DE2454673A1 - Verfahren zur herstellung definierter komplexer muster - Google Patents

Verfahren zur herstellung definierter komplexer muster

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DE2454673A1
DE2454673A1 DE19742454673 DE2454673A DE2454673A1 DE 2454673 A1 DE2454673 A1 DE 2454673A1 DE 19742454673 DE19742454673 DE 19742454673 DE 2454673 A DE2454673 A DE 2454673A DE 2454673 A1 DE2454673 A1 DE 2454673A1
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DE19742454673
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Heinz Groenert
Juergen Hass
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MAN AG
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B30B15/065—Press rams
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Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft
München, den 18. November
Verfahren zur Herstellung definierter komplexer Muster
Zum Abstützen schnellrotierender Körper, wie beispielsweise Gyroskope, werden Kugelkalotten-Spurlager verwendet, bei denen in der umlaufenden Kugel und/oder in der Kalotte Spiralrillen eingebracht sind. Es ist hierbei von Vorteil, die beiden Lagerteile mit möglichst kleinem Durchmesser anzufertigen.
Hierbei hat es sich als besonders schwierig erwiesen, die Spiralrillen kostengünstig mit der notwendigen Genauigkeit einzubringen; gerade die Genauigkeit der Spiralrillen aber ist von großer Wichtigkeit, da an deren Kanten bereits bei
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Einsetzen einer Relativbewegung ζ να sehen den beiden Lagerteilen ein derartiger Druckaufbau stattfinden soll, daß mögliehst bald das Gebiet der hydrodynamischen Reibung erreicht
Es hat sich hierbei insbesondere als schwierig erwiesen, Prägestempel zum Einprägen eines Spiralrillenmusters und zum endgültigen Formen der pfannenförmigen Kalotte mit der geforderten Genauigkeit aus einem hinlänglich festen Material anzufertigen.
Aus diesem Grund hat man auch vom Prägen derartiger Kalotten mit kleinem Durchmesser und mit Spiralrillen-Muster generell abgesehen.
Hochgenaue Prägestempel werden normalerweise durch Photoätzen hergestellt, wobei die Oberfläche des Druckstempelrohlings mit einem lichtempfindlichen Lack abgedeckt wird, auf den anschließend ein Muster fototechnisch projiziert x-iird, das dem späteren Muster des Stempels entspricht. Dieses Muster wird anschließend durch einen Xtzvorgang herausgearbeitet. Es ist nun außerordentlich schwierig, bei einer Oberfläche höherer Ordnung, wie sie der Stempel sein muß, durch Projektion ein Muster mit notwendiger Schärfe abzubilden; xvenn der Abstand zwischen.car. Objektiv der Abbildungseinrichtung und der zu belichtenden Oberfläche auch nur geringfügig differiert, geht dies bereits zu Lasten der Abbildungsschärfe.
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BAD ORJGiNAL
Aufgabe der Erfindung ist es ganz allgmein, ein möglichst billiges und einfaches Herstellen von pfannenförmigen Lagerkalotten mit Spiralrillenmuster zu ermöglichen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Prägestempels zu finden, der eine gemusterte Wirkoberfläche höherer Ordnung aufweist, das während des ".tzverfahrens mit größtmöglicher Schärfe auf der Oberfläche abgebildet wird, ohne daß eine besondere Einrichtung für das exakte Konstanthalten zwischen der Oberfläche des Stempelrohlings und dem Objektiv der Belichtungseinrichtung zu sorgen hat.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Herstellung eines derartigen Stempels auf möglichst kostengünstige Weise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Belichtung des mit lichtempfindlichenr,Lack abgedeckten Stempelrohlings durch einen Laserstrahl erfolgt. Da der Laserstrahl seinerseits über einen großen Bereich hinweg eine gleichbleibende Schärfe aufweist, ist es möglich, selbst auf komplizierte Oberflächen höherer Ordnung ein Muster mit nahezu beliebiger Schärfe zu zeichnen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser des Laserstrahles durch
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BAD ORIGIWAL
eine bikonvexe Linse insbesondere zwischen o.o2 mm und 0.7 mm eingestellt wird. Hierdurch erhält der Laserstrahl einen Durchmesser, der gerade' der Breite einer der Spiralrillen entspricht. Somit ist es nur notwendig, mittels des Laserstrahles über die Oberfläche des Stempelrohlings hinweg mehrmals hintereinander bei versetztem Stempelrohling die Bahn einer Spiralrille nachzuzeichnen, wodurch diese Spiralrille in ihrer richtigen Abmessung durch den lichtempfindlichen Lack aufgezeichnet wird.
Sine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, da3 eine Einrichtung zum Erzeugen des Laserstrahls stillsteht, während der Stempelrohling um zwei seiner Achsen geschwenkt wird. Hierbei kann die Bewegung des Stempelrohlings in Jeder der Achsen mit gleicher oder unterschiedlicher"Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung durchgeführt werden, wodurch es möglich ist, durch zwei Drehbewegungen, die in ihrer Abhängigkeit zueinander jederzeit auf einfache Weise durch einen Rechner gesteuert werden können, jede beliebige Spiralrillenform in einen Stempel abzubilden. Wird der Stempelrohling jeweils um einen gleichen Winkelbereich weitergedreht, so ist es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensein genaues Spiralrillenmuster in den Stempel einzubringen. Hierdurch wird größtmögliche Genauigkeit im Lager erzielt, da der Verlauf der Spiralrillen völlig gleichartig ist. Es ist durch das erfindungsgemäße Verfahren auch er-
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BAD ORIG[NAL
möglicht, daß lediglich durch Wahl anderer Drehbewegungen mit der gleichen Vorrichtung jeweils eine neue Rillenform in den Stempelrohling eingeätzt v/erden kannj somit ist es möglich, aus verhältnismäßig billigem Material für den Versuchsantrieb eine Vielzahl von Spiralrillenmustern herzuzustellen, ohne hierzu teuere und aufwendige Schablonen verwenden zu müssen·
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Laserstrahl durch ein bewegliches Spiegelsystem gelenkt wird. Hierbei ist es möglich, entweder alleine oder zusätzlich zur vorher erwähnten Bewegung des Stempelrohlings während des Belichtens auch eine Bewegung des Laserstrahls vorzusehen, die vorzugsweise durch ein bewegtes Spiegelsystem erwirkt wird. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, bei besonders komplizierten Oberflächen durch Versetzen des Spiegels den Laserstrahl selbst an schwer erreichbare Stellen der Oberfläche zu lenken. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, den Laserstrahl, der vorzugsweise einen festgewählten Durchmesser aufweist, an bestimmten Stellen der Oberfläche unter einem vorgewählten Winkel einfallen zu lassen, so daß sich die Abbildungsbreite des Laserstrahles erhöht, da er als Abbild nicht eine kreisförmige Fläche, sondern eine elliptische Fläche darstellt. Natürlich kann auch die Bewegung des Spiegelsystems bzw. des Laserstrahls von einem Rechner gesteuert werden. Somit ist es möglich, Spiralrillen oder sonstige Muster
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in die Oberfläche eines Stempelrohlings einzubringen., wobei ein Muster mit unterschiedlicher Strichstärke abgebildet v/erden kann.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Prägestempels noch näher erläutert. Hierzu wird im folgenden anhand näherer Material- und Maßangaben das erfindungsgemäße Verfahren noch näher beschrieben.
Das Steinpelmaterial besteht aus einem VJerkstoff mit hohem Elastizitäts-modul, um bei der anzuwendenden Preßkraft eine möglichst kleine Verformung der kugeligen Prägefläche zu erhalten.
Die Stempelausbildung kann beliebige Formen haben, es muß nur eine bestimmte Aufweitung der Teile in Betracht gezogen werden. Bei der hier angesprochenen Erfindung mit rechteckigen Schmiernuten mul3 bei einer Prägung von diesen Axialgleitlagern beim Ätzen ein Zuschlag für die Rückfederung von Bronzematerial von etwa 6 ja angesetzt v/erden.
Die Herstellung der in laxodromer Form verlaufenden Rillen - in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet - geschieht auf fotomechanische«! Wege. Der Stempel wird dabei in einen negativ arbeitenden Fotolack getaucht und gewisse Zeit im Luftumwälzofen getrocknet. Die Belichtung einer Spirale erfolgt
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mittels eines im blauen Licht arbeitenden Lasers. Durch eine vorgeschaltete bikonvexe Linse kann der Strahldurchmesser zwischen o.o2 mm und 0.7 mm mittels eines fein regulierbaren Triebes stufenlos verstellt werden. Die Spiralen werden durch Drehbewegungen um die X- und Y-Achse der Kugel hergestellt. Durch die stufenlos einstellbaren Geschwindigkeiten ist es möglich, die Steigung der Spiralen auf jeden beliebigen Wert einzustellen. Die Teilung, Abstand von Spirale zu Spirale, erfolgt zweckmäßig durch eine elektronische Steuerung, mit der man Teilgenauigkeiten unter o.ol mm erreicht. Nach der Belichtung aller gewünschten Spiralen erfolgt das Entwickeln mit anschließender Aushärtung der Potoschicht.
Das Ätzen der Stempel erfolgt in einer !'vtzkammer mittels eines bestimmten Ätzmediums. Da durch diese Atzung eine relativ rauhe Oberfläche entsteht ist es notwendig, die Teile nach der erfolgten Behandlung mittels elektrolytischem Polierverfahren an der Oberfläche einzuebnen. Bei einer kurzen Behandlungsdauer von etwa 5 Minuten bei niedrigem Strom mittels Rundkathode können Oberflächenrauhigkeiten kleiner 0.2 yu erreicht werden.
Diese so hergestellten Stempel werden zum Prägen des Axial-Gleitlagers".verwendet. Es können mit diesen erwähnten Schritten Standzeiten von etwa 2oo Stück Axialgleitlagern erreicht werden.
Die Kalotten von Äxlal-Gleitlagern werden in einem Säulenführungsgestell mit geschlossenem Prägeraum gepreßt, wobei das
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Material durch den notwendigen Druck zum Fließen kommt und den Prägestempel allseitig umschließt. Nach erfolgter Prägung genügt eine kurze Drehung der gepreßten Kalotte, die bei der Aufwärtsbewegung mitgenommen wird, um diese abzunehmen.
Die erzielten Pormgenauigkeiten liegen dabei bei etwa 2 χι gemessen mittels Rotaly Talysurf, bezogen auf den Durchmesser. Durch einen Läppvorgang mittels herkömmlichen Kugellagerkugeln ist es möglich, mit kurzem Zeitaufwand die Pormgenauigkeiten der Kalotte auf ein Maß unter o,5 /^ herabzusetzen. Außerdem liegt die erzielte Rauhigkeit R^ kleiner o,2/6.
Ein gemäß der Erfindung herzustellender Prägestempel ist in der Zeichnung dargestellt. Die die Spiralrillen erzeugenden Teile 1 sind auf dem halbkugelförmigen Ende 2 angeordnet. Mit dem Zapfen 3 ist der Stempel in dem Stempelhalter einzusetzen.
Da~s bisher beschriebene Verfahren läßt mit dem Stempel eine exakte aber auch kostengünstige Erzeugung von Spiralrillen in einer Kugelkalotte zu. Wenn es auf eine besondere Exaktheit der Spiralrillen in einer Kugelkalotte und weniger auf die Preiswürdigkeit ankommt, kann das beschriebene Verfahren auch dazu verwendet werden, die Spiralrillen direkt in der entsprechend vorbereiteten Kugelkalotte zu erzeugen und den Weg über den erfindungsgemäß hergestellten Prägestempel zu sparen. Entsprechend könnten dann auch Spiralrillen in einem kugelförmigen Lagerzapfen erzeugt werden.
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Claims (1)

  1. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
    Aktiengesellschaft
    München, den 18. November
    Patentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung definierter komplexer Muster auf Kugel- bzw. Hohlkugelflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtung der mit lichtempfindlichen Lack abgedeckten Kugel- bzw. Hohlkugelflächen durch einen Laserstrahl erfolgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Laserstrahls durch eine bikonvexe Linse insbesondere zwischen o,o2 und o,7 mm eingestellt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Erzeugen des Lasers stillsteht, während Kugel- bzw. Hohlkugelfläche um zwei ihrer Achsen geschwenkt wird.
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    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß Laserstrahl durch ein bewegliches
    Spiegelsystem gelenkt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge» kennzeichnet, daß die Kugelfläche einem Prägestempel zum Prägen von Kalottenspurlagern zugeordnet ist, wobei die pfannenförmige Kalotte des Lagers Spiralrillen aufweist und aus Material hoher Elastizitätsmodule besteht.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelfläche dem kugelförmigen Zapfen eines Kalottenspurlagers zugeordnet ist.
    7. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkugelfläche der Kalotte eines Kalottenspurlagers zugeordnet ist.
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    18.II.I974
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DE19742454673 1974-11-19 1974-11-19 Verfahren zur herstellung definierter komplexer muster Withdrawn DE2454673A1 (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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SE7511869L (sv) 1976-05-20
SE410479B (sv) 1979-10-15
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GB1532962A (en) 1978-11-22

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Legal Events

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8130 Withdrawal
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