das Ergebnis der Eiektrofunkenbeschichtung ist eine lokale Beschichtung 3 auf der Oberfläche
des Werkstücks in Form eines runden Reckes, dessen Abmessung nahezu gleich dem Durchmesser der Elektrode
1 ist.
F i g. 2 zeigt das Prinzip der lokalen Eiektrofunkenbeschichtung mittels einer sich um ihre Achse drehenden
und sich zusätzlich planetär versetzenden Elektrode 1 für einen Halbmesser der Pianetärbewegung, der gleich
dem Halbmesser der Elektrode 1 ist. Die sich in Form eines Fleckes bildende Beschichtung 3 hat eine Abmessung,
die gleich dem doppelten Durchmesser der Elektrode 1 ist.
F i g. 3 veranschaulicht das Prinzip der lokalen Eiektrofunkenbeschichtung
mittels einer sich um ihre Achse drehenden und sich planetär versetzenden Elektrode 1
für den Fall, daß der Halbmesser der Planetärbewegung größer als der der Elektrode 1 ist, wobei die Beschichtung
3 die Form eines ringartigen Streifens zeigt.
F i g. 4 zeigt das Prinzip der lokalen Eiektrofunkenbeschichtung einer Fläche, deren Breite beträchtlich den
Durchmesser der Elektrode 1 überschreitet. Die gewünschte Form der beschichteten Fläche erhält man
durch die Vereinigung der Planetärbewegung der sich drehenden Elektrode 1 und einer Versetzung des zu
beschichtenden Werkstücks 2 in der Ebene seiner zu bearbeitenden Oberfläche, welche von der Programmeinrichtung
15 und de;: davon gesteuerten Antriebsvorrichtungen 5 und 6 bewirkt wird.
In Fig.5 ist das Blockschema der Vorrichtung zur
Eiektrofunkenbeschichtung mit einer sich drehenden Elektrode dargestellt. Diese enthält ein Gehäuse 7, in
dem auf Kugelführungen der Beschichtungskopf 8 axial geführt wird, an welchem ein Motor 12 befestigt ist,
v/elcher die stabartige Elektrode 1 aus dem aufzutragenden Material trägt. Auf einem Tisch 16 wird das zu
beschichtende Werkstück 2 befestigt. Der Beschich-
tungskopf 8 kann in senkrechter Richtung mit Hilfe eines Motors 10 und eines Vorgeleges 11, die von einer
elektronischen Nachführvorrichtung 9 gesteuert werden, versetzt werden, so daß zwischen der Oberfläche
des zu beschichtenden Werkstücks und der Stirnseite der Elektrode eine bestimmte optimale Entfernung aufrechterhalten
wird. Die Geschwindigkeit des Motors 12 wird in Abhängigkeit von den Abmessungen der Elektrode
1 mit Hilfe einer Einrichtung 13 reguliert. Der Impulsgenerator 4 ist mittels einer Stromzuführung 14,
die vorzugsweise zur Kontaktgabe Quecksilber enthält, mit der Elektrode 1 und auch mit dem Tisch 16, auf dem
das aufzuschichtende Werkstück befestigt ist, verbunden. Mit Hilfe der Programmeinrichtung 15 und ihren
Antriebsvorrichtungen 5 und 6 wird der Tisch 16 mit dem zu beschichtenden Werkstück 2 in der Ebene der
zu bearbeitenden Oberfläche versetzt oder gedreht.
Die F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der in dem Beschichtungskopf eingebauten Einrichtung zur
planetären Versetzung der Elektrode 1. Unter einem regulierbaren Motor 17 mit einem Vorgelege 18 ist ein
Tragbügel mit Lagerstütze 19 angeordnet, und an der Welle des Vorgeleges 18 ist ein nach unten offener Becher
20 befestigt, in dem auf Führungen die mit der versetzenden Schraube 21 verbundene Stange 22, die
den Motor 12 mit der Elektrode 1 trägt, befestigt ist. *
Die weitere Ausführungsform für die Einrichtung zur planetären Versetzung der Elektrode 1 gemäß F i g. 7
enthält einen regulierbaren Motor 23 mit einem Vorgelege 24, die beide unter dem Tisch 16, auf dem sich das
zu beschichtende Werkstück 2 befindet, angeordnet sind. An der Welle des Vorgeleges 24 ist ein Gehäuse 25
befestigt, in dem ein Körper 26 mit einem ersten Zapfen 27 angeordnet ist, dessen Achse mit derjenigen der
Elektrode 1 fluchtet Dieser Körper 26 wird auf Führungen im Gehäuse 25 geführt und ist mittels einer Schraube
28 fixierbar. Auf dem ersten Zapfen 27 ist eine horizontal angeordnete Kurbelstange 29, die das Gehäuse 7
des Bcschichtungskopfes 8 trägt, gelagert. Ein zweiter Zapfen 30 ist auf einer horizontalen Platte 31, die auf
Führungen 32 geführt wird, befestigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur lokalen Elektrofunkenbeschichtung
wird nachfolgend näher erläutert:
Die Elektrode 1 wird von dem Motor 12 um ihre Achse gedreht, während sie von der Nachführvorrichtung
9 mit Motor 10 und Vorgelege 11 in einer optimalen Entfernung von dem zu beschichtenden Werkstück 2
in Abhängigkeit von der Durchschlagspannung und dem Strom gehalten wird. Der Impulsgenerator 4 ist
einerseits unmitf<?lbar mit dem zu beschichtenden
Werkstück 2 und andererseits durch eine Quecksilberstromzuführung 14 mit der Elektrode 1 verbunden. Als
Ergebnis der Funkentladungen erhält man auf dem Werkstück 2 eine Beschichtung. Ihre Qualität für bestimmte
Materialien hängt von den Parametern der elektrischen Impulse, der Drehungsgeschwindigkeit der
Beschichiungselektrode und der Dauer der Befunkung, wie auch von dem Elektrodenabstand, der von der
Nachführvorrichtung aufrechterhalten wird, ab. Bei entsprechendem Versetzen des Tisches 16 mit dem zu beschichtenden
Werkstück 2 durch die Antriebsvorrichtungen 5 und 6, die von der Programmeinrichtung 15
gesteuert werden, können Beschichtungen mit gewünschter Form und Breite, die sich dem Durchmesser
der Elektrode 1 annähert, erhalten werden.
Die Einrichtung zur planetären Versetzung der Elektrode
1 gemäß F i g. 6 arbeitet wie folgt:
Der regulierbare Motor 17 setzt mittels des Vorgeleges 18 den Becher 20 in Bewegung, der die Stange 22
und zusammen mit ihr die Elektrode 1 mit dem umlaufenden Motor 12 dreht. Mit Hilfe der Schraube 2! wird
die Stange 22 versetzt und fixiert und hierdurch der entsprechende Halbmesser der Planetärbewegung bestimmt.
Die Geschwindigkeit der Planetärbewegung wird durch den Motor 17 reguliert. Mit dieser Einrichtung
kann man Beschichtungen 3 mit einer größeren
ίο Breite als der Durchmesser der Elektrode 1 und in den
gewünschten Formen (beispielsweise wie in den F i g. 2, 3 und 4 gezeigt) dadurch erhalten, daß eine Vereinigung
der Planelärbewegung mit der entsprechenden ebenen Versetzung des Tisches 16, die von der Programmeinrichtung
15 und ihren Antriebsvorrichtungen 5 und 6 bewirkt wird, erfolgt.
Die zweite Ausführungsform der Einrichtung zur planetären
Versetzung der Beschichtungselektrode gemäß F i g. 7 arbeitet wie folgt:
Der regulierbare Motor 23 dreht durch das Vorgelege 24 das Gehäuse 25 zusammen mit dem in ihm eingebauten
Körper 26 mit erstem Zapfen 27, wobei letzterer eine Kreisbewegung mit einem durch die Schraube 28
vorgegebenen Halbmesser ausführt. Die von dem ersten Zapfen 27 angetriebene Kurbelstange 29 bewegt
das Gehäuse 7 des Beschichtungskopfes 8, der zusammen mit der Elektrode 1 die Planetärbewegung ausführt.
D'nse Einrichtung erlaubt die Durchführung von planetären Versetzungen der Beschichtungselektrode 1
mit beträchtlich größerem Halbmesser.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur lokalen Elektrofunkenbeschichtung von Metaiien und Legierungen, wobei eine
stabförmige Elektrode um ihre zur Werkstückoberfläche senkrechte Längsachse gedreht wird, gekennzeichnet
durch die Kombination der an sich bekannten Merkmale a) und b) mit den Merkmalen
c) und d):
derjenigen der Elektrode (1) fluchtet, auf Führungen
versetzbar und im Gehäuse (25) mittels einer Schraube fixierbar ist, und daß eine horizontal angeordnete,
das Gehäuse (7) des Beschichtungskopfes (8) tragende Kurbelstange (29) auf dem ersten Zapfen
(27) und auf einem zweiten, zu ihm parallelen und auf einer auf Führungen (32) geführten horizontalen
Platte (31) befestigten Zapfen (30) gelagert ist
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