DE4038717A1 - Einrichtung zum elektro-chemischen beschriften von werkstuecken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum elektro-chemischen Beschriften einer metallischen Oberfläche eines Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen aus der DE 27 28 256 C3 bekannten Einrichtung ist der Werkzeughalter an seiner dort ebenen Unterfläche mit einer mittigen Ausnehmung versehen, innerhalb der das Werkzeug in Form von Stiften gehalten ist, wobei die vorderen Enden der Stifte mit der Grundfläche der Ausnehmung in einer Ebene liegen. Dadurch liegt während des Beschriftungsvorganges der Werkzeughalter mit seinen die Ausnehmung umgebenden Unterflächenbereichen auf der zu beschriftenden metallischen Oberfläche des Werkstücks auf. In den durch die Ausnehmung gebildeten Zwischenraum zwischen den Beschriftungsstiften des Werkzeugs und der zu beschriftenden Oberfläche des Werkstücks wird von außerhalb der Elektrolyt eingebracht.

Da der Werkzeughalter mittels einer mehr oder weniger großen Fläche seiner Unterseite auf der zu beschriftenden Oberfläche des Werkstücks gleitet, sind zum einen Abriebspuren auf der zu beschriftenden Werkstückoberfläche nicht zu vermeiden und zum anderen auch eine Abnutzung dieses Gleitflächenbereichs des Werkstückhalters gegeben. Das letztere hat zur Folge, daß der Zwischenraum zwischen Werkzeug und zu beschriftender Oberfläche kleiner wird, was sich dann nachteilig auf die Qualität der Beschriftung auswirkt. Die Gefahr des Abriebs am Werkzeughalter ließe sich durch Verwendung entsprechend abriebfester Kunststoffe vermeiden, jedoch sind diese Kunststoffe im allgemeinen halogenhaltig, was bei der Beschriftung von bestimmten Werkstücken, wie bspw. Zirkonrohren, wie sie für Brennelemente von Reaktoren verwendet werden, nicht zulässig ist. Ein weiterer Nachteil besteht in der ungünstigen und aufwendigen separaten Zuführung des für die elektro-chemische Beschriftung verwendeten Elektrolyten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine elektro-chemische Beschriftung metallischer Oberflächen von entsprechenden Werkstücken ermöglicht, ohne daß sich Werkzeughalter und Werkstück berühren.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung zum elektro-chemischen Beschriften von metallischen Werkstückoberflächen der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, während der Beschriftung der Werkstückoberfläche und dem dabei vor zunehmenden Bewegen des Werkzeughalters relativ zur Werkstückoberfläche den Werkzeughalter auf der Werkstückoberfläche mittels des zur elektro-chemischen Beschriftung verwendeten Elektrolyten schwimmend zu lagern. Eine Berührung von Werkzeughalter und Werkstückoberfläche ergibt sich dadurch nicht. Diese schwimmende Lagerung wird durch das physikalische Phänomen des "hydrodynamischen Paradoxons" aufrechterhalten, wobei der Spalt, durch den der unter Druck zugeführten Elektrolyt strömt, sehr klein ist, so daß der Werkzeughalter unter Aufrechterhalten dieses Spaltes längs der Werkstückoberfläche verfährt. Ein weiterer Vorteil besteht in dem einfacheren Aufbau, da der Werkzeughalter gleichzeitig zum Zuführen des Elektrolyten verwendet werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform hinsichtlich Elektrolytdruck und Spaltgröße ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 3 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bspw. beim Beschriften des Werkstückes mit einem Barcode mehrere dieser Strichcodes in einem Arbeitsgang aufgebracht werden können. Dabei können bei Verwirklichung der Merkmale des Anspruchs 4 die dünnen und dicken Striche des Barcodes gleichzeitig aufgebracht werden. Eine einfache Möglichkeit der elektrischen Verbindungen und der Flüssigkeitsverbindung und damit ein einfaches Auswechseln eines mit bestimmten Werkzeugen versehenen Werkzeughalters und gegen einen anderen ebenfalls mit bestimmten Werkzeugen versehenen Werkzeughalters ergibt sich bei Verwirklichung der Merkmale des Anspruchs 5.

Für die Bearbeitung bzw. Beschriftung von den oben erwähnten Zirkonrohren ist es zweckmäßig, die Merkmale gemäß Anspruch 6 vorzusehen. Dabei kann der Werkzeughalter bspw. aus Methacrylsäureharz bestehen.

Für eine weitere betriebsmäßige Vereinfachung der Beschriftung sind die Merkmale gemäß Anspruch 7 vorgesehen. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, daß dieselbe Reibrolle für Werkstücke unterschiedlichen Durchmessers Verwendung finden kann.

Bei Verwirklichung der Merkmale gemäß Anspruch 8 ist eine einfache Beschriftung auch ebener Werkstückoberflächen möglich.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Vorderansicht eine Einrichtung zum elektro-chemischen Beschriften einer zylindrischen metallischen Oberfläche eines Werkstücks, hier in Form eines Rohres,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung eine Unteransicht des beim Ausführungsbeispiel verwendeten Werkzeugs.

Die in der Zeichnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dargestellte Einrichtung 10 dient zum elektro-chemischen Beschriften der metallischen Oberfläche 11 eines hier als dünnes Rohr dargestellten Werkstücks 12. Die metallische Oberfläche 11 bzw. das Werkstück 12 selbst, wenn dieses insgesamt metallisch ist, ist in nicht dargestellter Weise mit dem einen Pol, bspw. dem Pluspol einer Gleichspannungsquelle, deren Spannung zwischen 6 und 20 Volt liegt, verbunden.

Das Werkstück 12 liegt auf Rolleneinheiten 16-18 auf, deren Rollenpaare drehbar gelagert sind. Die einander gegenüberliegenden Rollen jedes Rollenpaares 19 sind derart angeordnet und ausgebildet, daß zylindrische Werkstücke 12 unterschiedlichen Außendurchmessers drehbar beweglich aufgelegt werden können. Die Rolleneinheiten 16-18 besitzen U-förmige Lagerböcke 21, die auf dem Grund einer Wanne 22 befestigt sind, welche auf einem Werktisch 23 gehalten ist.

Oberhalb des zu beschriftenden Werkstücks 12 ist ein Werkzeug 13 angeordnet, dessen Werkzeughalter 14 aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, z. B. aus Kunststoff, bspw. Methacrylsäureharz (einem nicht-halogenhaltigen Kunststoff) besteht und gemäß den beiden Doppelpfeilen der Fig. 1 sowohl vertikal in Z-Richtung als auch horizontal in X-Richtung hin und her bewegbar behalten ist. Dazu wird der Werkzeughalter 14 von einer Klammer 26 gehalten, die von der Unterkante eines ersten Schlittens 27 auskragt bzw. senkrecht absteht, welcher Schlitten 27 an einer ersten Führung 28 gemäß Doppelpfeil Z auf und ab bewegbar ist. Die Bewegung des ersten Schlittens 27 erfolgt in nicht dargestellter Weise entweder mit Hilfe eines elektromotorischen oder eines pneumatischen Antriebs. Es ist in nicht dargestellter Weise auch möglich, den Werkzeughalter 14 derart anhebbar und absenkbar zu machen, daß er am freien Ende eines schwenkbar gelagerten Armes gehalten ist. Die erste Führung 28 ist an einem zweiten Schlitten 31 befestigt, der an einer zweiten Führung 32 mittels eines motorischen Antriebs 33 in horizontaler X-Richtung, also in Richtung der Längserstreckung des Werkstücks 12 verfahrbar ist.

Das Werkzeug 13 besitzt beim Ausführungsbeispiel zwei Elektroden 36 und 37, die im Werkzeughalter 14 eingebettet sind. Der Werkzeughalter 14 ist länglich quaderförmig ausgebildet und besitzt an seiner Unterseite eine im Querschnitt halbkreisförmige Rinne 38, deren Radius um wenige 1/100 mm, vorzugsweise um 2/100 mm größer ist als der Außenradius der zu beschriftenden zylindrischen Oberfläche 11 des Werkstücks bzw. Rohres 12. Die Elektroden 36 und 37, die die Form von dünnen metallischen Stiften aufweisen, verlaufen senkrecht zur Rinnenfläche 38 über der Längsmittelachse der Rinne 38. Dabei liegen ihre Schreibspitzen 39 in der Ebene der Grundfläche 41 der Rinne 38. Die beiden Elektroden 36 und 37 sind bspw. unterschiedlich dick ausgebildet und liegen zu beiden Seiten einer Quermittelachse des Werkzeughalters 14. Im Schnittpunkt von Quermittelachse und Längsmittelachse des Werkzeughalters 14 ist eine von der Grundfläche 41 der Rinne 38 ausgehende Austrittsöffnung 42 einer Flüssigkeitsbohrung 43 vorgesehen, die in eine parallel zur Rinne 38 verlaufende Zuführbohrung 44 mündet, welche an einer Stirnfläche 46 des Werkzeughalters 14 ins Freie tritt. Diese Zuführbohrung 44 ist an der Stirnfläche 46 mit einer Innengewindebohrung 47 versehen, in die der Nippel eines Schlauches 48 lösbar einschraubbar ist. Durch diesen Schlauch 48 wird die Elektrolyt-Flüssigkeit zum elektro-chemischen Beschriften zugeführt.

In derselben Stirnfläche 46 ist zu beiden Seiten der Innengewindebohrung 47 ein Innengewindeanschlußnippel 51, 52 aus Metall eingelassen, welcher mittels einer elektrischen Zuleitung 53, 54 die im Werkzeughalter 14 eingelassen ist, mit der betreffenden Elektrode 36, 37 elektrisch verbunden ist und welcher zum lösbarschraubenden Verbinden mit einer elektrischen Zuleitung 56, 57 vorgesehen ist. Die elektrische Zuleitung 56, 57 kann über einen entsprechenden bspw. programmierbaren Schalter mit dem anderen Pol, dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden werden.

Zum elektro-chemischen Beschriften der zylindrischen Oberfläche 11 des Werkstücks 12 wird das Werkzeug 13 bzw. der Werkzeughalter 14 unter seinem Eigengewicht auf die Oberfläche 11 gebracht. Vor dem elektrischen Beaufschlagen der Elektroden 36 und 37 wird durch den Schlauch 48 unter einem Druck von 2 - 4 bar, vorzugsweise von 3 bar, Elektrolyt in den Werkzeughalter 14 eingedrückt und aus der Austrittsöffnung 42 heraus auf die zu beschriftende Werkstückoberfläche 11 gebracht. Durch das Zusammenspiel von Elektrolytdruck, Eigengewicht des Werkzeugs 13 und Dimensionierungsdifferenz zwischen Außenradius der zu beschriftenden Werkstückoberfläche 11 und Innenradius der Rinne 38 des Werkzeughalters 14 stellt sich ein der Radiusdifferenz (von bspw. 2/100 mm) entsprechender Spalt 58 (in Fig. 2 übertrieben breit gezeichnet) zwischen Werkzeughaltergrundfläche 41 und Werkstückoberfläche 11 ein. Der Elektrolyt wird in der Wanne 22 aufgefangen und in nicht dargestellter Weise über eine Pumpe und eine Filteranordnung dem Werkzeughalter 14 wieder zugeführt.

Während des Beschriftens der Werkstückoberfläche 11 wird das Werkzeug 13, das mit seiner Rinnen-Grundfläche 41 auf der Werkstückoberfläche 11 schwimmend gelagert ist, entsprechend der vorzunehmenden Beschriftung in X-Richtung hin und/oder her bewegt. Dabei wird gleichzeitig das Werkstück 12 rotierend angetrieben. Dies erfolgt mit Hilfe einer Reibrolle 61, die von einem Motor 62 angetrieben ist. Die aus Reibrolle 61 und Motor 62 bestehende Einheit ist an einem Schwenkarm 63 gehalten, der in nicht dargestellter Weise zum Einlegen eines anderen Werkstücks 12, bspw. auch mit größerem oder kleinerem Durchmesser, in nicht dargestellter Weise anhebbar ist. Die Reibverbindung zwischen Reibrolle 61 und zylindrischem Werkstück 12 erfolgt im wesentlichen unter dem Eigengewicht der genannten Einheit 61, 62. Es versteht sich, daß sowohl die Reibrolle 61 als auch das Werkzeug 13 aktiv, bspw. pneumatisch auf das Werkstück 12 gedrückt werden können.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist das Werkstück mit einer ebenen zu beschriftenden metallischen Oberfläche versehen. Hierfür ist das Werkzeug mit einem ebenen Unterflächenbereich versehen und in den beiden in der Beschriftungsebene liegenden Koordinaten X und Y relativ zum Werkstück bewegbar. Ansonsten ist das Werkzeug gleich ausgebildet, insbesondere die schwimmende Lagerung aufrechterhalten.

Es versteht sich, daß es auch möglich ist, das Werkzeug 13 mit nur einer Elektrode oder aber auch mit mehr als zwei Elektroden zu versehen. Desweiteren kann, wenn dies notwendig ist, eine oder mehrere weitere Austrittsöffnungen für den Elektrolyt vorgesehen werden. Je nach Durchmesser bzw. Radius der beschriftenden Werkstückoberfläche 11 ist ein mit einem entsprechenden Innenradius der Rinne 38 versehener Werkzeughalter 14 vorzusehen. Dazu ist der Werkzeughalter 14 mit Hilfe seitlicher Innengewindebohrungen 66 leicht auswechselbar an der Klammer 26 gehalten.

In jedem Falle ist der Werkzeughalter 14 derart an die zu beschriftende Oberfläche 11 eines Werkstücks 12 angepaßt, daß unter dem Druck des zugeführten Elektrolyten eine schwimmende Lagerung des Werkzeughalters 14 auf dem Werkstück 12 unter Aufrechterhaltung eines sehr kleinen Spaltes 58 unter der Wirkung des physikalischen Phänomens des "hydrodynamischen Paradoxons" erfolgt.

Es versteht sich, daß je nach Bedarf eine oder mehrere der Elektroden 36, 37 zur Beschriftung der Werkstückoberfläche 11 gleichzeitig und dabei kontinuierlich oder periodisch an Spannung gelegt werden können.

Claims (8)

1. Einrichtung zum elektro-chemischen Beschriften einer ebenen oder gewölbten, vorzugsweise zylindrischen metallischen Oberfläche (11) eines Werkstücks (12), die mit dem einen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, mit einem mindestens einen metallischen Stift (36, 37) aufweisenden Werkzeug (13), das mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, wobei der Stift (36, 37) in einem zur Werkstückoberfläche (11) bewegbaren Werkzeughalter (14) aus einem elektrisch nicht leitenden Material gehalten ist, und mit einem flüssigen Elektrolyt, der zwischen Werkzeug (13) und Werkstückoberfläche (11) wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (14) an einem der Form der zu beschriftenden Werkstückoberfläche (11) angepaßten Unterflächenbereich (41), vorzugsweise mittig in diesem Bereich mit mindestens einer Elektrolyt-Austrittsöffnung (42), durch die der Elektrolyt unter Druck austritt, versehen ist, daß der mindestens eine Stift (36, 37) des Werkzeugs (13) mit seinem Schreibende mit dem Unterflächenbereich (41) des Werkzeughalters (14) fluchtend nahe der Elektrolyt-Austrittsöffnung (42) angeordnet ist und daß der Werkzeughalter (14) mit einer vorbestimmten Kraft zur zu beschriftenden Werkstückoberfläche (11) gedrückt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, mit dem der Elektrolyt eingedrückt ist, etwa 2-4 bar beträgt, vorzugsweise im Bereich von 3 bar liegt und daß bei einer zylindrischen Oberfläche der Innenradius um wenige 1/100 mm, vorzugsweise etwa um 2/100 mm, größer ist als der Radius der zu beschriftenden Werkstückoberfläche (11).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten die Elektrolyt-Austrittsöffnung mindestens ein metallischer Stift (36, 37) des Werkzeugs (13) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Stifte (36, 37) unterschiedliche Dicke aufweisen.

5. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anschlußverbindung zu dem oder den metallischen Stiften (36, 37) und die Leitungsverbindung zur Elektrolyt-Austrittsöffnung (42) zu einer Stirnseite (46) des Werkzeughalters (14) geführt sind.

6. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (14) aus einem nicht halogenhaltigen Kunststoff ist.

7. Einrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beschriftende Werkstück (12) in Form eines Rohres rotierend gelagert ist und daß eine der rotierenden Lagerung gegenüberliegende angetriebene Reibrolle (61) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschriftende Oberfläche des Werkstücks (12) eben ausgebildet und das mit einem ebenen Unterflächenbereich versehene Werkzeug (13) in den beiden in der Beschriftungsebene liegenden Koordinaten relativ zum Werkstück (12) bewegbar ist.