DE3234100C2 - Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen - Google Patents

Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen

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Abstract

Die Einrichtung gehört zur Ausrüstung für das Plasmastrahlspritzen. Die Einrichtung enthält eine Arbeitsanodenzelle (1) in Form eines Rohres aus unmagnetischem Metall, eine selbstverzehrende Katode (2) mit einer Öffnung (2a) für die Aufnahme des Werkstücks (10), wobei die Form der Katode (2) im Querschnitt mit dem Profil des genannten Rohres (1) zusammenfällt, eine Zündelektrode (3), die mit der Katode (2) verbunden ist, sowie Stromquellen (4) und (5) zum Speisen bzw. Zünden des Lichtbogens zwischen der Katode (2) und der Anode (1). Die Katode (2) ist innerhalb der Anode (1) gleichachsig mit der letzteren derart angeordnet, daß die Seitenfläche (2b) der Katode (2) zur Anode (1) gerichtet ist und als Verdampfungsfläche dient, deren Breite kleiner als die Länge der Anode (1) ist. An der Außenfläche der Anode (1) ist ein Magnetsystem (16) zur Ablenkung der durch den Lichtbogen erzeugten Plasmaionen in Richtung des Werkstücks (10) angeordnet. Die Einrichtung wird zum Auftragen von Überzügen vorwiegend auf langgestreckte Werkstücke eingesetzt.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsanodenzelle (1) in Form eines Rohres gleichbleibenden Querschnitts ausgeführt ist, an dessen Außenfläche das Magnetsystem (16) angeordnet ist, die Kathode (2) im Querschnitt eine Form hat, die mit dem Profil des Anodenzellenrohres im wesentlichen zusammenfällt wobei in der Kathode (2) eine Öffnung (2a) für die Aufnahme des Werkstücks (10) in der Arbeitslage vorgesehen ist, und die Kathode (2) in der Achse des Rohres derart ar geordnet ist, daß die Seitenfläche (2b) der Kathode (2) ihre Verdampfungsfläche bildet, deren Breite kleiner als die Länge der Anode (1) ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Seitenfläche (2b) der Kathode (2) 0,05 bis 0,5 der Länge der Anode (1) beträgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsanodenzelle (1) in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (2b) der Kathode (2) zylinderförmig ausgeführt ist (F ι g. 2).
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (2b) der Kathode (2) vieleckig ausgeführt ist (F i g. 3).
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche der Kathode (2), außer der Verdampfungsfläche (2b). abgeschirmt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine weitere, in der Arbeitsanodenzelle (1) angeordnete Kathode (2) enthält, die mit einer Zündelektrode (3) versehen und mit der Kathode (2) identisch ist. wobei die erste und die zweite Kathode (2) an den Rändern der genannten Anodenzelle (1) fluchtend angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind (Fi μ. 5).
8. Hinrichtung nach Anspruch I bis b, il;aliiich gekennzeichnet, daß sie zusätzlich mehrere in der Arbeitsanodenzelle (1) angeordnete Kathoden (2) enthält, welche mit Zündelektroden (3) versehen und mit der Kathode (2) identisch sind, wobei alle Kathoden (2) durch gemeinsame stromleitende Stützen
(18) miteinander elektrisch verbunden und fluchtend angeordnet sind, sowie ein Steuerteil (19) zum aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschalten der Kathoden (2) aufweist, das an die Zündelektrode (3) jeder Kathode (2) angeschlossen ist (F i g. 6).
9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsanodenzelle (1) in einzelne gegeneinander elektrisch isolierte Anodenzellen (la ... id) geteilt ist, wobei die Einrichtung zusätzlich mehrere Kathoden (2) enthält, welche mit Zündelektroden (3) versehen und mit der Kathode (2) identisch sind, so daß die Gesamtzahl der Kathoden (2) der Zahl der Anodenzellen (la ... id) gleich ist, wobei die Kathoden (2) durch gemeinsame stromleitende Stützen (18) miteinander elektrisch verbunden und je eine Kathode in jeder Anodenzelle (la... lc/j fluchtend angeordnet sind (F ig. 7).
Die vorliegende Erfindung betrifft Plasmalichlbogeneinrichtungen zum Auftragen von vorwiegend Metallüberzügen auf Werkstücke verschiedener Form, insbesondere auf langgestreckte Werkstücke.
Besonders vorte.Aaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Auftragen von Verfestigungs-, Zier- und anderen Überzügen im Werkzeugbau, in der Medizin, Schmuckwarenindustrie und auf anderen Gebieten der Technik.
Ein wichtiges Problem, das vor dem Fachmann bei der Entwicklung der plasmalichtbogeneinrichtungen zum Auftragen von Überzügen steht, ist die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes unter Sicherung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Werkstückes. Die Lösung dieser Aufgabe ist vor allem dadurch erschwert, daß im Plasmastrahl, der durch das Verdampfen des lOhodenmaterials erzeugt wird, elektrisch neutrale Makroteilchen — Tropfen sowie feste Teilchen des Katliodenmaterials — vorhanden sind, wodurch die Oberflächengüte des Werkstückes beeinträchtigt wird. Zur Beseitigung dieses Nachteils wird die Magnettrennung des Plasmastrahls in neutrale und geladene Teilchen vorgenommen, wobei das Werkstück nur mit geladenen Teilchen behandelt wird.
Es ist z. B. eine Piasmalichtbogeneinrichtung bekannt, in welcher die Trennung im Plasmastrahl bei dessen Lauf durch einen krummlinigen Plasmaleiter erfolgt, der mit einem Magnetsystem versehen ist (siehe Aksenov 1.1., Belous V. A. u. a.; Einrichtung zur Reinigung des Vakuumplasmas von Makroteilchen; Versuchsgeräte und -technik. Moskau. 1978. Heft 5. S. 236-237). Dabei gelangen neutrale Makroteilchen auf der Wandung des Plasmaleiters zur Ausscheidung, während geladene Teilchen, d. h. positive Ionen, durch das Magnetsystem abgelenkt und über den Plasmaleiter zum Werkstück gerichtet werden.
Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Einrichtung besteht in großen Verlusten an geladenen Teilchen, die sich an der Wandung des Plasnialcitcrs infolge von Kiiergieverlusten absetzen, sowie in einer beträchtlichen Länge des Plasmaleiters.
Es ist eine andere Piasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen bekannt, welche eine Arbeitsanodenzelle aus unmagnetischem Material, eine in der genannten Zelle angeordnete seibstverzehrende
Kathode, deren Verdampfungsfläche zur Anode gerichtet ist, eine mit der Kathode in Berührung stehende Zündelektrode, eine Gleichstromquelle zur Speisung des Lichtbogens, eine Impulsstromquelle zum Zünden des Lichtbogens sowie ein an der Anode angeordnetes Magnetsystem enthält (siehe Osipov V. A, Padalka V. G. u. a.; Anlage zum Auftragen der Überzüge durch Ausscheidung der Ionen aus aem Vakuumplasma; Versuchsgeräte un.J -technik, Moskau, 1978, Heft 6, S. 173-175).
In dieser Einrichtung ist die Stromquelle zur Speisung des Lichtbogens an die Anode und Kathode angeschlossen, während die Stromquelle zum Zünden des Lichtbogens mit der Kathode und der Zündelektrode verbunden ist. Das erwähnte Magnetsystem dient zur Ablenkung der geladenen plasmateilchen von der Anodenoberfiäche in Richtung des Werkstücks. Die Verdampfungsfläche ist in diesem Fall die Stirnfläche der Kathode. Dabei enthält die Einrichtung ein zusätzliches Magnetsystem, welches zur Fixierung des Kathodenbrennfieckb aui der Stirnfläche der Kathode dient (UdSSR-Urheberschein 3 07 666). Die Arbeitsanodenzel.e ist kegeiförmig ausgeführt und weist an ihrem Stirnende eine Abdeckung auf, an welcher die Werkstücke befestigt werden. Im mittleren Teil liegt an der Abdeckung ein Zylinder an, in welchem die obenerwähnte Kathode angeordnet ist, die in Form eines verhältnismäßig kurzen Zylinders mit einer Stange herausgeführt ist. Die Stirnfläche der Kathode liegt dabei im wesentlichen in derselben Ebene wie die Innenfläche der Abdeckung.
Während des Betriebs der bekannten Einrichtung bereitet sich der Plasmastrahl, welcher die Dämpfe des Kathodenmaterials enthält, in Richtung der Anode aus. Dabei werden die Betriebsdaten der Einrichtung so gewählt, daß die im plasmastrahl vorkommenden positiven Ionen durch das im Plasma unter der Wirkung des Magnetfeldes im Bereich der kegelförmigen Anodenfläche erzeugte elektrische Feld abgelenkt und in Richtung der Abdeckung geleitet werden, wo sie sich auf den Werkstücken absetzen, während die neutralen Makroteilchen auf der Innenfläche der Anode abgeschieden werden.
Während des Betriebs der genannten Einrichtung entstehen bestimmte Schwierigkeiten. Da in der bekannten Einrichtung nur eine Fläche des Werkstückes behandelt werden kann, ist es erforderlich, für die Behandlung der anderen Werkstückfläche die Einrichtung abzuschalten und das Werkstück von Hand bzw. mit Hilfe einer Vorrichtung zu drehen.
Aus demselben Grund ist auch die Behandlung der in Form eines Rotationskörpers ausgeführten Werkstücke erschwert.
Da die Arbeitsfläche der Abdeckung verhältnismäßig klein ist. ist es in d-esem Fall nicht möglich, langgestreckte Werkstücke, wie Stangen, Streifen. Stäbe. Bänder usw. zu behandeln.
Es sei ferner betont, daß in der bekannten Einrichtung als Verdampfungsfläche die Stirnfläche der Kathode dient, deren Größe 200 cm·' nicht überschreitet, wodurch die Leistungsfähigkeil der Einrichtung wesentlich verringert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen zu entwickeln, in welcher durch Änderung der Form der Kathode und Anode sowie deren gegenseitiger Anordnung die Verdampfungsfläche der Kathode geändert und der Umlauf des Plasrriastrahls um das Werkstück herum sichergestellt wird, wodurch eine kontinuierliche Behandlung des Werkstücks von allen Seiten erzielt, eine hohe Güte der Oberfläche gesichert und außerdem die Behandlung von langgestreckten Werkstücken ermöglicht werden.
Die genannte Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Unter dem Begriff »Rohr gleichbleibenden Querschnitts« wird ein beliebiges Rohr verstanden, dessen Querschnittsfläche in der Rohriänge gleichbleibend groß ist, wobei das Rohrprofil ein Rund- sov/ie ein Oval-, Rechteck-, Vieleckprofil u. dgl. sein kann.
Bei einer solchen Ausführung der Plasmalichtbogeneinrichtung läßt sich das Werkstück in die Kathodenöffnung aufnehmen und von allen Seiten mit dem Plasmastrahl behandeln, da der Plasmastrahl unter der Wirkung des Magnetfeldes dank der rohrförmigen Ausführung der Anode um das Werkstück herum in der zur Werkstückaohse senkrecht verlaufenden Ebene umläuft. Da die Verdampfungsfläche de Kathode in diesem Faii die Seitenfläche der letzteren bildet, werden die Verdampfung des Kathodenmaterials und der Verlauf der plasmascheidung begünstigt.
Besonders fertigungsgerecht ist eine Modifikation, bei welcher die Arbeitsanodenzelle in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist Beim Einsatz dieser Modifikation brennt der Lichtbogen besonders beständig.
Es ist /weckmäßig, die Breite der Seitenfläche der Kathode in der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 der Anodenlänge zu dimensionieren. Wenn die Breite der Seitenfläche der Kathode kleiner als 0,05 der Anodenlänge ist, kann bei der Massenfertigung die erforderliche Leistung der Metallisierung nicht gewährleistet werden. Ist aber die Breite der genannten Kathodenfläche größer als 0,5 der Anodeniänge. so wird der Arbeitsbereich unwirtschaftlich ausgenutzt, was zu größeren Verlusten an Verdampfungsmaterial führt.
Beim Einsatz der Modifikation, in welcher die Anode zylinderförmig ausgeführt ist, ist es zweckmäßig, die Seitenfläche der Kathode ebenfalls zylinderförmig bzw. visleckig zu gestalten. Die erste Form der Kathode ist besonders fertigungsgerecht und die zweite Form eignet sich gut für die Herstellung der Kathode aus einzelnen Stücken.
Es ist wünschenswert, die gesamte Kathodenfläche außer der Verdampfungsfläche abzuschirmen, da dadurch die Betriebszuverlässigkeit der Einrichtung und die Oberflächengüte des Überzugs erhöht werden.
Bei einer weiteren Modifikation enthält die Einrichtung zusätzlich eine weitere in der Arbeitszelle angeordnete Kathode, die mit piner Zündelektrode versehen und m'.' c'er obenerwähnten ersten Kathode identisch ist, wobei die erste und die zweite Kathode an den Rändem der genannten Anodenzelle fluchtend anjeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind. Bei dieser Modifikation läßt sich mit einer Kathode ein gleichmäßiger Überzug in kürzerer Zeit herstellen.
Bei einer weiteren Modifikation enthält die Einrichtung mehrere (mehr als zwei) in der Arbeitszelle fluchtend angeordnete identische Kathoden, die mit Zündelektroden versehen und durch gemeinsame stromleitende Stützen miteinander elektrisch verbunden sind, und ein Steuerteil zun aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschalten der Kathoden, das an die Zündelektrode jeder Kathode angeschlossen ist. Diese Modifikation eignet sich besonders gut für die Behandlung von langgestreckten Werkstücken.
Bei der Behandlung solcher Werkstücke kann eine andere Modifikation der Einrichtung eingesetzt werden, in welcher die Arbeitsanodenzelle in einzelne voneinander elektrisch isolierte Anodenzellen aufgeteilt ist, wobei die Einrichtung zusätzlich mehrere Kathoden enthält, die mit Zündelektroden versehen und mit der obenerwähnten ersten Kathode identisch sind, so daß die gesamte Kathodenzahl der Zahl der Anodenzelle gleich ist, während diese Kathoden miteinander durch gemeinsame stromleitende Stützen elektrisch verbunden und fluchtend angeordnet sind. Bei der Behandlung von langgestreckten Werkstücken ist diese Modifikation der Einrichtung besonders leistungsstark, da alle elektrischen Gruppen Anodenzelle-Kathode gleichzeitig arbeiten und in jeder dieser Gruppen der umlaufende Plasmastrahl entsteht.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 schematisch die erfindungsgemäße Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen (in der Modifikation mit einer Kathode), im Längsschnitt;
F i g. 2 und 3 mögliche Gestaltungsformen der Kathode beim Einsatz der Modifikation der Einrichtung, in welcher die Arbeitsanodenzelle in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist, in Frontansicht;
Fig.4 schematisch die erfindungsgemäße Einrichtung im Schnitt IV-IV durch F i g. 1 während des Betriebes:
F i g. 5 eine Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Kathoden, im Längsschnitt;
F ι g. 6 und 7 Modifikationen der Einrichtung mit vier Kathoden, im Längsschnitt, wobei in F i g. 6 die Ausführungsvanante mit der ungeteilten und in F i g. 7 mit der in Zellen geteilten Anode dargestellt ist, und
F ι g. 8 Ansicht nach F i g. 5 in der Modifikation, bei welcher die erfindungsgemäße Plasmalichtbogeneinrichtung kontinuierlich arbeitet.
Die erfindungsgemäße Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen enthält eine Arbeitsanodenzelle 1 aus unmagnetischem Metall (siehe F i g. 1 der Zeichnungen), eine seibstverzehrende Kathode 2, eine Zündelektrode 3. eine Gleichstromquelle 4 und eine Impulsstromquelle 5 entsprechend zum Speisen bzw. Zünden des Lichtbogens zwischen der Kathode 2 und der Anode 1.
Die Arbeitsanodenzelle 1 ist in Form eines Zylinderrohres ausgeführt und von den Stirnenden mit Abdekkungen 6 und 7 geschlossen, welche gegen die Anodenzelle I durch die Zwischenlagen 8 isoliert sind. Die Abdeckung 6 weist eine öffnung 9 zum Einführen des Werkstücks 10 in die Anodenzelle 1 auf, während in der Abdeckung 7 ein Stutzen 11 vorgesehen ist, durch welchen die Ancdenzelle 1 an eine Vakuumpumpenanlage angeschlossen v/ird (nicht gezeigt).
Die Kathode 2 ist in der Anodenzelle 1 mit Hufe von stromleitenden Stützen 12 angeordnet die in an der Abdeckung 6 befestigten Isolierhülsen 13 montiert sind. Dabei ist die Gleichstromquelle 4 an die Anode 1 sowie an eine der Stützen 12, und die Impulsstromquelle 5 an die andere Stütze 12 und an die Zündelektrode 3 angeschlossen. Die Zündelektrode 3 ist aus Keramik hergestellt, steht mit der Kathode 2 in Kontakt und ist über eine in der Abdeckung 7 befestigte Isolierhülse 14 durchgeführt.
Die Kathode 2 hat im Querschnitt eine Form, die im wesentlichen mit dem Profil der Anodenzelle 1 zusammenfällt, wobei in der Kathode 2 eine Öffnung 2a für die Aufnahme des Werkstücks 10 in der Arbeitslage ausgebildet ist (siehe Fig. 1). Dabei ist die Kathode 2 axial in der Anode 1 derart angeordnet, daß deren Verdampfungsfläche durch die Seitenflächen 2b der Kathode gebildet ist. Die Breite t dieser Seitenfläche 2b ist kleiner als die Länge /der Anodenzelle 1. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn / von 0,05 bis 0,5 / beträgt. Zur Verhinderung eines zufälligen Überspringens des Lichtbogens auf die anderen Flächen der Kathode 2 sind diese Flächen mit einem Schirm 15 abgeschirmt.
Die Einrichtung enthält ferner ein Magnetsystem, welches beispielsweise eine Spule 16 umfaßt, das an der Außenfläche der Anodenzelle 1 angeordnet und an eine
is Gleichstromquelle (in der Zeichnung nicht gezeigt) angeschlossen ist.
Dieses Magnetsystem ist für die Erzeugungeines Magnetfeldes innerhalb der Anodenzelle 1 bestimmt, welches die Ablenkung der geladenen Plasmateilchen von der Oberfläche der Anode 1 zum Werkstück 10 bewirkt. Selbstverständlich kann dieses Magnetsystem baulich anders gestaltet, z. B. mit Dauermagneten (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgeführt sein.
Zur Optimierung der Betriebsbedingungen der Ka-
thode 2 ist es ratsam, diese mit Wasser zu kühlen, welches beispielsweise durch die obenerwähnten stromleitenden Stützen 12 läuft, wozu die letzteren hohl ausgeführt sind (Wasserzuführung und -abführung sind durch Pfeile gezeigt).
Wenn die Anodenzelle 1 wie oben beschrieben in Form eines Zylinderrohrs ausgeführt ist, empfiehlt es sich, die Seitenfläche 2b der Kathode 2 zylinderförmig (F i g. 2) bzw. vieleckig (F i g. 3) auszuführen. Im zweiten Fall wird die Kathode 2 als ein beständiger Tragkörper 2c und an diesem befestigte Arbeitsplatten 2d aus verzehrbarem Material ausgeführt.
Die erste Ausführungsvariante der Kathode 2 ist besonders fertigungsgerecht, während die zweite Variante für die Herstellung der Kathode aus Einzelstücken von
Bandmaterial gut geeignet ist, wodurch die Herstellungskosten der Kathode wesentlich verringert werden. Bei einer anderen profilform der Anodenzelle 1 (F i g. 1), beispielsweise bei der ovalen oder rechteckigen Form des Anodenzellenrohres muß auch die Kathode 2 die entsprechende Form haben.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung besieht in folgendem.
Das Werkstück 10 (siehe Fig.!) wird in der Halterung 10a aufgenommen und über die Öffnung 9 in die
so Anodenzelle 1 derart eingeführt, daß das Werkstück 10 in die Öffnung 2a der Kathode 2 eingeht, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, wonach die Halterung 10a an der öffnung 9 befestigt wird. In der Anodenzelle 1 wird der erforderliche Unterdruck erzeugt und an die Anode 1 und die Kathode 2 eine Betriebsspannung von der Gleichstromquelle 4 angelegt, wonach die Spule 16 eingeschaltet wird. Darauf v/ird an die Kathode 2 und die Zündelektrode 3 eine Zündspannung von der Impulsstromquelle 5 gelegt Zwischen der Kathode 2 und der
eo Anode 1 entsteht dabei ein Lichtbogen, dessen Kathodenbrennfleck unter der Wirkung des Magnetfeldes an der Seitenfläche 2b der Kathode 2 umläuft Der Kathodenbrennfleck verursacht die Verdampfung des Materials der Kathode 2 unter Bildung eines Plasmastrahls 17 (siehe F i g. 4), weicher in der zur Achse der Anodenzelie 1 senkrecht verlaufenden Ebene umläuft wie es mit dem ausgezogenen Pfeil schematisch gezeigt ist Dabei erfolgt die Ausscheidung der neutralen Makroteilchen des
Plasmastrahls 17 auf die Innenfläche der Anodenzelle 1, während positive Ionen von der durch das elektrische Feld im plasma unter der Wirkung des Magnetfeldes umgelenkt werden und sich auf der Oberfläche des Werkstücks 10 absetzen, was in Fig.4 mil punktierten Pfeilen gezeigt ist. Durch den Umlauf des Plasmastrahls
17 wird das Werkstück 10 an seinem gesamten Umfang behariiidlt. Der Abstand 5(Fig. 1) von der Seitenfläche Ib der Kathode 2 bis zur Innenfläche der Anodenzelle 1 wird derart gewählt, daß die Behandlung des Werkstücks 10 auf seiner gesamten Länge A sichergestellt wird.
In F i g. 5 ist eine andere Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung gezeigt, die zwei Kathoden 2 enthält, die mit der oben beschriebenen Kathode identisch und an den Rändern der Arbeitsanodenzelle 1 angeordnet sind. Jede von diesen Kathoden 2 ist mit einer Zündelektrode 3 versehen, gegen die andere Kathode elektrisch isoliert und enthält eine separate Speiseeinheit, welche Stromquellen 4 und 5 aufweist.
Diese Modifikation ermöglicht es, den Überzug auf das Werkstück 10 schneller und gleichmäßiger aufzutragen, da die Behandlung des Werkstücks 10 in diesem Fall von den beiden Werkstückenden aus gleichzeitig erfolgt. Dank der Erweiterung des Bedampfungsberetches kann in diesem Fall außerdem die Länge des Werkstücks 10 gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Modifikation um das 1,5- bis 2fache vergrößert werden, ohne daß die Abmessungen der Einrichtung zunehmen müssen.
Es sei bemerkt, daß beim Einsatz der in F i g. 1 und 5 gezeigten Modifikationen der Einrichtung der Überzug an solchen Abschnitten des Werkstücks 10 besonders gleichmäßig ist, welche durch die Stützen 12 vom Plasmastrahl nicht abgedeckt sind. Auf diesen Stützen setzt sich ein Teil der Plasmaionen ab, wodurch, erstens, die Dicke des Überzugs am Werkstück iO unter den Stützen 12 etwas geringer und, zweitens, der Ausnutzungsgrad des Materials der Kathode 2 in einem bestimmten Maße verringert wird. Offensichtlich nimmt bei der Vergrößerung der Zahl der Kathoden 2 auch die Zahl der Stützen 12 zu, wobei die Verluste an Aufdampfungsmaterial noch größer werden und die Gleichmäßigkeit des Überzugs beeinträchtigt wird.
Zur Verminderung dieser Verluste in solchen Fällen, wenn verhältnismäßig lange (über 1 m) Werkstücke, insbesondere aber Werkstücke veränderlichen Querschnitts, wirtschaftlich bearbeitet werden müssen, empfiehlt es sich, die in F i g. 6 und 7 dargestellten Modifikationen der Einrichtung einzusetzen. In F i g. 6 ist die Modifikation gezeigt, in welcher die Einrichtung mehrere, in diesem Fall vier, identische Kathoden 2 enthält, die in der Arbeitsanodenzelle 1 an den stromleitenden Stützen
18 fluchtend angeordnet und mit Zündelektroden 3 versehen sind. Die stromleitenden Stützen 18 unterscheiden sich von den obenerwähnten Stützen 12 (F i g. 1 und 5) im Prinzip nicht, sind aber für alle Kathoden 2 gemeinsam, wodurch die elektrische Verbindung der Kathoden 2 zueinander hergestellt wird. Die Einrichtung enthält ferner ein Steuerteil 19 zum aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschalten der Kathoden 2, das an die Zündelektrode 3 jeder Kathode 2 angeschlossen ist, wie es nur für eine Zündelektrode 3 mit punktierter Linie gezeigt ist
Da die Zahl der Stützen iS in diesem Fail mit der Vergrößerung der Zahl der Kathoden 2 nicht vergrößert wird, werden die Verluste an Aufdampfmaterial wesentlich verringert und die Gleichmäßigkeit des aufgetragenen Überzugs erhöht.
Während des Betriebs der beschriebenen Modifikation (F i g. 6) der Einrichtung wird der Plasmabogen mit Hilfe des Stcticrteilcs 19 von der einen Kathode 2 zur ·> anderen !iiifciiuimlcrfolgcnil überführt, so d;ili clic Ik· handlung des Werkstücks 10 über seine gesamte Länge allmählich und abschnittweise erfolgt. Die Ausführung des Steuerteiles 19 ist dem Fachmann bekannt und wird je nach den gegebenen Betriebsbedingungen aus einer
ίο Mehrzahl von bekannten Vorrichtungen dieser Art gewählt.
Die in Fig. 7 dargestellte Modifikation der Einrichtung ist der in F i g. 6 gezeigten Modifikation im wesentlichen ähnlich, enthält aber im Unterschied zu der letzteren kein Steuerteil 19, während die Arbeitsanodenzelle 4 in diesem Fall in einzelne Anodenzellen la bis id geteilt ist. die gegeneinander durch Zwischenlagen 8 elektrisch isoliert sind. Jede von den genannten Anodenzellen enthält ein separates Magnetsystem lö sowie eine separate Gleichstromquelle 4 zur Speisung des Lichtbogens. Zum Zünden des Lichtbogens ist eine Impulsstromquelle 5 vorgesehen, es können jedoch offensichtlich auch mehrere Impulsstromquellen nach der Zahl der Anodenzellen eingesetzt werden. Die gesamte Zahl der Kathoden 2 ist ebenfalls der Zahl der Anodenzellen la bis id gleich, wobei jeweils eine Kathode 2 in jeder Anodenzelle la bis id fluchtend angeordnet ist. Der Anschluß der Stromquellen 4 und 5 ist aus F i g. 7 ersichtlich.
Bei der Behandlung des Werkstücks 10 mit Hilfe dieser Modifikation werden gleichzeitig mehrere Lichtbogen gezündet, von welchen jeder in der entsprechenden elektrischen Gruppe »Anodenzelle-Kathode« brennt. Dadurch wird das Werkstück 10 zugleich mit mehreren, in diesem Fall mit vier, Plasmaströmen behandelt, so daß die Aufdampfung wesentlich beschleunigt und die Oberflächengüte vor allem bei langgestreckten Werkstücken verbessert wird.
Es sei bemerkt, daß die in den beiden letzteren Modifikationen beschriebenen stromleitenden Stützen 18, die eine gemeinsame Stromzuführung für alle Kathoden 2 bilden, sowohl massiv, wie es beispielsweise in F i g. 6 gezeigt ist, als auch aus einzelnen Abschnitten i8a bis 18e zusammengesetzt werden können, wie es in F i g. 7 dargestellt ist.
Zur Verringerung der Ungleichmäßigkeit des Überzugs auf der Oberfläche des Werkstücks 10 in den Bereichen unter den Kathoden 2 und den Stützen 18 ist es empfehlenswert, das Werkstück 10 während der Be-
handlung in Axialrichtung mindestens um die Breite der Kathode 2 zu verschieben und urn seine geometrische Achse periodisch zu drehen.
Wenn das Werkstück 10 über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Querschnitt und eine beträchtliehe Länge hat, wie es beispielsweise bei der Behandlung von langen Wellen, Streifen, Drähten, Bändern, usw. der Fall ist, kann die in F i g. 8 gezeigte Modifikation eingesetzt werden, die bei verhältnismäßig geringen Abmessungen eine leistungsstarke, kontinuierlich arbeitende Einrichtung ist Bei dieser Modifikation sind in der Arbeitsanodenzelle 1 zwei Durchgangsöffnungen — eine Eintrittsöffnung 9a und eine Austrittsöffnung 96 — ausgeführt, wobei in jeder ein Dichtelement 20 vorgesehen ist Während dss Betriebs wird das Werkstück 10 durch die Anodenzelie 1 in Axialrichtung gezogen, und kontinuierlich mit dem Plasmastrahl behandelt
Es sie betont, daß in jeder der oben beschriebenen Modifikationen sowohl ein als auch gleichzeitig mehre
11 re parallel angeordnete Werkstücke 10 behandelt werden können, wobei die Werkstücke 10 während der Behandlung sowohl unbeweglich als auch um ihre geometrischen Achsen von einem Antrieb, beispielsweise mittels Planetengetriebes, gedreht werden können.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
10
JC
40
45
■*»

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Piasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen %'on Überzügen, enthaltend:
a) eine Arbeitsanodenzelle aus unmagnetischem Metall,
b) eine in der genannten Anodenzelle angeordnete selbstverzerende Kathode, deren Verdampfungsfläche zur Anode gerichtet ist,
c) eine Zündelektrode, die mit der Kathode in Berührung steht,
d) eine Gleichstromquelle zur Speisung des Lichtbogens, die mit der Anode und der Kathode verbunden ist,
e) eine Impulsstromquelle zum Zünden des Lichtbogens, die mit der Kathode und der Zündelektrode verbunden ist, sowie
f) ein an der Anode angeordnetes Magnetsystem zur Ablenkung der geladenen P'asmateiichcn von der Oberfläche der Anode in Richtung des Werkstücks,
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