DE2636875A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mikrorauheiten - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mikrorauheitenInfo
- Publication number
- DE2636875A1 DE2636875A1 DE19762636875 DE2636875A DE2636875A1 DE 2636875 A1 DE2636875 A1 DE 2636875A1 DE 19762636875 DE19762636875 DE 19762636875 DE 2636875 A DE2636875 A DE 2636875A DE 2636875 A1 DE2636875 A1 DE 2636875A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- roughness
- microroughness
- arrangement
- micro
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
- F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
- F16J15/3424—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with microcavities
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
- B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
- B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
- B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
- B23K26/3568—Modifying rugosity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
- C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
- Y10S148/903—Directly treated with high energy electromagnetic waves or particles, e.g. laser, electron beam
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/47—Burnishing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, V.St.A.
Die Erfindung bezieht sich auf durch einen korpuskularen Energiestrahl
hergestellte Mikrorauheiten für Schmxerungszwecke. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung wie beispielsweise
eine Lasereinrichtung oder dgl. zur Erzeugung eines Strahls von Korpuskularenergie zur Erzeugung von gesteuerten
Mikrorauheiten an Oberflächen, wie beispielsweise Lageroberflächen .
Bei sich drehenden Vorrichtungen, und zwar insbesondere dort, wo Wellen teilweise innerhalb eines Gehäuses arbeiten, das ein unter
Druck stehendes Strömungsmittel enthält, werden dynamische Dichtungen verwendet. Diese dynamischen Dichtungen bestehen aus
zwei Grundteilen, einem Rotor und einem Stator. Der Stator ist am Gehäuse befestigt, wohingegen der Rotor am Stator anliegt und
an einer durch das Gehäuse verlaufenden Welle befestigt ist. Bei Anwendungsfällen unter hohem Druck und Temperatur und insbesondere
dort, wo das Leck auf einem Minimum gehalten werden
709820/1000
muß, dreht sich der Metallrotor gegenüber einem abriebbeständigen Stator aus Kohlenstoffmaterial. Natürlich wird dabei der
Abrieb erhöht, da der Rotor stark gegenüber dem Stator unter Belastung steht, um eine gute Abdichtung sicherzustellen. Dies
hat das häufige Ersetzen der Dichtungen zur Folge, was wiederum unerwünschte Betriebsunterbrechungen sowie Kosten verursacht.
Mehr oder weniger zufällig wurde festgestellt, daß sich dünne Filme zwischen den sich drehenden Oberflächen der Stirndichtungen
bei bestimmten Anwendungsfällen ausbilden. Diese Filme
existieren offensichtlich trotz der hohen auf die Dichtungen ausgeübten Belastungskräfte. Es wurde ebenfalls festgestellt,
daß das Vorhandensein dieser dünnen Schmiermittelfilme auf der Dichtung während des Betriebs eine wesentlich längere Dichtungslebensdauer
zur Folge hat. Dies führte zu Untersuchungen des Mechanismus der Dünnfilmschmierung und zur Verwendung von
Mikrorauheiten oder Mikroaufrauhungen zur Erzeugung derartiger Filme mit einer gesteuerten oder kontrollierten Stärke.
Mikrorauheiten sind kleine Vorsprünge oder Erweiterungen, die in beabsichtigter Weise auf der einen oder den beiden Lageroberflächen
einer Dichtung ausgebildet sind. Diese kleinen Vorsprünge oder Buckel erzeugen den gewünschten dünnen Schmiermittelfilm
und halten ihn während des dynamischen Betriebs der Dichtung fest. Bei diesem Schmiersystem tritt die Kavitation
des Schmiermittelfilms an der hinteren oder nacheilenden Kante
der Mikrorauheiten auf, und die Strömung des Schmiermittels um die Mikrorauheiten herum und über diese hinweg erzeugt eine
Druckverteilung, welche die Last durch gesteuerte Ölfilmstärke trägt, was eine Trennung von Rotor und Stator erzeugt. Die
durch den gesteuerten oder kontrollierten Ölfilm erzeugte Trennung im Feld der Mikrorauheiten ist wesentlich größer als
bei einer glatt geläppten Oberfläche. Diese vermindert die örtlichen und an der Oberfläche auftretenden Rillenbildungen
durch kleine Karbide und verringert daher in großem Ausmaß den Abrieb. Die damit im Zusammenhang stehenden Variablen
sind die Größe und die Form der Mikrorauheiten, die Viskosität der Schmiermittelflüssigkeit, die Rotorgeschwindigkeit und die
Dicke des Flussigkeitsfilms über den Mikrorauheiten.
709820/1000
Mikrorauheiten wurden auf zahlreichen Wegen hergestellt, und zwar in erster Linie durch chemisches Fräsen von fotogeätzten, zuvor
einer Finishbehandlung unterworfenen Oberflächen. Weitere Verfahren sind Läppen, Prägen und andere Ätzverfahren.
Diese Verfahren wurden bis zu einem Punkte verfeinert, wo eine Progression erfolgte von zufällige Größen und Formen aufweisenden
Rauheiten zu Versuchen, um homogene Rauheitsoberflächen zu erzeugen.
Die homogenen Oberflächen sind natürlich für eine analytische Vorhersage geeigneter. Zylindrische Rauheiten in einer geometrischen
Anordnung wurde durch Fotoätzverfahren hergestellt. Diese Rauheiten besitzen eine kreisförmige Kontaktoberfläche.
Kürzlich wurden Dreiecksformen in Betracht gezogen. Vgl. dazu beispielsweise die folgende Literaturstelle: Dennis Lee Otto,
"Triangular Asperities Control Seal Leakage and Lubrication", Society of Automotive Engineers,Schrift Nr. 740201, 1974.
Diese dreieckförmigen Rauheiten besitzen jedoch ebenso wie die zuvor erwähnten kreisförmigen Rauheiten flache ebene Kontaktoberflächen,
die das notwendige Ergebnis der Verwendung chemischer Ätzverfahren sind, wo die nicht geätzte Oberfläche lediglich
durch die Verwendung eines Überzugs maskiert ist. Andere kompliziertere Formen, wie beispielsweise pyramidenförmige
oder rampenförmige Formen, wurden vorgeschlagen, würden aber
neue Herstellungsverfahren erforderlich machen.
Die vorliegende Erfindung verwendet einen Strahl von Korpuskularenergie
und eine Steuervorrichtung dafür, wie beispielsweise einen Strahlenzerhacker, zur Erzeugung von Mikrorauheiten mit
kontrollierte Größe, Form und Dichte auf Lageroberflächen.· Der Strahl aus Korpuskularenergie ist zweckmäßigerweise ein
Laserstrahl, ein Elektronenstrahl oder eine Funkenentladung. Als eine Alternative zu einem mechanischen Strahlenzerhacker
kann die Dauer des Strahls durch elektronisches Pulsen des Strahls gesteuert werden. Die Form der erzeugten Mikrorauheit ist
pyramidenförmig oder rampenförmig. Eine abrupt abfallende vordere
Wand und eine sich verjüngende hintere Wand der auf diese Weise ausgeformten Rauheit erzeugt einen gewünschten Kavitations-
709820/1000
effekt und infolgedessen verbesserte dynamische Eigenschaften für die Dichtung.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, Mikrorauheiten
mit einer gleichförmigeren Größe, Form und Dichte herzustellen. Die Erfindung sieht ferner die Herstellung von Rauheiten
mit einer gesteuerten Anordnung, einer Rampenform oder einer Pyramidenform vor. Die Erfindung bezweckt ferner, Mikrorauheiten
zu erzeugen, und zwar unter Verwendung eines gesteuerten Strahles von Korpuskularenergie, wie beispielsweise eines Laserstrahls.
Die Erfindung sieht ferner die Erzeugung von· Mikrorauheiten auf Lageroberflächen vor, und zwar unter Verwendung eines gesteuerten
Strahls von Korpuskularenergie, wobei Steuermittel dafür vorgesehen sind.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein gemäß der Erfindung aufgebautes Lasersystem zur Erzeugung
von Mikrorauheiten auf Lageroberflächen;
Fig. 2 eine Ansicht längs der Linien II-II in Fig. 1, wobei
Einzelheiten des erfindungsgemäßen mechanischen Laserstrahlzerhackers dargestellt sind;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Wirkung des Strahlzerhackers
auf die Laserintensität, abhängig von der Zeit;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Lageroberfläche,
die eine Anordnung von konventionellen kreisförmigen Mikrorauheiten zeigt;
Fig. 5 eine vergrößerte Seitenansicht einer einzigen zylindrischen
Mikroaufrauhung mit einer kreisförmigen Kontaktoberfläche;
709820/1000
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Druckverteilung an der in Fig. 5 gezeigten Aufrauhung;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines Lagers, wobei
eine erfindungsgemäße Anordnung der Aufrauhungen dargestellt
ist;
Fig. 8 eine Seitenansicht im Querschnitt, und zwar von einer einzigen pyramidenförmigen oder rampenförmigen Aufrauhung
gemäß der vorliegenden Erfindung, und wobei die Lagerstruktur dargestellt ist;
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Druckverteilung an der pyramidenförmigen Aufrauhung der Fig. 8;
Fig. 10 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Teils eines Wellengehäuses mit einer Rotor-Stator-Dichtungsanordnung;
Fig. 11 eine Ansicht längs der Linien XI-XI in Fig. 10,
wobei die erfindungsgemäße Rauheitsanordnung dargestellt ist.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Korpuskularenergie-Strahlsystem
sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Mikrorauheiten dargestellt. Das bei 10 dargestellte Korpuskularenergie-Strahlsystem
umfaßt einen Strahlgenerator 12, wie beispielsweise einen HPL-10 Laser, der von der Avco Everett Corporation in den U.S.A.
hergestellt ist und eine Nennleistung von 10 kW besitzt. Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung allgemein auf die Verwendung
eines Korpuskularenergiestrahls bezieht, wobei die Erfindung aber nicht auf einen Laserstrahl, Elektronenstrahl oder eine
Funkenentladung beschränkt ist. Obwohl sich die folgende Diskussion auf einen Laser bezieht, so ist dies doch nur aus Gründen
der Zweckmäßigkeit geschehen. Der Laser erzeugt einen kontinuierlichen säulenförmigen Strahl oder einen Impuls von zylindrischer
Natur mit einem Durchmesser D . Fokussierspiegel 16 unterbrechen den Strahl 14 und konvergieren ihn in einen Strahl
709820/1000
mit einer minimalen Punktgröße von 0,013 cm Durchmesser bei
einer Strahlendivergenz von plus oder minus 64,2 mrad. am Punkt 20 auf einem Werkstück 22. Das Werkstück 22 kann eine flache
Lageroberfläche, wie beispielsweise ein Rotor oder ein Stator sein. Ein Arbeitstisch 24 ist drehbar auf einem vertikal beweglichen
Schlitten 26 mittels einer Welle 28 befestigt. Ein (nicht gezeigter)Motor bei 30 im Schlitten 26 wird zum Antrieb
der Welle 28 und somit des Werktisches 24 verwendet, um das Werkstück 20 zu verdrehen. Bei 32 ist allgemein ein Motor dargestellt
und ein Werkstücktraggehäuse 34 dient für die Translationsbewegung des Arbeitstisches 24.
Um in gewünschter Weise geformte sowie Größen aufweisenden Mikrorauheiten
herzustellen, sind Mittel zur Formung dieser Rauheiten in der Form eines im ganzen bei 36 dargestellten Strahlzerhackersystems
vorgesehen. Das Strahlzerhackersystem 36 umfaßt eine runde polierte Kupferscheibe 38 mit einem Radius R1 befestigt unter
einem Winkel A gleich annähernd 45°. EJin Motor 40 verdreht die Kupferscheibe 38 über eine Welle 42, die mit deren Mittel verbunden
ist. Der Kupfer-Strahlzerhacker dient dazu, um normalerweise
den Strahl 14 in einen Strahlenvernichter 44 zu leiten. Wie man am besten in Fig. 2 erkennt, weist die Scheibe 38 ein sichelförmiges
Loch 46 auf. Das sichelförmige Loch 46 besitzt erfindungsgemäß eine derartige Größe, daß die gesamte Strahlbreite D der
Fig. 1 an seinem breitesten Teil 48 hindurchpaßt. Das Loch 46 verengt sich zu einem hinteren Punkt 50 hin, wo der Strahl vollständig
zerhackt wird.
In Fig. 3 ist die Strahlintensität am Punkt 20 auf dem Werkstück 22 als Funktion der Zeit dargestellt. Die Geometrie des in Fig. 2
gezeigten Lochs 46 erzeugt einen Laserimpuls mit veränderbarer Intensität, wie dies durch die Kurven in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Strahlintensität steigt von 0 auf einen maximalen Wert (I ,^) an und fällt dann wiederum auf 0 während der Zeit von
ITl ei X
t1 bis t2 ab. Nach einer Periode der Intensität 0 wiederholt
der Strahl wiederum einen Impulszyklus von t3 bis t.. Dies erzeugt
eine Veränderung der Härtungstiefe der Oberfläche, auf die der Laserstrahl auftrifft, wodurch eine Reihe von rampenförmigen
709820/1000
oder pyramidenförmigen Rauheiten erzeugt wird, was im folgenden
im einzelnen noch beschrieben wird.
Als eine Alternative zur Verwendung eines mechanischen Zerhackersystems
36 und eines Strahlenvernichters 44, wie dies oben beschrieben wurde, kann der Korpuskularenergiestrahl auch elektrisch geformt
werden. Beispielsweise würde ein Niederleistungslaser mit elektrisch geformten Impulsen die Notwendigkeit für einen mechanischen
Zerhacker eliminieren. Als eine weitere Alternative könnte ein Mehrfach-Bildlinsensystem 47 hinzugefügt werden, welches den
einzelnen Strahl in eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Strahlen auftrennen würde, so daß eine Vielzahl von Rauheiten
gleichzeitig erzeugt würde.Dies würde die Zeit beträchtlich verkürzen,
die erforderlich ist, um eine Oberfläche mit Rauheiten (Aufrauhungen) zu versehen.
Fig. 4 zeigt eine übliche Rauheit oder ein Anordnungsmuster, wie dies durch chemisches Ätzen erzeugt wird. Das Muster besteht aus
einer Vielzahl von mit homogenem Abstand angeordneten zylindrischen Rauheiten 52 mit flachen kreisförmigen Kontaktteilen 54.
Ein Profil einer einzigen Rauheit 52 ist in Fig. 5 gezeigt, wenn der obere Oberflächenteil 54 mit einem Abstand h gegenüber einer
benachbarten Lageroberfläche 58 mittels eines Films 60 aus Öl oder Schmiermittel getrennt ist.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Schmiermittel- oder Strömungsmittel-Drucks entsprechend den Punkten vor, auf und
hinter oder stromabwärts gegenüber der Rauheit der Fig. 5, und zwar unter Verwendung einer ümgebungsdruckbasis (P ) . Wie
in Fig. 5 gezeigt, erstreckt sich die Druckverteilung über die vorderen bzw. hinteren Kanten 61 bzw. 62 der Rauheit hinaus.
Das Druckprofil liegt im Bereich zwischen maximalem Druck (P__ ) an der vorderen Kante mit einem Abstand L1 über einem
minimalem Druck (P . ) an der hinteren Kante mit einem Abstand L3. Der Umgebungsdruck (P^g) ist in der Mitte bei einem Abstand
L2 vorhanden. Der Pfeil 64 zeigt die Bewegungsrichtung der Rauheit
bezüglich der stationären Lageroberfläche 58.
709820/1000
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von rampenförmigen
oder pyramidenförmigen Rauheiten 152 in einer Anordnung mit homogenem Abstand. Die Rauheiten oder Aufrauhungen sind im
ganzen dreieckförmig geformt und in versetzten Reihen und Spalten mit dazwischen vorhandenen Zwischenräumen 110 angeordnet.
Die Rauheiten besitzen jeweils einen allmählich sich verjüngenden Vorderteil 160 sowie einen steilen hinteren Teil 156. Die
sich verjüngenden Seitenteile 112, 114, die sich allmählich von
der vorderen leitenden Kante 160 aus verjüngen, definieren eine
im ganzen pyramidenförmige oder rampenförmige Aufrauhung. Wie man am besten in Fig. 8 erkennt, werden die auf der Lagerfläche
116 erzeugten Rauheiten am Punkt des Auftreffens des Laserstrahls
erzeugt. Die Lageroberfläche kann Metall, wie beispielsweise nicht gehärteter Kohlenstoffstahl sein, der sich beim Härten
ausdehnt. Durch die Lasererhitzung und dadurch, daß man das Material selbst abkühlen läßt, wird eine Rauheit wie die dargestellte
erzeugt. Dabei wird ein gehärteter "Tränentropfen" aus Martensit 117 in der Mitte im umgebenden aus Pearlit 118 bestehenden
Lager erzeugt. Die Übergangszone 120 ist zwischen den
Martensit- und Pearlit-Zonen ausgebildet. Ein gehärteter Fleck von 0,01 Zoll würde eine Rauheit von 0,001 bis 0,000001 Zoll
erzeugen, und zwar abhängig von der Art des verwendeten Stahls.
Im Betrieb bewegt sich die Lageroberfläche 116 in Richtung 164
bezüglich der stationären Oberfläche 158. Wie man am besten in Fig. 9 erkennt, baut sich dann, wenn die Glieder relativ zueinander
gleiten, ein hoher Druck über der Fläche der Mikrorauheit auf, weil die eingegrenzte Flüssigkeit in hohem Maße nicht zusammendrückbar
ist und ein Druckprofil, wie gezeigt, erzeugt. Die Kavitation tritt hinter oder auf der stromabwärts gelegenen
Seite der Mikrorauheit, wie bei 122 gezeigt, auf, wenn P . gleich
mm
dem Dampfdruck des Schmiermittels ist. Der Nettoeffekt ist ein Überdruck; d.h. ein Druck oberhalb des Umgebungsdrucks, der das
sich bewegende Glied bezüglich des stationären Glieds anhebt und trägt.
Fig. 10 zeigt einen Anwendungsfall der erfxndungsgemäßen Mikrorauheiten.
Bei dem Anwendungsfall ist ein Teil eines Wellengehäuses
210 teilweise weggeschnitten, um eine abgestufte Welle
709820/1000
darzustellen, die sich durch eine Wellenbohrung 214 im Gehäuse
erstreckt. Eine Drehdichtung 216 besteht aus einem flachen ringförmigen Rotor 218, der an einem schalenförmigen Stator 220 anliegt,
der in einer Aufnahmenut 222 im Gehäuse eingepaßt ist. Rotor und Stator dichten längs einer Berührungskreislinie 224
ab. Eine O-Ringdichtung 226 ist in einer Aufnahmenut im Gehäuse oder Abdichtstator angeordnet.
Wie man aus Fig. 1 erkennt, umfaßt der Rotorring eine Vielzahl von Mikrorauheiten in einer Anordnung von konzentrischen Kreisen
228. Diese konzentrischen Kreise werden - wie in Fig. 1 gezeigt durch das Verfahren der Verdrehung des Rings mittels Motor 30
in einem vertikal beweglichen Werkstückträger 26 hergestellt. Durch Transportieren des Werkstückträgers 26 in geringem Umfang
können unterschiedliche konzentrische Ringe aus Rauheiten hergestellt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren läßt man den
fokussierten Laserstrahl auf die Lageroberfläche mit einer vorgewählten
sich ändernden Intensität auftreffen, während der
Körper in der beschriebenen Weise bewegt wird. Wenn andererseits ein rechteckiges oder in anderer Weise ausgeformtes Stück bedeckt
werden soll, so kann die Verdrehung angehalten werden und der Werkstückträger 26 wird in Horizontalrichtung und auch in Vertikalrichtung
transportiert.
709820/1000
Claims (28)
- Ansprüche'<· 1. J Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrorauheiten, gekennzeichnet durch Mittel (12) zur Erzeugung eines Strahls(14) aus Korpuskularenergie, Fokussiermittel (16) zur Fokussierung des Strahls (14) in einen Fleck (20), und ferner durch Mittel (36) zur Erzeugung eines Impulses, wodurch die Aushärtungstiefe des Werkstücks (22) verändert wird, auf welches der Strahl(14) auftrifft, um so eine erhabene Rauheit (152) zu erzeugen.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsmittel (36) einen Strahlzerhacker in der Form eines plattenförmigen Glieds (38) sowie Motormittel (40) aufweisen, um das plattenförmige Glied (38) um eine Achse (42) zu verdrehen.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Glied (38) im ganzen rund ausgebildet ist und eine sichelförmige öffnung (46) darinnen aufweist (Fig. 2).
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl (14) einen Durchmesser D definiert, und wobei das sichelförmige Glied (46) ein vorderes Ende (48) mit einem Durchuesser D defin
(50) definiert.der Strahl (14) einen Durchmesser D definiert, und wobei das:e
messer D definiert und ferner ein zugespitztes hinteres Ende - 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (38) unter einem Winkel A gegenüber dem Strahl (14) und zwischen den Strahlerzeugungsmitteln (12) und den Fokussiermitteln (16) angeordnet ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel A annähernd 45° ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (38) aus poliertem Kupfer besteht und ferner Strahlenvernichtermittel (44) vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, daß sie einen von der Scheibe (38) reflektierten Strahl aufnehmen.709820/1000 original inspectbd
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Werkstücktragmittel (26) zur Anordnung eines Werkstücks (22) am Brennpunkt (20) des Strahls (14, 18).
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücktragmittel Mittel zur selektiven Anordnung des Werkstücks (22) bezüglich des fokussierten Strahls (14, 18) aufweisen.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsmittel Mittel in den Korpuskularenergieerzeugungsmitteln (12) aufweisen, um die Form der erzeugten Impulse zu steuern.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12) zur Steuerung elektrische Mittel sind.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (47) zur Teilung des Strahls in eine Vielzahl von Strahlen, wodurch eine Vielzahl von Rauheiten gleichzeitig erzeugt werden kann.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilermittel (47) ein Mehrfachbildlinsensystem umfassen.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungsmittel (12) ein Laser sind.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungsmittel (12) Elektronenstrahlerzeugungsmittel sind.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerzeugungsmittel (12) eine Funkenentladungsvorrichtung sind.709820/1000
- 17. Lager, gekennzeichnet durch eine im ganzen ebene planare Oberfläche (116) mit einer darauf angeordneten Anordnung von Mikrorauheiten (152), deren jede einen langsam abfallenden vorderen Teil (160) und einen scharf abfallenden hinteren Teil (156) aufweist.
- 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrorauheiten ferner ein Paar von sich verjüngenden Seitenteilen (112, 114) während der vorderen (160) und hinteren (156) Teile bilden.
- 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (116) Pearlit und jede Mikrorauheit (152)Martensit
- 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Pearlit- und Martensit-Zonen eine Übergangszone (120) vorgesehen ist.
- 21. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von gleich geformten und gleich großen Mikrorauheiten (152), die eine Anordnung von Rauheiten bilden, welche Zwischenräume (110) definieren.
- 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrorauheiten (152) in einer Anordnung von versetzten Reihen und Spalten angeordnet sind.
- 23. Verfahren zur Erzeugung von Mikrorauheiten auf einem Körper (22), der eine Oberfläche definiert, gekennzeichnet durch das Auftreffenlassen eines Strahls aus Korpuskularenergie (114) auf die Oberfläche mit einer ausgewählten sich ändernden Intensität, wobei der Körper (22) an dem Strahl (14) vorbeibewegt wird.
- 24. · Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte Intensität derart eingestellt ist, daß sie allmählich auf eine maximale Intensität ansteigt, und dann709820/1000abrupt von dem Maximalwert abfällt, um so eine rampenförmige Rauheit (152) zu erzeugen.
- 25. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch das Verdrehen, so daß eine Vielzahl von Rauheiten (152) in einem kreisförmigen Muster erzeugt wird.
- 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsschritt ferner den Transport des Körpers (22) umfaßt, und zwar gemäß einem kreisförmigen Muster, um so Rauheiten (152) in einer konzentrischen Kreisanordnung (228) zu erzeugen.
- 27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bewegung die vertikale und horizontale Translationsbewegung des Körpers (22) umfaßt, um so eine Rauheitsanordnung von Reihen und Spalten auf der Oberfläche zu erzeugen.
- 28. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch das Aufspalten des Strahls (14, 18) in eine Vielzahl von Strahlen derart, daß eine Vielzahl von Rauheiten (152) gleichzeitig erzeugt wird.709820/1
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/632,602 US4047984A (en) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | Corpuscular energy beam produced microasperities |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2636875A1 true DE2636875A1 (de) | 1977-05-18 |
Family
ID=24536190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762636875 Withdrawn DE2636875A1 (de) | 1975-11-17 | 1976-08-17 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mikrorauheiten |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4047984A (de) |
JP (1) | JPS5262797A (de) |
CA (1) | CA1057361A (de) |
DE (1) | DE2636875A1 (de) |
FR (1) | FR2331416A1 (de) |
GB (1) | GB1511420A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10228589B4 (de) * | 2001-06-26 | 2011-07-28 | Panasonic Electric Works Co., Ltd., Osaka | Schalter, insbesondere Drehschalter |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1571795A (en) * | 1975-12-01 | 1980-07-16 | Manuf Belge D Aiguilles Sa | Smoothing the eyes of metal needles |
US4179316A (en) * | 1977-10-17 | 1979-12-18 | Sciaky Bros., Inc. | Method and apparatus for heat treating |
WO1980002434A1 (en) * | 1979-05-07 | 1980-11-13 | Commw Scient Ind Res Org | Surface hardening of metals by electric arc discharge |
JPS565923A (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-22 | Komatsu Ltd | Working method for cylinder liner |
US4303137A (en) * | 1979-09-21 | 1981-12-01 | Smith International, Inc. | Method for making a cone for a rock bit and product |
DE3603910A1 (de) * | 1986-02-07 | 1987-08-20 | Burgmann Dichtungswerk Feodor | Vorrichtung zur lagerung und/oder abdichtung einer welle |
FR2594851A1 (fr) * | 1986-02-25 | 1987-08-28 | Cegedur | Pieces metalliques dont une face au moins presente au moins une region de zones resistant a l'usure |
US5501470A (en) * | 1992-12-11 | 1996-03-26 | Nippon Pillar Packing Co., Ltd. | Non-contacting shaft sealing device with grooved face pattern |
US6149160A (en) * | 1997-08-08 | 2000-11-21 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Mechanical seals enhanced with microstructures |
US20130154192A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Trelleborg Sealing Solutions Us, Inc. | Sealing assembly |
WO2014124118A1 (en) | 2013-02-06 | 2014-08-14 | Telleborg Sealing Solutions Us, Inc. | Friction-reducing geometric surface feature |
FR3009124A1 (fr) * | 2013-07-24 | 2015-01-30 | Areva Np | Glace pour garniture d'etancheite pour systeme d'etancheite d'arbre |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3650846A (en) * | 1968-11-04 | 1972-03-21 | Gen Electric | Process for reconstituting the grain structure of metal surfaces |
US3656988A (en) * | 1969-02-27 | 1972-04-18 | Watch Stones Co Ltd | Method for the fabrication of holes in a workpiece by means of laser-beams and apparatus for the performance of the aforesaid method |
US3633010A (en) * | 1970-05-04 | 1972-01-04 | Geosystems Inc | Computer-aided laser-based measurement system |
GB1371624A (en) * | 1971-03-26 | 1974-10-23 | Atomic Energy Authority Uk | Optical processing of materials |
US3756870A (en) * | 1971-05-10 | 1973-09-04 | Park Ohio Industries Inc | Induction heating method of case hardening carbon steel rod |
JPS5242134B2 (de) * | 1972-12-30 | 1977-10-22 |
-
1975
- 1975-11-17 US US05/632,602 patent/US4047984A/en not_active Expired - Lifetime
-
1976
- 1976-06-30 GB GB27225/76A patent/GB1511420A/en not_active Expired
- 1976-07-19 CA CA257,212A patent/CA1057361A/en not_active Expired
- 1976-08-17 DE DE19762636875 patent/DE2636875A1/de not_active Withdrawn
- 1976-08-26 JP JP51102171A patent/JPS5262797A/ja active Pending
- 1976-10-01 FR FR7629593A patent/FR2331416A1/fr active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10228589B4 (de) * | 2001-06-26 | 2011-07-28 | Panasonic Electric Works Co., Ltd., Osaka | Schalter, insbesondere Drehschalter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA1057361A (en) | 1979-06-26 |
FR2331416A1 (fr) | 1977-06-10 |
JPS5262797A (en) | 1977-05-24 |
US4047984A (en) | 1977-09-13 |
GB1511420A (en) | 1978-05-17 |
FR2331416B1 (de) | 1980-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2636875A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mikrorauheiten | |
EP3172006B1 (de) | Verfahren zum strukturieren einer walze durch laserabtrag | |
DE2719275A1 (de) | Verfahren und vorrichtung fuer die materialabtragende bearbeitung von getrennten, in einem vorgegebenen muster angeordneten flaechen auf einem sich kontinuierlich bewegenden gegenstand | |
DE102013214404A1 (de) | Werkstückauflage für den Einsatz in einer Bearbeitungsmaschine | |
WO2007012215A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur gezielten strukturierung einer oberfläche mit einer laseranlage | |
EP3877112A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur strukturierung einer walzenoberfläche | |
DE102014004633A1 (de) | Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Objekten durch aufeinanderfolgendes Verfestigen von Schichten | |
DE202012012732U1 (de) | Prägewalze aus Stahl mit einer strukturierten Oberfläche und Vorrichtung zum Erzeugen der strukturierten Oberfläche | |
DE1265696B (de) | Vorrichtung zum Herstellen von Rippenrohren | |
EP0069383A1 (de) | Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken | |
DE4209933A1 (de) | Verfahren zur partiellen Veränderung von Oberflächen metallischer oder nichtmetallischer Körper mit einem Nd:YAG-Laser | |
DE2249194C3 (de) | Vorrichtung zum Drucksintern plattenförmiger Teile | |
EP2689883A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer strukturierten Oberfläche auf eine Prägewalze aus Stahl | |
DE69025809T2 (de) | Laserstrahlbearbeitung und Gerät dazu | |
DE102005002670A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung | |
DE4335505C1 (de) | Vorrichtung zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles | |
DE2250936A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum aufeinanderfolgenden schweissen von werkstuecken mittels elektronenstrahlen | |
EP3631024B1 (de) | Härtungsverfahren und härtungsvorrichtung zum oberflächenhärten eines rotationssymmetrischen werkstücks | |
DE2129053A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Oberflächen-Dessinierungen | |
EP1071548B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum schneiden von aus einem trägerfilm und einer auf diesem befindlichen dekorschicht bestehenden folien, insbesondere prägefolien | |
DE102011017080A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahl | |
DE2344233A1 (de) | Druckplatte und verfahren zu ihrer herstellung | |
AT519582B1 (de) | Verfahren zum gravieren einer intaglio-stichtiefdruckplatte | |
DE3513278A1 (de) | Einrichtung zur bearbeitung der oberflaeche eines werkstuecks durch elektrische entladung | |
DE102013221391A1 (de) | Rollierwerkzeug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |