DE69813778T2

DE69813778T2 - Verfahren zur oberflächenstrukturierung eines lagerteils mittels elektrochemischer bearbeitung und bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE69813778T2
Application number: DE69813778T
Authority: DE
Inventors: Herve Girardin; Michèle Carole HUMBERT
Original assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Current assignee: SKF Engineering and Research Centre BV
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: WO1998035779A1; KR20000070993A; ES2198044T3; US6245212B1; EP0959999B1; DE69813778D1; CN1246818A; CN1112271C; KR100495339B1; EP0959999A1; NL1005276C2; JP2001511713A; JP4170398B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versehen eines metallischen Lagerteils, ausgesucht aus der einen Lagerring, ein Walzenelement und eine Welle eines dynamischen Drucklagers umfassenden Gruppe, mit einer Textur durch elektrochemische Behandlung, wobei ein Strom durch einen engen Spalt geleitet wird, welcher durch das metallische Lagerteil und eine Elektrodeneinrichtung gebildet wird, wobei ein Elektrolyt dem Spalt zugeführt wird.
Solch ein Verfahren ist in der Technik bekannt. Insbesondere betrifft WO96/20059 ein Verfahren der elektrochemischen Behandlung eines Lagerringes, um diesen mit einem Muster zu versehen. Nach dieser Patentanmeldung wird eine Elektrode mit einer mit einem leitenden Muster versehenen, nicht leitenden Oberfläche angewendet.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine Oberfläche nicht mit einem Muster mit hoher Auflösung versehen werden kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Oberfläche mit einem Oberflächenmuster mit hoher Auflösung versehen kann.
Für diesen Zweck ist das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Band zwischen der Elektrodeneinrichtung und dem metallischen Lagerteil geliefert ist, wobei das Band ein flexibles, im Wesentlichen nicht leitendes Material aufweist, das mit Löchern bzw. Öffnungen versehen ist, wobei das Band über einen Teil seiner Länge in direkten Kontakt mit dem metallischen Lagerteil gebracht ist und eine Kontaktzone definiert, und der Strom über den Spalt geleitet wird, wobei das verwendete Band eine Indikatoreinrichtung aufweist und eine Erfassungseinrichtung verwendet wird, um zu erfassen, dass die Indikatoreinrichtung ein Ausgangssignal abhängig von der Position der Indikatoreinrichtung liefert, deren Ausgangssignal zum Steuern des über den Spalt geleiteten Stromes verwendet wird.
Das Band dient als Maske, wobei die Öffnungen nur die Oberflächenabschnitte des metallischen Lagerteils freilegen, welche elektrochemisch zu bearbeiten sind. Da die Maske nicht an der Oberfläche haftet, kann sie leicht entfernt und zur Bearbeitung eines anderen Oberflächenabschnittes des metallischen Lagerteils wiederverwendet werden. Der mit dein metallischen Lagerteil in Kontakt stehende Teil des Bandes. Die Indikatoreinrichtung liefert ein Signal abhängig von der Position der Indikatoreinrichtung, deren Ausgangssignal zum Steuern des über den Spalt geleiteten Stromes verwendet wird. So ist es möglich zu verhindern, dass einige Abschnitte des metallischen Lagerteils öfters bearbeitet werden als andere.
JP-A-52-143937 betrifft ein Verfahren zum Versehen eines metallischen Gegenstandes, insbesondere Druckringe und -vasen, mit einem Muster. Nach dieser Veröffentlichung ist eine gemusterte Platte mit dem Gegenstand in Kontakt und wird in Synchronisation bewegt, während der Gegenstand geätzt wird.
Die sowjetische Patentveröffentlichung SU-A-814635 beschreibt ein Verfahren der elektroabrasiven Behandlung eines Metallgegenstandes, wie z. B. einer Turbinenschaufel. Dieses Verfahren umfasst ein Schleifband entlang der Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstandes. Das Band ist perforiert, wodurch Öffnungen geschaffen werden, durch welche ein Elektrolyt den zu behandelnden Gegenstand kontaktiert. Diese Veröffentlichung betrifft nicht das Versehen der Oberfläche mit einer Textur.
Nach einer sehr bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Lagerteil um seine Achse gedreht wird, während sich das Band an der Kontaktzone mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung wie das metallische Lagerteil bewegt.
Durch Drehen des Lagerteils, während sich das Band mit ihm ohne wesentlichen Schlupf bewegt, kann die gesamte Oberfläche des zu behandelnden Lagerringes in einem einzigen Schritt elektrochemisch behandelt werden. Dies geschieht ohne Anweisung, dass das Band betätigt werden soll, um das Lagerteil zu drehen, oder dass das Lagerteil angetrieben werden soll, um dss Band zu bewegen, oder dass sowohl der Lagerring als auch das Band betätigt werden sollen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Band mit mindestens zwei im Wesentlichen öffnungsfreien Segmenten angewendet, wobei die Segmente an ein Öffnungen aufweisendes Segment angrenzen, wobei das Öffnungen aufweisende Segment eine Länge aufweist, die gleich dem Umfang des zu bearbeitenden Lagerteils oder ein Vielfaches davon ist.
Sa kann vermieden werden, dass einige Abschnitte des metallischen Lagerteils öfters bearbeitet werden als andere. Ein Öffnungen aufweisendes Segment mit einer vielfachen Länge des Lagerieilumfangs ist beispielsweise geeignet, wenn das Lagerteil mit einem kreuzweise schraffierten Muster versehen werden soll. Um das Muster herzustellen weist das Segment erst eine Länge mit parallelen, länglichen Öffnungen auf, gefolgt von einer Länge mit einem parallelen, länglichen Öffnungssatz in einem Winkel zu den länglichen Öffnungen in der ersten Länge.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Band aus einem Kunststoff mit einer hohen Zu festigkeit verwendet.
Das Verwenden eines solchen Bandes aus Kunststoff mit einer hohen Zugfestigkeit ist zum Erhalten eines Musters mit hoher Auflösung ohne dem Risiko, dass einige Abschnitte des metallischen Lagerteils öfters als andere bearbeitet werden, sehr nützlich, wobei das Band außerdem wiederverwendet werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Band mit mehreren Öffnungen angewendet, welche auf der Seite des Lagerteils enger und auf der gegenüber liegenden Seite des Bandes breiter sind.
Diese Konfiguration aufweisende Öffnungen lassen höhere Stromdichten und eine schnellere Entfernung von Metallionen zu, welche aus dem metallischen Lagerteil durch das Elektrolyt entstehen, wodurch die elektrochemische Behandlung beschleunigt wird.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein endloser Riemen als Band verwendet.
Solch ein endloses Band ermöglicht eine sich wiederholende Oberflächenbearbeitung des metallischen Lagerteils.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum elektrochemischen Behandeln eines Metallwerkstückes, insbesondere eines Lagerteils, um es mit einer Oberflächentextur zu versehen, weiche eine Elektrodeneinrichtung, eine Einrichtung zum Zuführen eines Elektrolyts und eine Einrichtung zum drehbaren Anbringen des Metallwerkstückes umfasst.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Band aufweist, welches ein im Wesentlichen nichtleitendes Material zum Kontakt mit dem Metallwerkstück aufweist, wobei das Band zumindest über einen Teil seiner Länge mit Öffnungen versehen ist, wodurch ermöglicht wird, dass das Elektrolyt das Metallwerkstück kontaktiert und ein Strom zwischen dem Metallwerkstück und der Elektrode fließt, wobei das Band eine Indikatoreinrichtung aufweist.
Somit ist eine einfache Vorrichtung geschaffen, welche zur elektrochemischen Behandlung einer Vielzahl an Metallwerkstücken und insbesondere Lagerteilen fähig ist, und somit fähig ist zu verhinderen, dass einige Abschnitte des metallischen Lagerteils öfters behandelt werden als andere.
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter durch Beispiele mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt werden, in welchen
1 eine erhöhte Seitenansicht einer Anordnung zum Versehen einer Oberfläche eines Lagerteils mit einem Muster durch elektrochemische Behandlung zeigt; und
2 eine Teilansicht im Querschnitt eines im Verfahren nach der Erfindung angewenneten Bandes zeigt.
In Bezug auf 1 wird eine Anordnung gezeigt, welche zum Versehen eines metallischen Lagerteils, hier einem inneren Lagerring 1, mit einem Muster durch elektrochemische Behandlung geeignet ist. Für diesen Zweck ist eine Elektrode 2 geliefert, welche einen Spalt 3 zwischen der Elektrode 2 und dem inneren Lagerring 1 definiert. Ein Elektrolyt, beispielsweise eine Natriumnitratlösung, da diese in der Technik sehr bekannt ist, kann dem Spalt im Wesentlichen tangential zur Oberfläche des Lagerringes 1 zugeführt werden. Um die Oberfläche des Lagerringes 1 (d. h., den Laufring des Lagerringes 1 elektrochemisch zu behandeln, wird eine Spannung über den Spalt 3 angelegt, wodurch Strom über den Spalt 3 geleitet wird, welcher normalerweise 100 μm beträgt. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Riemen 4 gegen den Lagerring 1 gedrückt, wobei der Riemen 4 mit Öffnungen 6 versehen ist, welche dem erwünschten Muster entsprechen. Der Riemen 4 ist flexibel und verhindert im Wesentlichen, dass das Elektrolyt die Oberfläche des Lagerringes 1 an diesen Stellen berührt, an welchen sich keine Öffnungen 6 befinden. Zwar kann etwas Elektrolyt noch die Oberfläche von nicht zu behandelnden Abschnitten dee Lagerringes 1 erreichen, aber das wird keine bedeutende elektrochemische Behandlung hervorrufen, wenn die Stärke des Elektrolyts aufgrund der flexiblen Eigenschaft des Riemens 4 gering genug ist, was zu einem hohen Widerstand zusammen mit geringen Stromdichten und schlechter Entfernung von Metallionen von der Oberfläche des Lagerringes 1 durch das Elektrolyt führt. Der Riemen hat vorzugsweise hydrophobische Eigenschaften auf zumindest der dem Lagerteil zugewandten Seite. Darüber hinaus ist der Riemen 4 vorzugsweise nicht abrasiv, um einen Schaden an der zu bearbeitenden Oberfläche zu verhindern. Dieser kann auftreten, wenn ein Schlupf des Riemens 4 entlang der Oberfläche oder als Ergebnis von Teilen, welche vom Riemen zur zu bearbeitenden Oberfläche vorstehen, entsteht, wobei die Teile eine zum Beschädigen der Oberfläche ausreichende Härte aufweisen.
Der Riemen 4 kann durch eine Winde 5 angetrieben werden. Die Spannung auf dem Riemen 4 ist so, dass er den frei drehbaren Lagerring 1 im Wesentlichen ohne Schlupf dreht, wodurch eine akkurate elektrochemische Oberflächenbehandlung des Lagerringes 1 gesichert wird. Natürlich kann der Riemen 4 stattdessen durch den Lagerring 1 angetrieben werden. In dieser Beschreibung ist der Begriff „im Wesentlichen ohne Schlupf' als überhaupt kein Schlupf oder als Schlupf, welcher geringer als das Maß der Öffnungen im Riemen 4 ist, zu verstehen.
Langsame Drehung des Riemens 4 führt zu tieferen Mustern.
Es ist selbstverständlich, dass ein einziger Riemen 4 verwendet werden kann, um gleichzeitig mehr als einen Lagerring 1 elektrochemisch zu behandeln.
Zwar wird in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein Riemen angewendet, um die Oberflächenabschnitte des Lagerringes 1 abzudecken, welche nicht elektrochemisch zu behandeln sind, aber stattdessen kann ein geradliniges Band verwendet werden. Dieses Band kann hin- und herbewegt werden.
Es gibt verschiedene Weisen das Verfahren nach der Erfindung zu betreiben. Der Riemen kann einige Male gedreht werden, um einen einzigen Lagerring 1 zu bearbeiten. In solch einem Fall ist der Riemen 4 normalerweise mit relativ wenigen Öffnungen versehen, was zu einer pseudozufälligen Textur auf dem Laufring führt. Falls beispielsweise die Dichte der Öffnungen im Riemen 1/10 der auf dem zu bearbeitenden Gegenstand benötigten Dichte beträgt, wird jede unheabsichtigte Überbehandlung eines bestimmten Bereiches des Gegenstandes zu einer lokalen Dichte von nur 1,1 statt 1 führen.
Andererseits kann der Riemen 4 angeordnet sein, um zu verhindern, dass einige Oberflächenabschnitte des Lagerringes 1 öfters als andere bearbeitet werden. Für diesen. Zweck kann der Riemen 4 aus mindestens einem Segment mit einer Länge gleich dem Umfang des elektrochemisch zu bearbeitenden Lagerringes 1 bestehen, wobei das Segment an seinen Endzonen keine Öffnungen aufweist. Somit kann ein Riemen 4 ein Öffnungen aufweisendes Segment 4a mit einer Länge gleich dem Umfang des Lagerringes 1 und ein anderes Segment 4b ohne Öffnungen umfassen. Wenn der Lagerring 1 elektrochemisch behandelt wird, ist der Lagerring 1 zum Segment 4b ohne Öffnungen gefolgt von dem Öffnungen aufweisenden Segment 4a und wieder dem gleichen oder einem anderen Segment 4b ohne Öffnungen frei liegend.
Als Alternative kann der Riemen 4 einen beispielsweise optischen Indikator, wie z. B. eine bunte Markierung, aufweisen. Eine optische Erfassungseinrichtung erfasst den Moment, in dein der optische Indikator an der Erfassungseinrichtung vorbeigeht und legt die Spannung über dem Spalt durch verwenden einer Stromversorgung entweder für eine im Voraus festgesetzte Zeit an, abhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Riemen 4 bewegt wird und vom Umfang des Lagerringes 1, oder bis die Erfassungseinrichtung die Stromversorgung ausschaltet, nachdem ein entsprechender optischer Indikator erfasst wurde.
Der Riemen 4 muss verschiedenen Anforderungen entsprechen. Abhängig von der Genauigkeit des erwünschten Musters muss er eine gute dimensionsgerechte Stabilität aufweisen. Um Mauster mit hoher Auflösung zu erhalten, darf der Riemen 4 keine elastischen Eigenschaften haben. Er muss im Wesentlichen nichtleitende Eigenschaften haben. Darüber hinaus muss er flexibel und dazu fähig sein, die Form des zu bearbeitenden metallischen Lagerteils anzunehmen. Seine Zugfestigkeit sollte ausreichen, um die simultane Bewegung des Lagerteils und des Riemens (oder Bandes) ohne Schlupf zuzulassen.
Gute Ergebnisse wurden bei der Anwendung eines Polyethylenterephthalat (PET)- Films mit einer Stärke von 50 μm erzielt. Durch Anwenden eines Excimerlasers wurde der Film mit kegeliörmigen Öffnungen mit einer Breite von mindestens 10 μm versehen. Die kegelförmige Form (wie in 2 gezeigt) lässt höhere Stromdichten und leichtere Entfernung von Metallionen durch das Elektrolyt zu.
Nach einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Band angewendet, welches einen Stapel aus einem leitenden Film, welcher als Elektrode verwendet wird, und einem nichtleitenden Film aufweist, wobei der nichtleitende Film dem metallischen Lagerteil gegenüberliegt und es kontaktiert.
Somit ist gesichert, dass die Elektrode in unmittelbarster Nähe zum Lagerteil ist, wodurch die elektrochemische Behandlung beschleunigt wird ohne jegliches Risiko, dass das Band die Elektrode kontaktiert und im Verfahren beschädigt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders zum Versehen von inneren Lagerringen, Radialund Nadelrollenelementen und Luftlagerwellen mit einer Textur geeignet. Da innere Lagerringe einen kleineren Durchmesser als äußere Lagerringe aufweisen, sind sie höheren Belastungen ausgesetzt und tendieren schließlich eher kaputtzugehen. Somit ist es wichtiger die Oberflache der inneren Lagerringe mit einer Textur zu verbessern, wodurch ausreichendes Schmieren gesichert ist, als die Oberfläche der äußeren Lagerringe, welche unter Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung etwas schwieriger zu bearbeiten sind. Das kann jedoch durch Anwenden von Einrichtungen getan werden, wie z. B. eine (drehbare) Elektrode, um das Band gegen die Oberfläche des äußeren Lagerringes zu drücken.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines metallischen Lagerteils (1), ausgesucht aus der Gruppe umfassend einen Lagerring, ein Walzenelement und eine Welle eines dynamischen Drucklagers, mit einer Textur durch elektrochemische Bearbeitung, wobei ein Strom durch einen engen Spalt (3) geleitet wird, welcher durch das metallische Lagerteil (1) und eine Elektrodeneinrichtung (2) gebildet wird, wobei ein Elektrolyt dem Spalt zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (4) zwischen der Elektrodeneinrichtung (2) und dem metallischen Lagerteil (1) vorgesehen wird, wobei das, Band (4) ein flexibles im wesentlichen nicht leitendes Material, das mit Löchern (6) versehen ist, aufweist, dass das Band (4) über einen Teil seiner Länge in direktem Kontakt mit dein metallische Lagerteil (1) gebracht ist, um eine Kontaktzone zu definieren, und der Strom über den Spalt (3) geleitet wird, dass das verwendete Band (4) eine Indikatoreinrichtung aufweist, und wobei eine Erfassungseinrichtung verwendet wird, um zu erfassen, dass die Indikatoreinrichtung ein Ausgangssignal abhängig von der Position der Indikatoreinrichtung liefert, wobei das Ausgangssignal zum Steuern des über den Spalt (3) geleiteten Stromes verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Lagerteil (1) um seine Achse rotiert wird, während das Band (4) sich an der Kontaktzone mit der selben Geschwindigkeit und Richtung wie das metallische Lagerteil (1) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Band (4) ein Band (4) verwendet wird, das zumindest zwei Segmente (4b) aufweist, welche im wesentlichen frei von Löchern (6) sind, wobei die Segmente neben einem Segment (4a) mit Löchern (6) liegen, wobei das Segment (4a) mit den Löchern eine Länge aufweist, die gleich dem Umfang des zu bearbeitenden Lagerteils (1) oder ein Vielfaches davon ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichret_; dass als das Band (4) ein Band (4) verwendet wird, welches aus einem Kunststoff mit einer hohen Zugstärke hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (4) mit Löchern (6) verwendet wird, welche eng an der Seite des Lagerteils (1) und welche breiter an der gegenüberliegenden Seite des Bandes (4) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Band (4) verwendet wird, welches einen Stapel eines leitenden Films, der als die Elektrode (2) verwendet wird, und eines nichtleitenden Films verwendet wird, wobei der nichtleitende Film dem metallische Lagerteil (1) gegenüber liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Band (4) ein endloser Riemen verwendet wird.
Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung eines metallischen Werkstücks, insbesondere eines Lagerteils (1) zum Versehen desselben mit einer Oberflächentextur mit einer Elektrodeneinrichtung (2), einer Einrichtung zum Zuführen eines Elekarolyts und einer Einrichtung zum drehbaren Anbringen des metallischen Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Band (4) aufweist, welches ein im wesentlichen nichtleitendes Material zum kompakt mit dem metallischen Werkstück aufweist, wobei das Band (4) zumindest über einen Teil seiner Länge mit Löchern (6) versehen ist, um zu ermöglichen, dass das Elektrolyt das metallische Werkstück kontaktiert und ein Strom zwischen dem metallischen Werkstück und der Elektrode (2) fließt, wobei das Band (4) eine Indikatoreinrichtung aufweist.