WO2000015877A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung verschleissfester oberflächen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung verschleissfester oberflächen Download PDF

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WO2000015877A2
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coated
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flow
bore
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Christof Lausser
Hans-Jürgen Lauth
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Luk Fahrzeug-Hydraulik Gmbh & Co. Kg
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    • 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 producing wear-resistant, coated surfaces according to the preamble of claim 1 and to a device for producing wear-resistant, coated surfaces according to the preamble of claim 6.
  • Methods and devices of the type mentioned here serve, for example, to provide an oxide layer on a surface consisting of aluminum or an aluminum alloy, for example a bore surface.
  • the workpiece is connected to the positive pole of a voltage source, thus forming the anode.
  • a lead plate connected to the negative pole forms the cathode, which is inserted into the hole.
  • An electrolyte, here dilute sulfuric acid, is introduced into the chamber delimited by the workpiece and the cathode.
  • the chamber has an inlet and an outlet and the electrolyte flows through it in one direction.
  • the layer thickness of the aluminum oxide layer is different over the surface to be coated, that is to say that the layer thickness of the oxide layer is greater on one side of the workpiece than on the other side.
  • a method having the features of claim 1 is proposed.
  • This is characterized in that the flow direction of the electrolyte is reversed at least once during the coating process.
  • a targeted influence on the layer thickness distribution and the desired nominal dimensions is possible, that is to say that the thickness of the wear-resistant layer produced by the electrolysis can be adjusted.
  • This can influence the shape of the surface to be coated, for example the conicity of a bore or the flatness of a plate.
  • An embodiment of the method is particularly preferred in which at least the surface to be coated consists of aluminum or is an aluminum alloy and that an oxide layer forms thereon, which is also referred to as an anodized layer.
  • This form of electrolysis is also referred to as anodizing or anodizing, in which the workpiece to be coated serve as an anode and, for example, a lead plate as cathode, which are introduced into or adjoin a reaction space.
  • An electrolyte for example dilute sulfuric acid, flows through the reaction chamber.
  • the anodized layer produced by anodizing is hard and very resistant to chemical influences.
  • the surface to be coated is curved, in particular cylindrical, or flat.
  • the shape and / or its nominal size can be influenced both in the case of curved and flat surfaces.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in the coating of a through or blind bore, the dimensional and shape accuracy of which places high demands, such as, for example, a bore for a valve piston of a delivery device used in a vehicle.
  • a bore has a conical shape instead of a cylindrical one, which can be compensated for or eliminated by coating the surface by deliberately reversing the flow direction of the electrolyte.
  • a device which has the features of claim 6.
  • This comprises a reaction space connected to at least two connecting lines, of which a first connecting line serves as an inlet and a second connecting line serves as an outlet for an electrolyte which can be transported by means of a conveying device.
  • the workpiece to be coated or the at least one surface is introduced into the reaction space, or at least brought into contact with the electrolyte. It is also possible for the workpiece to delimit or form part of the reaction space.
  • a workpiece with a bore to be coated.
  • An electrode is inserted into the hole whose surface is to be coated.
  • At least one anode and one cathode are located in the reaction space or the workpiece is connected to one of the two poles of a voltage source and thus forms the anode or the cathode.
  • the device is characterized in that a switching device, for example a directional control valve, is provided in the flow path of the electrolyte, with the aid of which the inlet and outlet can be interchanged.
  • the inflow and the outflows are connected to the reaction space at a distance from one another such that the electrolyte preferably flows past the entire surface, or at least a large part of the surface to be coated.
  • Figure 1 is a schematic schematic diagram of an embodiment of the device according to the invention.
  • Figures each a part of a workpiece 2A to 2C in the region of a bore
  • Figures each a perspective view 3A and 3B of another embodiment of the device.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a first exemplary embodiment of a device 1 for producing wear-resistant, coated surfaces, here a cylindrical or substantially cylindrical blind hole 5 which is introduced into a workpiece 3.
  • a rod-shaped electrode 7 connected to a voltage source (not shown) is inserted into the blind hole 5 , which has a first, larger-diameter longitudinal section 9 and a second, smaller-diameter longitudinal section 11.
  • the diameter of the electrode 7 in the loading rich of the first longitudinal section 9 corresponds essentially to the diameter of the blind hole 5, while the diameter of the second longitudinal section 11 is smaller than that of the blind hole, so that an annular space is formed between the blind hole 5 and the electrode 7 in the region of the second longitudinal section 11.
  • a circumferential recess is made in the outer circumferential surface of the electrode 7, in which a seal 13 is arranged, by means of which the blind bore 5 is sealed from the surroundings.
  • the opening of the blind bore 5 is thus closed by the electrode 7, which creates a closed chamber which forms a reaction space.
  • a first connecting line 17 In the area of the first longitudinal section 9, two further through bores 19, which are arranged at a distance from the longitudinal central axis 14, are made in the electrode 7 and are connected to a second connecting line 21.
  • the connecting lines 17, 21 are connected to a switching device, which is formed here by a 4/2-way valve 23.
  • a return line 27 leading directly to a container 25 for an electrolyte and a delivery line 29 likewise connected to the container 25 are connected to the directional valve 23.
  • a conveying device formed here by a pump 31 which conveys the electrolyte from the container 25 sucks in and conveys to the blind bore 5 via the delivery line 29, the directional control valve 23 and one of the connecting lines 17, 21.
  • the structure and function of a 4/2-way valve 23 is known per se, so that this is not described in detail.
  • the structural design of the switching device formed here purely by way of example by a directional control valve can be varied. It is important that the flow direction of the electrolyte in the reaction space can be reversed with the help of the switching device.
  • the workpiece 3 consists of aluminum or an aluminum alloy and that the device 1 serves for hard anodizing the surface of the blind bore 5.
  • the workpiece 3 serves as an anode and for this purpose is connected to the positive pole of the voltage source, while the electrode 7 protruding into the blind hole 5, for example consisting of lead, is connected to the negative pole of the voltage source, that is to say serves as a cathode .
  • Diluted sulfuric acid for example, can be used as the electrolyte in this process.
  • the electrolyte sucked out of the container 25 by means of the pump 31 is conveyed via the delivery line 29, the first connecting line 17 and the one in the middle area in the electrode 7 attached through-opening 15 in those bounded by the blind bore 5 and the electrode 7 and closed off from the environment Annulus introduced.
  • the electrolyte emerging directly from the through hole 15 above the bottom of the blind hole 5 flows along the electrode 7 or the hole surface in the direction of the blind hole opening closed by the first longitudinal section 9 of the electrode 7 and is via the two through holes 19, the second connecting line 21 and the return line 27 is returned to the container 25.
  • the directional control valve 23 is shifted manually or automatically into its second functional position.
  • the flow direction of the electrolyte is reversed, that is to say the connecting line 17 is connected to the return line 27 and the second connecting line 21 to the delivery line 29.
  • the pumped from the tank 31 electrolyte now enters through the through holes 19 in the blind hole 5, flows along the surface of the hole towards the bottom of the blind hole and is via the through hole 15 in the electrode 7, the first connecting line 17 and the Return line 27 returned to the container 25.
  • the at least one reversal of the direction of flow 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.
  • the determination of the times for the individual flow directions can be done both mathematically and empirically by comparing the diameter of the bore before and after the hard coating process.
  • a method for determining the time of reversal of the flow direction or the duration of the individual flow directions is explained in more detail below with reference to FIGS. 2A to 2C, which each show a part of a workpiece 3 in the area of a through bore 35.
  • the through bore 35 is shown in FIG. 2A after its production and before hard anodizing and in FIG. 2C after hard anodizing.
  • FIG. 2B shows the through hole 35 with its desired nominal diameter and circular cylindrical shape.
  • a device not shown in FIGS. 2A to 2C, the structure of which differs from that described with reference to FIG. 1 in that the one with the return line leading to the container and the one with the Pump connected delivery line connected connecting lines, which form the inlet and outlet for the electrolyte, are each connected to an opening of the through hole 35.
  • the through bore 35 has a conical shape after its manufacture, that is to say the diameter of the through bore in the region of its openings is different.
  • One diameter is marked with 0 1vor and the other with 0 2vor .
  • K is an empirically or arithmetically determinable constant or a parameter.
  • the actual diameters 0 1nach and 0 2nach are determined.
  • the times for the individual flow directions are determined or calculated from the difference from 0 before -0 after .
  • the diameter difference between 0 1nach and 0 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 referred to as the dallic method.
  • FIGS. 3A and 3B each show a perspective view of part of a further exemplary embodiment of the device 1, in which the workpiece 3 is a plate, the flat or substantially flat surface of which is to be provided with an oxide layer.
  • the tubular electrode 7 forming the cathode is held vertically or essentially vertically and at a distance from the workpiece 3, which is located in a reaction space, for example in a bath, through which an electrolyte can flow.
  • the liquid electrolyte for example sulfuric acid
  • Figure 3A the liquid electrolyte
  • the electrolyte essentially strikes the center of the plate and flows from there, as indicated by arrows 37, in the direction of the side edge of the workpiece 3.
  • the flow direction of the electrolyte is reversed, so that it flows from the side edge of the plate-shaped workpiece 3 in the middle thereof and is returned to the container via the passage opening in the electrode 7.
  • the adjustable time duration of the individual flow directions can influence the shape of the flat surface of the workpiece 3 and the layer thickness can be set both in the edge area and in the central area of the workpiece 3. This can compensate for unevenness on the surface to be coated.
  • reaction space is understood to mean both a closed chamber and a bath.
  • the thickness of the layer produced in the coating process can be influenced both with curved and with flat surfaces using the method described above. By controlling the layer thickness distribution, it is also possible to influence the shape of the coated surface in a targeted manner.
  • the design of the device for producing coated surfaces for example the shape of the cathode which forms during hard anodizing Electrode, the inlet and outlet connection for the electrolyte and the like is adapted to the shape of the surface to be coated and / or the workpiece.
  • the exact layer thickness distribution means that post-processing of the coated surface in order to obtain a desired shape and / or an exact dimension can be dispensed with, since in many cases these parameters can be set with sufficient precision by precisely controlling the duration of the flow directions of the electrolyte.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen, mit mindestens zwei mit einer Spannungsquelle verbundenen Elektroden, die in einen von einem Elektrolyt durchströmten Reaktionsraum, in dem sich die zur beschichtende Oberfläche befindet, eingebracht sind, beziehungsweise an diesen angrenzen, vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Strömungsrichtung des Elektrolyts während des Beschichtungsprozesses wenigstens einmal umgekehrt wird.

Description

Verrahren und Vorrichtung zur Herstellung verschleißfester Oberflächen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.
Verfahren und Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen beispielsweise dazu, eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Oberfläche, zum Beispiel eine Bohrungs- oberflache, mit einer Oxidschicht zu versehen. Zur Durchführung des bekannten Beschichtungsprozesses 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 Alumi- niumoxidschicht 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 Fällen eingehalten werden, so daß die beschichtete Oberfläche nachgearbeitet werden muß, zum Beispiel durch Schleifen, Honen, um eine hohe Maß- und Formgenauigkeit zu erzielen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweisen.
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.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem zumindest die zu beschichtende Oberfläche aus Aluminium besteht oder eine Aluminiumlegierung ist, und daß sich daran eine Oxidschicht bildet, 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 Anodisieren 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 Strδ- mungsrichtung 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 Maßgenauigkeit aufweisen. Zur Lösung der Aufgabe wird auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die die Merkmale des Anspruchs 6 aufweist. Diese 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 Umschalteinrichtung, 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 Ausführungsbei- spiel 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 Ausfuhrungsformen 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figuren jeweils einen Teil eines Werkstücks 2A bis 2C im Bereich einer Bohrung und
Figuren jeweils eine perspektivische Ansicht 3A und 3B eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze 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 Be- reich 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 Langsabschnitts 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 Durchgangsδffnung 15 eingebracht, die an ihrem dem Grund der Sackbohrung 5 abgewandten Ende mit einer ersten Verbindungsleitung 17 verbunden ist. Im Bereich des ersten Langsabschnitts 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 Hartanodisie- ren der Oberfläche der Sackbohrung 5 dient. Bei diesem Elektrolyseverfahren dient das Werkstück 3 als Anode und ist hierzu mit dem Pluspol der Span- nungsquelle verbunden, während die in die Sackbohrung 5 hineinragende, zum Beispiel aus Blei bestehende Elektrode 7 mit dem Minuspol der Spannungs- quelle verbunden ist, also als Kathode dient. Als Elektrolyt kann bei diesem Verfahren beispielsweise verdünnte Schwefelsäure verwendet werden.
In der in der Figur 1 dargestellten Funktionsstel- lung 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 Durchgangsδffnung 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 Rücklauf- leitung 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 (A1203) , der sogenannten Eloxalschicht, verbindet. Durch die gezielte Wahl des Umkehrzeitpunktes der Flußrichtung des Elektrolyts kann die Schichtstärkenverteilung, das heißt die Dicke der hartanodi- sierten -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 Be- schichtungsprozesses 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 μ 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 01vor und der andere mit 02vor gekennzeichnet. Nach der Vorbearbeitung der Durchgangsbohrung 35 werden die Ist- Durchmesser 0,vor und 02vor gemessen und daraus mittels folgender Beziehung die Eloxierzeit festgelegt beziehungsweise berechnet : Δ0 = 0Soll - K (0, + 02) / 2 ,
wobei K eine empirisch oder rechnerisch ermittelbare Konstante oder ein Parameter ist. Nach dem Beschichten der Durchgangsbohrung 35 werden die Ist- Durchmesser 01nach und 02nach ermittelt. Die Zeiten für die einzelnen Durchflußrichtungen werden aus der Differenz von 0vor-0nach festgelegt beziehungsweise berechnet. Wie in Figur 2C dargestellt, ist der Durchmesserunterschied zwischen 01nach und 02nach 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 Da- lic-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 fließt 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 platten- förmigen 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

Ansprüche
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 sich die zu beschichtende Oberfläche befindet, eingebracht sind beziehungsweise an diesen angrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Elektrolyts während des Be- schichtungsprozesses wenigstens einmal umgekehrt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Formgenauigkeit der zu beschichtenden Oberfläche durch Einhalten bestimmter Durchflußzeiten eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zu beschichtende Oberfläche aus Aluminium besteht oder eine Aluminiumlegierung ist, und daß sich daran eine Oxidschicht (Al203) bildet.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche gekrümmt, insbesondere zylindrisch, oder plan ist.
6. Vorrichtung zur Herstellung verschleißfester, beschichteter Oberflächen, mit einem mit mindestens zwei Verbindungsleitungen verbundenen Reaktionsraum, wobei eine erste Verbindungsleitung als Zulauf und eine zweite Verbindungsleitung als Ablauf für einen mit Hilfe einer Fördereinrichtung transportierbaren Elektrolyt dient, und mit mindestens zwei mit einer Spannungsquelle verbundenen Elektroden, die in den Reaktionsraum eingebracht sind beziehungsweise an diesen angrenzen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungspfad des Elektrolyts eine Umschalteinrichtung (Wegeventil
(23)) vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Zulauf und der Ablauf vertauschbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zu beschichtende Oberfläche aus Aluminium besteht oder eine Aluminiumlegierung ist, und daß sich daran eine Oxidschicht (A1203) bildet.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (Anode) das zu beschichtende Werkstück (3) ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche gekrümmt, insbesondere zylindrisch, oder plan ist.
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