EP1115913B1 - Verfahren zur herstellung verschleissfester oberflächen - Google Patents

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EP1115913B1
EP1115913B1 EP99969127A EP99969127A EP1115913B1 EP 1115913 B1 EP1115913 B1 EP 1115913B1 EP 99969127 A EP99969127 A EP 99969127A EP 99969127 A EP99969127 A EP 99969127A EP 1115913 B1 EP1115913 B1 EP 1115913B1
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EP
European Patent Office
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coated
electrolyte
workpiece
flow direction
shape
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP99969127A
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English (en)
French (fr)
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EP1115913A2 (de
Inventor
Christof Lausser
Hans-Jürgen Lauth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Original Assignee
LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG filed Critical LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Publication of EP1115913A2 publication Critical patent/EP1115913A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1115913B1 publication Critical patent/EP1115913B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/005—Apparatus specially adapted for electrolytic conversion coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing wear-resistant, coated surfaces according to the preamble of claim 1.
  • Methods of the type mentioned here are known. They are used, for example, one made of aluminum or an aluminum alloy surface, for example a bore surface, with a To provide oxide layer.
  • To carry out the known workpiece coating process becomes the workpiece connected to the positive pole of a voltage source, thus forms the anode.
  • One connected to the negative pole Lead plate forms the cathode that goes into the Hole is made.
  • an electrolyte here dilute sulfuric acid.
  • the Chamber has an inlet and an outlet and is flowed through by the electrolyte in one direction.
  • the layer thickness of the aluminum oxide layer over the surface to be coated varies is, that is, is on one side of the workpiece the layer thickness of the oxide layer larger than on the other side. This allows desired shape tolerances the surface is not adhered to in all cases be so that the coated surface must be reworked, for example by Grinding, honing for high dimensional and shape accuracy to achieve.
  • DE 1 909 870 describes a method for galvanic Deposition of metals on the outside and inner surfaces of porous, metallic or pre-metallized non-metallic moldings. It was found that both the outer as well as on the inner metallic surfaces of a porous molded body almost uniform galvanic metal deposition achieved can be if the electrolyte with a certain Speed, preferably at one speed from 80 to 130 cm / sec. through the pores of the shaped body serving as the cathode becomes. If the molding is very thick-walled, it will a decrease in the layer thickness of the metal deposit in the flow direction of the electrolyte observed. By reversing the flow direction in cycles of the electrolyte and by arrangement this disadvantage can be eliminated with two anodes.
  • the surface to be coated is made of aluminum or is an aluminum alloy. It forms an oxide layer, also called an anodized layer referred to as.
  • This form of electrolysis will also as anodizing or anodizing Oxidizing refers to the process of coating Workpiece as an anode and a lead plate, for example serve as cathode in a reaction chamber are introduced or adjoin them.
  • the reaction chamber is an electrolyte, for example, dilute sulfuric acid.
  • the anodized layer created by anodizing is hard and very resistant to chemical influences resistant.
  • the surface to be coated is curved, especially cylindrical or flat.
  • curved and flat Surfaces whose shape and / or their nominal size to be influenced.
  • This is particularly advantageous inventive method in the coating of a Through or blind hole, on their dimension and Form accuracy high demands are made such as a bore for a valve piston a conveyor used in a vehicle.
  • a hole proves in many cases their completion instead of a cylindrical one a conical shape, which when coating the Surface through the targeted reversal of the flow direction of the electrolyte balanced or can be fixed.
  • the shape of flat surfaces by influencing the Layer thickness distribution specifically changed, in particular can be set. This is level Surfaces can be produced that have a high degree of dimensional accuracy exhibit.
  • a device for performing the procedure comprises one with at least two connecting lines connected reaction space, a first of which Connection line as inlet and a second connection line as a process for one by means of a Conveyor transportable electrolyte serve.
  • the material to be coated is placed in the reaction space Workpiece or the at least one surface introduced, at least in contact with the Brought electrolyte. It is also possible that Workpiece limits part of the reaction space or forms. This is for example at a workpiece with a hole to be coated possible. In the hole, the surface of which is coated an electrode is inserted.
  • the device is characterized by this from that in the flow path of the electrolyte Transfer switch, for example a directional valve, is provided, with the help of the inlet and the process is interchangeable.
  • the help of manually or automatically switchable switching device is a reversal of the direction of flow of the electrolyte through the reaction space to a defined Time possible, so that a constant layer thickness or different layer thicknesses on the too coating surface can be realized.
  • hereby can be the shape of the surface, for example that of a hole, plate or the like, to be influenced.
  • the inflow and outflow are in a preferred embodiment connected to the reaction space at a distance from one another, that the electrolyte is preferably at the whole, or at least a large part of it flows to the surface to be coated.
  • FIG. 1 shows a basic sketch of a first exemplary embodiment a device 1 for production wear-resistant, coated surfaces, here a cylindrical one introduced into a workpiece 3 or substantially cylindrical blind bore 5.
  • a device 1 for production wear-resistant, coated surfaces here a cylindrical one introduced into a workpiece 3 or substantially cylindrical blind bore 5.
  • the blind hole 5 is one with a connected voltage source, not shown, inserted rod-shaped electrode 7, the first, diameter larger longitudinal section 9 and a second, smaller diameter longitudinal section 11 having.
  • the diameter of the electrode 7 in the area of the first longitudinal section 9 corresponds to essentially the diameter of the blind bore 5, during the diameter of the second longitudinal section 11 is smaller than that of the blind hole, so that between the blind bore 5 and the electrode 7 in the area of the second longitudinal section 11 an annular space is formed.
  • the electrode 7 In the electrode 7 is one to the longitudinal central axis 14 concentrically arranged through opening 15 brought in at the bottom of the blind hole 5 opposite end with a first connecting line 17 is connected. In the area of the first Longitudinal section 9 are two more in one Distance to the longitudinal central axis 14 arranged through holes 19 introduced into the electrode 7, connected to a second connecting line 21 are.
  • the connecting lines 17, 21 are with a switching device connected here by a 4/2-way valve 23 is formed. On the directional valve 23 is a direct to a container 25 for an electrolyte-carrying return line 27 and one also connected to the container 25 delivery line 29 are connected.
  • the structural design of the example here switching device formed by a directional valve is variable. It is important that with With the help of the switching device, the flow direction of the Electrolyte in the reaction space can be reversed.
  • the workpiece 3 made of aluminum or an aluminum alloy exists and that the device 1 for hard anodizing the surface of the blind hole 5 is used.
  • the workpiece 3 serves this electrolysis process as an anode and is for this with the positive pole of the voltage source connected while in the blind hole 5 protruding ones, for example made of lead Electrode 7 with the negative pole of the voltage source is connected, that is, serves as a cathode.
  • Electrolyte can be used in this method, for example dilute sulfuric acid can be used.
  • the layer thickness distribution that is to say the thickness of the hard anodized surface 33 (shown with a broken line in FIG. 1) can be influenced in a defined manner by the specific choice of the reversal point in time of the flow direction of the electrolyte.
  • the at least one reversal of the flow direction of the electrolyte during the coating process at a defined point in time means that the oxide layer has a smaller thickness at the end of the bore with the smaller diameter than at the other end with the larger diameter.
  • the taper of the bore which is, for example, 6 .mu.m with a length of the bore of 40 mm to 50 mm, can be compensated for so that the bore has a cylindrical shape after the coating process.
  • each a part of a workpiece 3 in the area of a Through hole 35 show a method of determination the reversal of the flow direction or the duration of the individual flow directions, explained in more detail.
  • 2A is the through hole 35 after its manufacture and before hard anodizing and in Figure 2C after Hard anodizing shown.
  • Figure 2B the Through hole 35 with its desired diameter and circular cylindrical shape.
  • the through bore 35 has a conical shape after its production, that is to say the diameter of the through bore in the region of its openings is different.
  • One diameter is marked with ⁇ 1VOr and the other with ⁇ 2vor .
  • K is an empirically or arithmetically determinable constant or a parameter.
  • the times for the individual flow directions are determined or calculated from the difference from ⁇ before - ⁇ after .
  • the diameter difference between ⁇ 1nach and ⁇ 2nach is smaller than before the coating process; the taper is thus largely balanced in this embodiment.
  • the taper can be at least better compensated for by the method described above than is possible by the known manufacturing method, also known as the Dalic method.
  • Figures 3A and 3B each show a perspective View of part of another embodiment the device 1, in which the workpiece 3 is a plate, the level or essentially flat surface with an oxide layer is to be provided.
  • the tubular one, the cathode forming electrode 7 is perpendicular to this or substantially perpendicular and at a distance to workpiece 3, which is in a reaction space, for example, in a bath, by a Electrolyte can be flowed through.
  • the liquid electrolyte for example sulfuric acid
  • the electrolyte hits the essentially in the middle of the plate and flows from there - as indicated by arrows 37 - in the direction the side edge of the workpiece 3. To a desired, determined empirically or mathematically Time the flow direction of the electrolyte is reversed, so that this from the side edge of the plate-shaped Workpiece 3 flows in the middle and via the through opening in the electrode 7 in the container is returned.
  • each Flow directions can be the shape of the flat surface of the workpiece 3 and affects the layer thickness both in the marginal area and in the middle Area of the workpiece 3 can be set. Thereby can bumps on the surface to be coated Surface to be balanced.
  • the thickness of the coating process generated layer both with curved can also be influenced on flat surfaces is.
  • By controlling the layer thickness distribution is also a targeted influencing of Form of the coated surface possible.
  • the design the device for the production of coated Surfaces for example the shape the one that forms the cathode during hard anodizing Electrode, the inlet and outlet connection for the Electrolyte and the like, is due to the shape of the coated surface and / or the workpiece customized.
  • the electrolyte can be set with sufficient accuracy are.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verfahren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen beispielsweise dazu, eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Oberfläche, zum Beispiel eine Bohrungsoberfläche, mit einer Oxidschicht zu versehen. Zur Durchführung des bekannten Beechichtungsprozesses wird das Werkstück mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden, bildet also die Anode. Eine mit dem Minuspol verbundene Bleiplatte bildet die Kathode, die in die Bohrung eingebracht wird. In die von dem Werkstück und der Kathode begrenzten Kammer wird ein Elektrolyt, hier verdünnte Schwefelsäure, eingeleitet. Die Kammer weist einen Zulauf und einen Ablauf auf und wird von dem Elektrolyt in einer Richtung durchströmt. Es hat sich als nachteilig herausgestellt, daß die Schichtstärke der Aluminiunioxidechicht über die zu beschichtende Oberfläche unterschiedlich ist, das heißt, auf einer Seite des Werkstücks ist die Schichtdicke der Oxidschicht größer als auf der anderen Seite. Dadurch können gewünschte Formtoleranzen der Oberfläche nicht in allen Fallen eingehalten werden, so daß die beschichtete Oberfläche nachgearbeitet werden muß, zum Beispiel durch Schleifen, Honen, um eine hohe Maß- und Formgenauigkeit zu erzielen.
Die DE 1 909 870 beschreibt ein Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Metallen auf den äußeren und inneren Oberflächen von porösen, metallischen oder vormetallisierten nichtmetallischen Formkörpern. Es wurde herausgefunden, dass sowohl auf den äußeren als auch auf den inneren metallischen Oberflächen eines porösen Formkörpers eine nahezu gleichmäßige galvanische Metallabscheidung erreicht werden kann, wenn der Elektrolyt mit einer bestimmten Geschwindigkeit, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 130 cm/sec., durch die Poren des als Kathode dienenden Formkörpers gepresst wird. Ist der Formkörper sehr dickwandig, so wird eine Abnahme der Schichtdicke des Metallniederschlags in der Strömungsrichtung des Elektrolyten beobachtet. Durch taktweises Umkehren der Strömungsrichtung des Elektrolyten und durch Anordnung zweier Anoden kann dieser Nachteil behoben werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die vorab beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß die Strömungsrichtung des Elektrolyts während des Beschichtungsprozesses wenigstens einmal umgekehrt wird. Durch die Umkehrung der Flußrichtung des Elektrolyts zu einem vorzugsweise genau definierbaren Zeitpunkt ist eine gezielte Beeinflussung der Schichtstärkenverteilung und der gewünschten Sollmaße möglich, das heißt, die Dicke der durch die Elektrolyse erzeugten verschleißfesten Schicht ist einstellbar. Hierdurch kann die Form der zu beschichtenden Oberfläche, also beispielsweise die Konizität einer Bohrung oder die Ebenheit einer Platte beeinflußt werden.
Die zu beschichtende Oberfläche besteht aus Aluminium oder ist eine Aluminiumlegierung. Daran bildet sich eine Oxidschicht, die auch als Eloxalschicht bezeichnet wird. Diese Form der Elektrolyse wird auch als Anodisieren beziehungsweise anodisches Oxidieren bezeichnet, bei dem das zu beschichtende Werkstück als Anode und eine beispielsweise Bleiplatte als Kathode dienen, die in einen Reaktionsraum eingebracht sind beziehungsweise an diesen angrenzen. Der Reaktionsraum wird von einem Elektrolyt, beispielsweise verdünnte Schwefelsäure, durchströmt. Die durch das Anodieieren erzeugte Eloxalschicht ist hart und gegen chemische Einflüsse sehr widerstandsfähig.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die zu beschichtende Oberfläche gekrümmt, insbesondere zylindrisch, oder plan. Durch die gezielte Umkehrung der Strömungsrichtung des Elektrolyts kann also sowohl bei gewölbten als auch ebenen Flächen deren Form und/oder deren Sollmaß beeinflußt werden. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bei der Beschichtung einer Durchgangs- oder Sackbohrung, an deren Maß- und Formgenauigkeit hohe Anforderungen gestellt werden, wie zum Beispiel einer Bohrung für einen Ventilkolben einer in einem Fahrzeug eingesetzten Fördereinrichtung. Eine Bohrung weist in vielen Fällen nach ihrer Fertigstellung anstelle einer zylindrischen eine konische Form auf, die beim Beschichten der Oberfläche durch die gezielte Umkehrung der Strömungerichtung des Elektrolyts ausgeglichen beziehungsweise behoben werden kann. Ferner kann mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens die Form von ebenen Oberflächen durch die Beeinflussung der Schichtstärkenverteilung gezielt verändert, insbesondere eingestellt werden. Dadurch sind ebene Oberflächen herstellbar, die eine hohe Maßüenauigkeit aufweisen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung dea Verfahrens umfaßt einen mit mindestens zwei Verbindungsleitungen verbundenen Reaktionsraum, von denen eine erste Verbindungsleitung als Zulauf und eine zweite Verbindungsleitung als Ablauf für einen mittels einer Fördereinrichtung transportierbaren Elektrolyt dienen. In den Reaktionsraum wird das zu beschichtende Werkstück beziehungsweise die mindestens eine Oberfläche eingebracht, zumindest in Kontakt mit dem Elektrolyt gebracht. Es ist auch möglich, daß das Werkstück einen Teil des Reaktionsraums begrenzt beziehungsweise bildet. Dies ist zum Beispiel bei einem Werkstück mit einer zu beschichtenden Bohrung möglich. In die Bohrung, deren Oberfläche beschichtet werden soll, wird eine Elektrode eingebracht. In dem Reaktionsraum befinden sich mindestens eine Anode und eine Kathode beziehungsweise das Werkstück wird mit einem der beiden Pole einer Spannungsquelle verbunden und bildet somit die Anode oder die Kathode. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß im Strömungspfad des Elektrolyts eine Ümechalteinrichtung, zum Beispiel ein Wegeventil, vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Zulauf und der Ablauf vertauschbar sind. Mit Hilfe der manuell oder automatisch schaltbaren Umschalteinrichtung ist eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Elektrolyts durch den Reaktionsraum zu einem definierten Zeitpunkt möglich, so daß eine konstante Schichtdicke oder unterschiedliche Schichtstärken auf der zu beschichtenden Oberfläche realisierbar sind. Hierdurch kann die Form der Oberfläche, zum Beispiel die einer Bohrung, Platte oder dergleichen, beeinflußt werden. Der Zulauf und der Ablauf sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart zueinander beabstandet an den Reaktionsraum angeschlossen, daß das Elektrolyt vorzugsweise an der gesamten, zumindest aber an einem großen Teil der zu beschichtenden Fläche vorbeifließt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
Figuren 2A bis 2C
jeweils einen Teil eines Werkstücks im Bereich einer Bohrung und
Figuren 3A und 33
jeweils eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Priozipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen, hier einer in ein Werkstück 3 eingebrachten zylindrischen oder im wesentlichen zylindrischen Sackbohrung 5. In die Sackbohrung 5 ist eine mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbundene, stabförmige Elektrode 7 eingesteckt, die einen ersten, durchmessergrößeren Längsabschnitt 9 und einen zweiten, durchmesserkleineren Längsabschnitt 11 aufweist. Der Durchmesser der Elektrode 7 im Bereich des ersten Längsabschnitts 9 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der Sackbohrung 5, während der Durchmesser des zweiten Längsabschnitts 11 kleiner ist als der der Sackbohrung, so daß zwischen der Sackbohrung 5 und der Elektrode 7 im Bereich des zweiten Längsabschnitts 11 ein Ringraum gebildet wird. Im Bereich des Längsabschnitts 11 ist in die Außenumfangsfläche der Elektrode 7 eine umlaufende Vertiefung eingebracht, in der eine Dichtung 13 angeordnet ist, mit deren Hilfe die Sackbohrung 5 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Die Öffnung der Sackbohrung 5 ist also durch die Elektrode 7 verschlossen, wodurch eine einen Reaktionsraum bildende, geschlossene Kammer entsteht.
In die Elektrode 7 ist eine zu deren Längsmittelachse 14 konzentrisch angeordnete Durchgangsöffnung 15 eingebracht, die an ihrem dem Grund der Sackbohrung 5 abgewandten Ende mit einer ersten Verbindungsleitung 17 verbunden ist. Im Bereich des ersten Längsabschnitts 9 sind zwei weitere in einem Abstand zur Längsmittelachse 14 angeordnete Durchgangsbohrungen 19 in die Elektrode 7 eingebracht, die mit einer zweiten Verbindungsleitung 21 verbunden sind. Die Verbindungsleitungen 17, 21 sind mit einer Umschalteinrichtung verbunden, die hier von einem 4/2-Wegeventil 23 gebildet ist. An dem Wegeventil 23 ist eine direkt zu einem Behälter 25 für ein Elektrolyt führende Rücklaufleitung 27 und eine ebenfalls mit dem Behälter 25 verbundene Förderleitung 29 angeschlossen sind. Des weiteren ist eine hier von einer Pumpe 31 gebildete Fördereinrichtung vorgesehen, die das Elektrolyt aus dem Behälter 25 ansaugt und über die Förderleitung 29, das Wegeventil 23 und eine der Verbindungsleitungen 17, 21 zur Sackbohrung 5 fördert. Der Aufbau und die Funktion eines 4/2-Wegeventils 23 ist an sich bekannt, so daß dieses nicht näher beschrieben wird.
Die konstruktive Ausgestaltung der hier rein beispielhaft von einem Wegeventil gebildeten Umschalteinrichtung ist variierbar. Wichtig ist, daß mit Hilfe der Umschalteinrichtung die Flußrichtung des Elektrolyts im Reaktionsraum umgekehrt werden kann.
Im folgenden wird davon ausgegangen, daß das Werkstück 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und daß die Vorrichtung 1 zum Hartanodisieren der Oberfläche der Sackbohrung 5 dient. Bei diesem Elektrolyseverfahren dient das Werkstück 3 als Anode und ist hierzu mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden, während die in die Sackbohrung 5 hineinragende, zum Beispiel aus Blei bestehende Elektrode 7 mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden ist, also als Kathode dient. Als Elektrolyt kann bei diesem Verfahren beispielsweise verdünnte Schwefelsäure verwendet werden.
In der in der Figur 1 dargestellten Funktionsstellung des vier Anschlüsse und zwei Schaltstellungen aufweisenden Wegeventils 23 wird das mittels der Pumpe 31 aus dem Behälter 25 angesaugte Elektrolyt über die Förderleitung 29, die erste Verbindungsleitung 17 und die in der Elektrode 7 in deren mittleren Bereich angebrachte Durchgangsöffnung 15 in den von der Sackbohrung 5 und der Elektrode 7 begrenzten, gegenüber der Umgebung abgeschlossenen Ringraum eingebracht. Das unmittelbar über dem Grund der Sackbohrung 5 aus der Durchgangsöffnung 15 austretende Elektrolyt fließt entlang der Elektrode 7 beziehungsweise der Bohrungsoberfläche in Richtung der durch den ersten Längsabschnitt 9 der Elektrode 7 verschlossenen Öffnung der Sackbohrung und wird über die beiden Durchgangsbohrungen 19, die zweite Verbindungsleitung 21 und die Rücklaufleitung 27 in den Behälter 25 zurückgeführt. Zu einem genau definierten Zeitpunkt wird das Wegeventil 23 manuell oder automatisch in seine zweite Funktionsstellung verlagert. Hierdurch wird die Flußrichtung des Elektrolyts umgekehrt, das heißt, die Verbindungsleitung 17 wird mit der Rücklaufleitung 27 und die zweite Verbindungsleitung 21 mit der Förderleitung 29 verbunden. Das von der Pumpe 31 aus dem Behälter 25 geförderte Elektrolyt tritt nun durch die Durchgangsbohrungen 19 in die Sackbohrung 5 ein, fließt entlang der Bohrungsoberfläche in Richtung des Grunds der Sackbohrung und wird über die Durchgangsöffnung 15 in der Elektrode 7, die erste Verbindungsleitung 17 sowie die Rücklaufleitung 27 in den Behälter 25 zurückgeführt.
Zur Funktion des Elektrolyseverfahrens: Fließt einige Zeit Gleichstrom durch das Bad, das heißt durch den Elektrolyt, der durch den von der Sackbohrung begrenzten Reaktionsraum beziehungsweise die gegenüber der Umgebung geschlossene Kammer strömt, so entsteht an der Anode, hier also an der Bohrungsoberfläche, Sauerstoff, der sich mit dem Aluminium zu einer festhaftenden Oxidschicht (Al2O3), der sogenannten Eloxalschicht, verbindet. Durch die gezielte Wahl des Umkehrzeitpunktes der Flußrichtung des Elektrolyts kann die Schichtstärkenverteilung, das heißt die Dicke der hartanodisierten -in Figur 1 mit gestrichelter Linie dargestellten- Oberfläche 33 definiert beeinflußt werden. Dadurch ist es möglich, eine Konizität der Sackbohrung 5, die beispielsweise nach der Fertigstellung der Sackbohrung 5 vorliegt, auszugleichen. Das heißt, durch die mindestens eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Elektrolyts während des Beschichtungsprozesses zu einem definierten Zeitpunkt wird erreicht, daß die Oxidschicht an dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Ende der Bohrung eine geringere Dicke aufweist, als am anderen, den größeren Durchmesser aufweisenden Ende. Die Konizität der Bohrung, die bei einer Länge der Bohrung von 40 mm bis 50 mm zum Beispiel 6 µm beträgt, kann dadurch ausgeglichen werden, so daß die Bohrung nach dem Beschichtungsprozeß eine zylindrische Form aufweist.
Aus allem ergibt sich für das oben beschriebene Verfahren ohne weiteres, daß es insbesondere überall dort vorteilhaft einsetzbar ist, wo eine hohe Form- und/oder Maßgenauigkeit der zu beschichtenden Oberfläche gefordert ist, beispielsweise bei Ventilkolbenbohrungen in einer hydraulischen Fördereinrichtung, zum Beispiel Lenkhilfpumpe, für ein Fahrzeug.
Die Festlegung der Zeiten für die einzelnen Durchflußrichtungen, also die Bestimmung des Umkehrzeitpunkts der Flußrichtung des Elektrolyts, kann sowohl rechnerisch als auch empirisch durch einen Vergleich des Durchmessers der Bohrung vor und nach dem Hartbeschichtungsprozeß erfolgen. Im folgenden wird anhand der Figuren 2A bis 2C, die jeweils einen Teil eines Werkstücks 3 im Bereich einer Durchgangsbohrung 35 zeigen, eine Methode zur Ermittlung des Umkehrzeitpunkts der Strömungsrichtung beziehungsweise der Zeitdauer der einzelnen Durchflußrichtungen, näher erläutert. In Figur 2A ist die Durchgangsbohrung 35 nach deren Herstellung und vor dem Hartanodisieren und in Figur 2C nach dem Hartanodisieren dargestellt. In Figur 2B ist die Durchgangsbohrung 35 mit ihrem gewünschten Solldurchmesser und kreiszylindrischen Form dargestellt. Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung .verschleißfester, beschichteter Oberflächen wird eine in den Figuren 2A bis 2C nicht dargestellte Vorrichtung eingesetzt, deren Aufbau sich von der anhand von Figur 1 beschriebenen dahingehend unterscheidet, daß die mit der zum Behälter führenden Rücklaufleitung und der mit der Pumpe verbundenen Förderleitung angeschlossenen Verbindungsleitungen, die den Zu- und Ablauf für das Elektrolyt bilden, jeweils mit einer Öffnung der Durchgangsbohrung 35 verbunden sind.
Wie aus Figur 2A ersichtlich, weist die Durchgangsbohrung 35 nach deren Herstellung eine konische Form auf, das heißt, der Durchmesser der Durchgangsbohrung im Bereich ihrer Öffnungen ist unterschiedlich. Der eine Durchmesser ist mit Ø1VOr und der andere mit Ø2vor gekennzeichnet. Nach der Vorbearbeitung der Durchgangsbohrung 35 werden die IstDurchmesser Ø1vor und Ø2vor gemessen und daraus mittels folgender Beziehung die Eloxierzeit festgelegt beziehungsweise berechnet: ΔØ = ØSoll - K(Ø1 + Ø2)/2, wobei K eine empirisch oder rechnerisch ermittelbare Konstante oder ein Parameter ist. Nach dem Beschichten der Durchgangsbohrung 35 werden die IstDurchmesser Ø1nach und Ø2nach ermittelt. Die Zeiten für die einzelnen Durchflußrichtungen werden aus der Differenz von Øvor-Ønach festgelegt beziehungsweise berechnet. Wie in Figur 2C dargestellt, ist der Durchmesserunterschied zwischen Ø1nach und Ø2nach geringer als vor dem Beschichtungsprozeß; die Konizität ist also bei diesem Ausführungsbeispiel weitgehend ausgeglichen. Die Konizität ist durch das oben beschriebene Verfahren zumindest besser ausgleichbar, als es durch das bekannte, auch als Dalic-Verfahren bezeichnete Fertigungsverfahren möglich ist.
Figuren 3A und 3B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1, bei dem das Werkstück 3 eine Platte ist, deren ebene beziehungsweise im wesentlichen ebene Oberfläche mit einer Oxidschicht zu versehen ist. Die rohrförmige, die Kathode bildende Elektrode 7 ist hierzu senkrecht oder im wesentlichen senkrecht und in einem Abstand zum Werkstück 3, das sich in einem Reaktionsraum, beispielsweise in einem Bad, befindet, der von einem Elektrolyt durchströmbar ist, gehalten. Beim Beschichtungsprozeß wird der flüssige Elektrolyt, zum Beispiel Schwefelsäure, eine definierte Zeitdauer über die Durchgangsöffnung in der Elektrode 7 auf die zu beschichtende Oberfläche des Werkstücks 3 aufgebracht (Figur 3A). Der Elektrolyt trifft im wesentlichen in der Mitte der Platte auf und flieβt von dort -wie mit Pfeilen 37 angedeutet- in Richtung des Seitenrands des Werkstücks 3 ab. Zu einem gewünschten, empirisch oder rechnerisch ermittelten Zeitpunkt wird die Flußrichtung des Elektrolyts umgekehrt, so daß dieses vom Seitenrand des plattenförmigen Werkstücks 3 in dessen Mitte fließt und über die Durchgangsöffnung in der Elektrode 7 in den Behälter zurückgeführt wird.
Durch die einstellbare Zeitdauer der einzelnen Flußrichtungen kann hier die Form der planen Oberfläche des Werkstücks 3 beeinflußt und die Schichtdicke sowohl im Randbereich als auch im mittleren Bereich des Werkstücks 3 eingestellt werden. Dadurch können Unebenheiten auf der zu beschichtenden Oberfläche ausgeglichen werden.
Aus allem wird deutlich, daß im Zusammenhang mit der hier vorliegenden Erfindung unter einem "Reaktionsraum" sowohl eine geschlossene Kammer als auch ein Bad verstanden wird.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß mit dem oben beschriebenen Verfahren die Dicke der beim Beschichtungsprozeß erzeugten Schicht sowohl bei gekrümmten als auch bei ebenen Oberflächen beeinflußbar ist. Durch die Steuerung der Schichtdickenverteilung ist ferner eine gezielte Beeinflussung der Form der beschichteten Oberfläche möglich. Die Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung von beschichteten Oberflächen, beispielsweise die Form der beim Hartanodisieren die Kathode bildenden Elektrode, der Zulauf- und Ablaufanschluß für das Elektrolyt und dergleichen, ist an die Form der zu beschichteten Oberfläche und/oder des Werkstücks angepaßt. Durch die exakte Schichtdickenverteilung kann auf eine Nachbearbeitung der beschichteten Oberfläche, um eine gewünschte Form und/oder ein exaktes Maß zu erhalten, gegebenenfalls verzichtet werden, da diese Parameter durch die präzise Steuerung der Zeitdauer der Strömungsrichtungen des Elektrolyts in vielen Fällen ausreichend genau einstellbar sind.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen, mit mindestens zwei mit einer Spannungsquelle verbundenen Elektroden, die in einen von einem Elektrolyt durchströmten Reaktionsraum, in dem eich die zu beschichtende Oberfläche befindet, eingebracht sind beziehungsweise an diesen angrenzen, wobei die Strömungsrichtung des Elektrolyts während des Beschichtungsprozesses wenigstens einmal umgekehrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendige Formgenauigkeit der zu beschichtenden Oberfläche durch Einhalten bestimmter Durchflusszeiten eingestellt wird, dass die Zeitdauer, in der der Elektrolyt in eine bestimmte Richtung fließt, in Abhängigkeit der Form der Oberfläche des Werkstücks vor dem Beschichtungsvorgang festgelegt wird, dass zumindest die zu beschichtende Oberfläche aus Aluminium besteht oder eine Aluminiumlegierung ist, und dass sich daran eine Oxidschicht (Al2O3) bildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche gekrümmt, insbesondere zylindrisch, oder plan ist.
  3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gezielte Umkehrung der Strömungsrichtung unterschiedliche Schichtdicken beziehungsweise Schichtstärken auf der zu beschichtenden Oberfläche erzeugt werden.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gezielte Umkehrung der Strömungsrichtung die Schichtstärkenverteilung auf der zu beschichtenden Oberfläche gezielt verändert werden kann.
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