DE102024121237A1

DE102024121237A1 - Verfahren zur beschichtung von kugelförmigen körpern und kugelförmiger körper

Info

Publication number: DE102024121237A1
Application number: DE102024121237.3A
Authority: DE
Inventors: Jörg Pantförder; Murat Tas
Original assignee: Iwis Mobility Systems & Co Kg GmbH
Current assignee: Iwis Mobility Systems & Co Kg GmbH
Priority date: 2024-07-25
Filing date: 2024-07-25
Publication date: 2026-01-29
Also published as: WO2026022220A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern mit den Verfahrensschritten Platzieren von mehreren kugelförmigen Körpern auf einem Werkstückträger, Einführen des mit kugelförmigen Körpern bestückten Werkstückträger in eine Beschichtungskammer und Abscheiden einer Schicht auf den kugelförmigen Körpern, wobei die kugelförmigen Körper während des Abscheidens eine kontrollierte Relativbewegung in Bezug auf den Werkstückträger erfahren, sowie einen Werkstückträger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern mit den Verfahrensschritten Platzieren von mehreren kugelförmigen Körpern auf einem Werkstückträger, Einführen des mit kugelförmigen Körpern bestückten Werkstückträger in eine Beschichtungskammer und Abscheiden einer Schicht auf den kugelförmigen Körpern, wobei die kugelförmigen Körper während des Abscheidens eine kontrollierte Relativbewegung in Bezug auf den Werkstückträger erfahren, sowie einen kugelförmigen Körper.
Stand der Technik
Wälzlager verringern in Maschinen und Geräten den Reibungswiderstand von Lagern zur Übertragung einer Rotationsbewegung. Zwischen Innenring und Außenring eines Wälzlagers sind die Wälzkörper angeordnet. Die Wälzlager werden je nach Form ihrer Wälzkörper in unterschiedliche Bauformen unterteilt, namentlich Kugellager, Zylinderrollenlager, Nadellager, Kegelrollenlager, Tonnenlager und Toroidalrollenlager. Am weitaus häufigsten werden Kugellager eingesetzt, deren Wälzkörper kugelförmig sind. Die kugelförmigen Wälzkörper werden üblicherweise aus Chromstahl gefertigt, möglich sind aber auch Kunststoff, Glas oder Keramik.
Die Wälzkörper können oberflächen-beschichtet werden. Beispielsweise soll die Schicht dafür sorgen, dass industrielle Kugellager auch ohne Schmierstoffe, mit Mangelschmierung oder im Start-Stop-Betrieb unter ungünstigen Lastbedingungen verwendet werden können. Der Grund hierfür ist, dass herkömmliche Schmierstoffe in bestimmten Extremsituationen an ihre Grenzen stoßen, z.B. bei extremen Temperaturen oder in strengen Hygieneumgebungen. Das Fehlen oder die Verringerung des Schmierstoffs würde bislang zu vorzeitigem Lagerausfall führen. In solchen Fällen können Beschichtungen auf den Lagerkomponenten die Leistung und Lebensdauer verbessern, indem sie Reibung reduzieren, Verschleißfestigkeit erhöhen und vor Korrosion schützen.
Bei der PVD-Beschichtung handelt es sich um eine dünne metallische oder keramische Schicht, die auf einem Substrat aus Metall oder Kunststoff abgeschieden wird, um die mechanischen, tribologischen und chemischen Eigenschaften gezielt zu modifizieren. Das PVD-Verfahren basiert auf der Gasphasenabscheidung von metallischen Schichtkomponenten und findet in einer Vakuumkammer statt. Das feste Beschichtungsmaterial, auch als Target bezeichnet, wird entweder durch Hitze aufgelöst (verdampft) oder durch den Beschuss von Ionen zerstäubt (Sputtern). Das gasförmige Material wird dann durch elektrische oder magnetische Felder zu dem Werkstück gelenkt. Simultan wird ein Reaktionsgas zugeführt, das sich dann mit den Metalldämpfen verbindet und auf der Werkstückoberfläche als dünne, festhaftende Schicht kondensiert. Eine homogene Beschichtung wird durch Rotation der Bauteile um mehrere Achsen mit konstanter Geschwindigkeit erzielt.
Das Verfahren findet üblicherweise in Batchanlagen statt, wobei die Werkstücke in Chargen bearbeitet werden, und ist durch die sequenzielle Abarbeitung der Produktionsschritte wie Evakuieren, Heizen, Plasmaätzen, Beschichtung und Belüftung gekennzeichnet. Der Aufbau einer Batchanlage zeigt insbesondere bei der Bestückung- und somit Produktvielfalt, sowie durch die hohen Freiheitsgrade in der Prozessreihenfolge viele Vorteile. Ein Nachteil liegt in der begrenzten Skalierbarkeit für große Stückmengen und insbesondere kleine Bauteile in Form von Schüttgut.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern bereitzustellen, mit dem eine Vielzahl kugelförmiger Körper kostengünstig und effizient beschichtet werden können. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, einen Werkstückträger bereitzustellen, mit dem eine Vielzahl kugelförmiger Körper kostengünstig und effizient beschichtet werden können und der gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Einbringen der kugelförmigen Körper in einen Reaktionsraum mit einer Quelle für ein Beschichtungsmedium. Vor der Einführung in den Reaktionsraum erfolgt optional ein Evakuieren, Heizen des Reaktionsraums, die kugelförmigen Körper werden außerdem optional geprüft und vorbehandelt. Der Fachmann bezeichnet die Quelle für ein Beschichtungsmedium auch als Target, die Begriffe „Quelle für ein Beschichtungsmedium“ und „Target“ werden daher in dieser Schrift synonym verwendet. Die kugelförmigen Körper werden von dem Einbringen optional auf einem Werkstückträger angeordnet.
Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Beschichten der kugelförmigen Körper in dem Reaktionsraum mit Hilfe des Beschichtungsmediums. Das Beschichten kann durch unterschiedliche Beschichtungsverfahren erfolgen: Bevorzugt ist eine Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und Sputtern, optional ist auch ein Abscheiden mittels PACVD, CVD möglich. Grundsätzlich ist das Abscheiden einer Schicht auf die kugelförmigen Körper mittels sämtlicher bekannten Beschichtungsverfahren möglich.
Im dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Bewegen der kugelförmigen Körper in einer kontrollierten Bewegung in Bezug auf den Reaktionsraum während der Beschichtung, wobei mit der kontrollierten Bewegung eine Veränderung der Orientierung der kugelförmigen Körper zur Quelle des Beschichtungsmediums erfolgt.
Eine kontrollierte Bewegung im Sinne der Erfindung ist eine Bewegung eines kugelförmigen Körpers mit einer kontrollierbaren Geschwindigkeit, Rotationsgeschwindigkeit um eine oder eine Mehrzahl von Rotationsachsen in Bezug auf die Quelle des Beschichtungsmediums. Die kontrollierte Bewegung der kugelförmigen Körper ist also nicht zufällig, sondern intendiert mit einstellbaren Bewegungsparametern. Durch die kontrollierte Bewegung in Bezug auf den Reaktionsraum wird eine gute Haftung der Schicht, ein störungsfreier Prozess und ein gleichmäßiger Auftrag auf dem kugelförmigen Körper erzielt.
Im vierten Verfahrensschritt erfolgt ein Ausbringen der kugelförmigen Körper aus dem Reaktionsraum. Optional erfolgt ein Kühlen und Absaugen sowie ein Druckausgleich und eine Überprüfung der kugelförmigen Körper.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung erfolgt vor dem Einbringen der kugelförmigen Körper in den Reaktionsraum ein Platzieren von mehreren kugelförmigen Körpern auf einem Werkstückträger. Der Werkstückträger ist optional horizontal angeordnet, die kugelförmigen Körper werden bevorzugt derartig angeordnet, dass sie sich gegenseitig nicht berühren und gleichmäßig auf dem Werkstückträger angeordnet sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Beschichtung der kugelförmigen Körper in einem kontinuierlichen Prozess. Durch den kontinuierlichen Prozess wird eine nahtlose Beschichtung von rotationssymmetrischen Bauteilen in Großserienanlagen ermöglicht. Optional ist der kontinuierliche Prozess automatisiert, wodurch die Produktionsmengen gesteigert und die Kosten für die Beschichtung reduziert werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die kontrollierte Bewegung eine erste Rotation um eine erste Rotationsachse mit einer ersten Rotationsgeschwindigkeit. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine erste Rotation der kugelförmigen Körper auf einem Werkstückträger aus. Die erste Rotation weist eine erste Drehachse und eine erste Rotationsgeschwindigkeit auf.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung umfasst die kontrollierte Bewegung eine zweite Rotation um eine zweite Rotationsachse mit einer zweiten Rotationsgeschwindigkeit. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine zweite Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger aus. Die zweite Rotation weist eine zweite Drehachse und eine zweite Rotationsgeschwindigkeit auf.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erste Rotationsgeschwindigkeit von der zweiten Rotationsgeschwindigkeit verschieden. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag der Beschichtung während des Beschichtungsprozesses erreicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Rotationsachse von der zweiten Rotationsachse verschieden. Optional erfolgen erste und zweite Rotation gleichzeitig. Die gleichzeitigen Rotationen um zwei unterschiedliche Drehachsen ermöglichen einen gleichmäßigen Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Anzahl der Kugelrotationen während des Beschichtungsprozesses in der ersten Rotationsrichtung verschieden von der Anzahl Kugelrotationen in der zweiten Rotationsrichtung. Auch dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag der Beschichtung erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzahl von Kugelrotationen in der ersten und/oder in der zweiten Rotationsrichtung während der Beschichtung größergleich zehn, bevorzugt größergleich zwanzig, besonders bevorzugt größergleich vierzig und insbesondere bevorzugt größergleich sechzig. Eine größere Anzahl von Kugelrotationen während des Beschichtungsprozesses bewirkt einen gleichmäßigeren Auftrag und daher eine höhere Qualität der Beschichtung.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die kontrollierte Bewegung eine erste Translation in einer ersten Translationsrichtung mit einer ersten Translationsgeschwindigkeit. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine erste Translation mit einer ersten Translationsgeschwindigkeit der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger aus. Die kugelförmigen Körper führen also eine erste lineare Bewegung auf dem Werkstückträger aus.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die erste Translation relativ zu einem Werkstückträger, auf dem die kugelförmigen Körper während der Beschichtung angeordnet sind. Der Werkstückträger weist eine Mehrzahl von Aufnahmen für die Aufnahme einer Mehrzahl von kugelförmigen Körpern auf. Die auf dem Werkstückträger angeordneten kugelförmigen Körper führen die erste Translation relativ zu dem Werkstückträger durch, wobei die erste Translation eine Rollbewegung ist. Durch die Rollbewegung werden zusätzlich zur ersten Translation gleichzeitig erste und zweite Rotationen der kugelförmigen Körper erzielt. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers erreicht.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ändert sich die erste Translationsrichtung während der Beschichtung. Die erste Translationsrichtung der kugelförmigen Körper ändert sich derart, dass nach der Änderung die kugelförmigen Körper eine Translationsbewegung antiparallel zur ersten Translationsrichtung ausführen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ändert sich die erste Translationsrichtung mehrfach während der Beschichtung. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers erreicht, indem Ungleichmäßigkeiten der Abscheiderate aufgrund unterschiedlicher Positionen innerhalb des Reaktionsraumes ausgeglichen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die erste Translation relativ zum Werkstückträger zirkular. Insbesondere erfolgt die erste Translation schleifenförmig.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die kontrollierte Bewegung eine zweite Translation in einer zweiten Translationsrichtung mit einer zweiten Translationsgeschwindigkeit. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine zweite Translation mit einer zweiten Translationsgeschwindigkeit der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger aus. Die kugelförmigen Körper führen also eine zweite lineare Bewegung auf dem Werkstückträger aus.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die zweite Translation durch die Bewegung des Werkstückträgers. Der Werkstückträger wird innerhalb des Reaktionsraumes linear mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die darauf angeordneten kugelförmigen Körper machen daher ebenfalls diese zweite Translation mit.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Translationsrichtung von der zweiten Translationsrichtung verschieden. Optional ist die erste Translationsrichtung senkrecht zu der zweiten Translationsrichtung angeordnet. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers erreicht, indem Ungleichmäßigkeiten der Abscheiderate aufgrund unterschiedlicher Positionen innerhalb des Reaktionsraumes ausgeglichen werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erste Translationsgeschwindigkeit von der zweiten Translationsgeschwindigkeit verschieden. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers erreicht.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die erste Translation der kugelförmigen Körper durch einen ersten Mitnehmer. Der erste Mitnehmer steht mit kugelförmigen Körpern in Eingriff und führt eine gleichförmige Translation aus. Daraus resultiert eine erste Translation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt die erste Rotation durch den ersten Mitnehmer. Der erste Mitnehmer steht mit kugelförmigen Körpern in Eingriff und führt eine gleichförmige Rotation aus. Daraus resultiert die erste Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die erste Rotation um eine erste Rotationsachse senkrecht zur Längsachse einer ersten Welle. Die erste Welle ist optional drehbar um ihre Längsachse gelagert. Während des Abscheidens einer Schicht sind optional kugelförmige Körper auf der ersten Welle angeordnet. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung in Richtung der Längsachse der ersten Welle aus. Daraus resultiert eine erste Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger, deren erste Drehachse senkrecht zur Längsachse der ersten Welle ausgerichtet ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der erste Mitnehmer spiralförmig ausgebildet. Der spiralförmige erste Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff. Bei einer Rotationsbewegung induziert der erste Mitnehmer eine erste Translation sowie eine erste und zweite Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erste Mitnehmer spiralförmig um die erste Welle angeordnet. Der spiralförmige erste Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff. Bei einer Rotationsbewegung induziert der erste Mitnehmer eine erste Translation sowie eine erste und zweite Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung steht der erste Mitnehmer mit der ersten Welle in Eingriff. Die erste Welle wird optional um ihre Längsachse rotiert, der spiralförmige erste Mitnehmer führt daher ebenfalls eine Rotation um seine Längsachse aus. Der erste Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff, bei einer Rotationsbewegung induziert der erste Mitnehmer eine erste Translation sowie eine erste und zweite Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung führt die erste Welle eine Rotation um ihre Längsachse aus. Die erste Welle wird um ihre Längsachse rotiert, der spiralförmige erste Mitnehmer führt daher ebenfalls eine Rotation um seine Längsachse aus. Der erste Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff, bei einer Rotationsbewegung induziert der erste Mitnehmer eine erste Translation sowie eine erste und zweite Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfahren die kugelförmigen Körper durch die Rotation um die Längsachse der ersten Welle die zweite Rotation der kugelförmigen Körper um eine Achse parallel zur Längsachse der ersten Welle. Die zweite Drehachse der zweiten Rotation steht daher senkrecht auf der ersten Drehachse der ersten Rotation. Die gleichzeitigen Rotationen um zwei unterschiedliche Drehachsen ermöglichen einen gleichmäßigen Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die kugelförmigen Körper durch ein am Ende der ersten Welle angeordnetes Umlenkelement über die Auflage auf eine zweite Welle überführt. Die zweite Welle ist parallel zur ersten Welle angeordnet und ebenfalls drehbar gelagert. Das Umlenkelement ist an der ersten Welle optional derart angeordnet, dass es eine Rotation mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie die erste Welle ausführt. Während der Rotation des Umlenkelements gerät das Umlenkelement mit einem kugelförmigen Körper in Eingriff und befördert den kugelförmigen Körper von der ersten Welle auf die zweite Welle.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung führt die zweite Welle eine Rotation um ihre Längsachse aus. Die zweite Welle weist optional einen zweiten spiralförmigen Mitnehmer auf. Bei Rotation um ihre Längsachse führt der spiralförmige zweite Mitnehmer daher ebenfalls eine Rotation um seine Längsachse aus. Der zweite Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff, bei einer Rotationsbewegung induziert der zweite Mitnehmer optional eine zweite Translation sowie eine dritte und vierte Rotation der kugelförmigen Körper. Die gleichzeitigen Rotationen um zwei unterschiedliche Drehachsen ermöglichen einen gleichmäßigen Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Drehrichtungen der ersten und der zweiten Welle gleich. Erste und zweite Welle sind drehbar gelagert und werden derart angetrieben, dass ihre Drehachsen die Längsachsen der ersten und zweiten Welle sind. Ihre Drehrichtungen sind dabei gleichartig.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung führen die kugelförmigen Körper durch die Rotation der zweiten Welle eine dritte Rotation aus. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine dritte Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger aus. Die dritte Rotation weist eine dritte Drehachse auf.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt eine zweite Translation der kugelförmigen Körper entlang der Längsachse einer an dem Werkstückträger angeordneten zweiten Welle. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung und daraus resultierend eine zweite Translation der kugelförmigen Körper auf der zweiten Welle aus. Die kugelförmigen Körper führen also eine lineare Bewegung auf der zweiten Welle aus.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt die zweite Translation der kugelförmigen Körper durch einen zweiten Mitnehmer. Der zweite Mitnehmer steht mit kugelförmigen Körpern in Eingriff und führt eine gleichförmige Translation aus. Daraus resultiert eine zweite Translation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine dritte Rotation durch den zweiten Mitnehmer. Der zweite Mitnehmer steht mit kugelförmigen Körpern in Eingriff und führt eine gleichförmige Rotation aus. Daraus resultiert die dritte Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die dritte Rotation um eine Rotationsachse senkrecht zur Längsachse der zweiten Welle. Die zweite Welle ist optional drehbar um ihre Längsachse gelagert. Während des Abscheidens einer Schicht sind optional kugelförmige Körper auf der zweiten Welle angeordnet. Die kugelförmigen Körper führen eine Rollbewegung in Richtung der Längsachse der zweiten Welle aus. Daraus resultiert eine dritte Rotation der kugelförmigen Körper auf dem Werkstückträger, deren dritte Drehachse senkrecht zur Längsachse der zweiten Welle ausgerichtet ist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der zweite Mitnehmer spiralförmig ausgebildet. Der spiralförmige zweite Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff. Bei einer Rotationsbewegung induziert der zweite Mitnehmer eine zweite Translation sowie eine dritte und vierte Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Mitnehmer spiralförmig um die zweite Welle angeordnet. Der spiralförmige zweite Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff. Bei einer Rotationsbewegung induziert der zweite Mitnehmer eine zweite Translation sowie eine dritte und vierte Rotation der kugelförmigen Körper.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Spirale des zweiten Mitnehmers gegenläufig zur ersten Spirale ausgebildet. Die Spiralen des ersten Mitnehmers und des zweiten Mitnehmers sind gegenläufig zueinander angeordnet. Beispielsweise ist die Spirale des ersten Mitnehmers als Linksgewinde, die Spirale des zweiten Mitnehmers als Rechtsgewinde ausgebildet, oder umgekehrt. Bei einer Rotation der Spiralen mit gleicher Drehachse und Drehrichtung werden die mit den Mitnehmern in Eingriff stehenden kugelförmigen Körper in entgegengesetzte Richtung translatiert bzw. rotiert.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung steht der zweite Mitnehmer mit der zweiten Welle in Eingriff. Die zweite Welle wird optional um ihre Längsachse rotiert, der spiralförmige zweite Mitnehmer führt daher ebenfalls eine Rotation um seine Längsachse aus. Der zweite Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff, bei einer Rotationsbewegung induziert der zweite Mitnehmer eine zweite Translation sowie eine dritte und vierte Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfahren die kugelförmigen Körper durch eine Rotation um die Längsachse der zweiten Welle die vierte Rotation der kugelförmigen Körper um eine Achse parallel zur Längsachse der zweiten Welle. Die zweite Welle wird um ihre Längsachse rotiert, der spiralförmige zweite Mitnehmer führt daher ebenfalls eine Rotation um seine Längsachse aus. Der zweite Mitnehmer ist mit kugelförmigen Körpern in Eingriff, bei einer Rotationsbewegung induziert der zweite Mitnehmer eine zweite Translation sowie eine dritte und vierte Rotation der kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung liegen die kugelförmigen Körper auf der ersten Welle oder der zweiten Welle und einer Auflage auf. Dabei ist die Anordnung der kugelförmigen Körper derart, dass die kugelförmigen Körper entweder nur auf der ersten Welle und der Auflage oder auf der zweiten Welle und der Auflage angeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass die kugelförmigen Körper angeordnet auf der ersten Welle und der Auflage eine Relativbewegung ausführen, die unterschiedlich ist zu der Relativbewegung der auf der zweiten Welle und Auflage angeordneten kugelförmigen Körper.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Auflage als dritte Welle ausgebildet. Die Auflage kann wie die erste und zweite Welle drehbar gelagert ebenfalls optional antreibbar sein.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die Drehrichtungen der ersten und der dritten Welle und oder der zweiten und der dritten Welle gleich. Daher können das Antriebsmittel und die Eingriffsmittel zum Antrieb der Wellen einfach und damit kostengünstig ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der ersten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung und/oder die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der zweiten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung über die Dauer der Beschichtung kleiner 20%, bevorzugt kleiner 15%, besonders bevorzugt kleiner 10% und insbesondere kleiner 8%.
Die mittlere absolute Abweichung ist ein Streuungsparameter und zeigt die Verteilung der Werte um das arithmetische Mittel auf. Die mittlere absolute Abweichung wird berechnet, indem das Arithmetische Mittel von allen Datenwerten subtrahiert wird, die Beträge davon addiert und das Ergebnis durch die Anzahl der Datenwerte dividiert wird.
Zur Berechnung der mittleren absoluten Abweichung wird folgende Gleichung verwendet: $Mittlere absolute Abweichung [%] = ((\sum | Xi - X | / N) / X) \cdot 100$ wobei:

Σ = Summe der Terme
|Xi - X| = Absoluter Wert der Differenz zwischen jedem Datenelement und dem arithmetischem Mittelwert
X = Mittelwert des Datensatzes
N = Anzahl der Daten im Satz

Eine geringe mittlere absolute Abweichung der Verhältnisse der Rotationsgeschwindigkeiten zur Abscheiderate zeigt also eine Konstanz der Rotationsgeschwindigkeiten während des Abscheidevorgangs an. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag einer Schicht über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers erreicht.
Die Aufgabe wird außerdem mit dem erfindungsgemäßen kugelförmigen Körper mit einer Beschichtung gelöst.
Der erfindungsgemäße kugelförmige Körper weist einen Körper und ein Schichtsystem auf. Der Körper ist dabei das zu beschichtende Werkstück und weist die Beschichtung auf der Außenseite auf. Die Beschichtung ist als Schichtsystem mit einer oder einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet, die miteinander zusammenhängen.
Erfindungsgemäß weist das Schichtsystem eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke des Schichtsystems von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke auf.
Eine geringe mittlere absolute Abweichung gewährleistet eine möglichst kugelförmige Form der kugelförmigen Körper, womit eine hohe Laufruhe und Verschleißfestigkeit bei einem Einsatz der kugelförmigen Körper in einem Wälzlager erreicht wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Körper ein Metall-Körper. Der Körper ist z.B. aus einem Stahl hergestellt, z.B. 100Cr6 oder 16MnCr5. Der Werkstoff 100Cr6 ist ein mittellegierter Kaltarbeitsstahl, der in vielen Bereichen einsetzbar ist. Als klassischer Wälzlagerstahl eignet das Material sich besonders für die Fertigung von Kugel-, Nadel- und Rolllagern.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Beschichtung eine Verschleißschutzschicht, eine Gleitschicht und/oder eine Hartstoffschicht. Je nach Art der Beschichtung werden unterschiedliche Eigenschaften und/oder Kombinationen von Eigenschaften erzielt.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem mehrere Schichten auf. Das Schichtsystem setzt sich aus mehreren Lagen verschiedener Werkstoffe wie z.B. Cr, CrN, Si, W, WC-C zusammen, die mit einer an der Außenseite angeordneten Funktionsschicht kombiniert werden. Die Funktionsschicht an der Außenseite ist z.B. eine Verschleißschutzschicht, eine Gleitschicht und/oder eine Hartstoffschicht und bestimmt wesentlich die Eigenschaften des beschichteten kugelförmigen Körpers.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weisen die unterschiedlichen Schichten unterschiedliche chemische Zusammensetzungen auf. Die unterschiedlichen Schichten des Schichtsystems können z.B. eine außenliegende Funktionsschicht und eine Zwischenschicht angeordnet zwischen Körper und Funktionsschicht sein. Die Zwischenschicht dient z.B. zur Verbesserung der Haftung der Funktionsschicht. Die Zwischenschicht kann z.B. aus WC aufgebaut sein, die Funktionsschicht aus DLC.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem eine außenliegende Funktionsschicht aufweist, die aus MoS₂, WSe₂, Ag, Pb, Cu_xMo_yN_z, a-C:H, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAlN aufgebaut ist. Die außenliegende Funktionsschicht kann daher eine Verschleißschutzschicht, eine Gleitschicht, eine Hartstoffschicht und/oder eine Kombination dieser Beschichtungsarten sein.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Funktionsschicht eine Dicke kleiner 5000nm bevorzugt kleiner 3000nm, besonders bevorzugt kleiner 2000nm und insbesondere bevorzugt kleiner 1500nm auf. Je geringer die Dicke der Funktionsschicht, desto niedriger kann die Beschichtungsdauer eingestellt sein. Durch diese Wahl der Dicke der Funktionsschicht ist gewährleistet, dass die Funktionsschicht die gewünschten Eigenschaften bei genügender Haltbarkeit aufweist.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Funktionsschicht eine Dicke größer 100nm bevorzugt größer 300nm, besonders bevorzugt größer 500nm und insbesondere bevorzugt größer 750nm auf. Je geringer die Dicke der Funktionsschicht, desto niedriger kann die Beschichtungsdauer eingestellt sein. Durch diese Wahl der Dicke der Funktionsschicht ist gewährleistet, dass die Funktionsschicht die gewünschten Eigenschaften bei genügender Haltbarkeit aufweist.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Funktionsschicht eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Funktionsschicht von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke auf. Eine geringe mittlere absolute Abweichung gewährleistet eine möglichst kugelförmige Form der beschichteten kugelförmigen Körper, womit eine hohe Laufruhe und Verschleißfestigkeit bei einem Einsatz der beschichteten kugelförmigen Körper in einem Wälzlager erreicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Funktionsschicht eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Funktionsschicht von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV auf. Eine geringe mittlere absolute Abweichung der Vickershärte der Funktionsschicht gewährleistet eine gleichmäßige Härte und Verschleißfestigkeit über die gesamte Oberfläche des beschichteten kugelförmigen Körpers bei einem Einsatz der beschichteten kugelförmigen Körper in einem Wälzlager.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Funktionsschicht eine mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Funktionsschicht von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra auf. Gerade beim Einsatz der beschichteten kugelförmigen Körper in einem Wälzlager ist eine gleichmäßige, optional möglichst geringe Rauheit der Funktionsschicht über die gesamte Oberfläche der beschichteten kugelförmigen Körper gewünscht. Eine derart geringe Abweichung der Rauheit Ra der Funktionsschicht gewährleistet diese gleichmäßige Rauheit Ra über die gesamte Oberfläche der Funktionsschicht.
Die Rauheit Ra ist im Rahmen dieser Schrift die mittlere Rauheit der Metalloberfläche, einschließlich der Abweichung von der Mittellinie. Ra misst die Spitzen und Tiefen innerhalb einer bestimmten Messstrecke und bildet den arithmetischen Mittelwert. Das kann mit einem Profilometer oder einem Laserscanner erfolgen. Je größer die Unterschiede sind, desto rauer ist die Oberfläche und wenn der Ra klein ist, ist die Oberfläche glatt. Es gibt zahlreiche Parameter zur Messung der Rauheit eines Profils, von denen der Wert Ra der gebräuchlichste ist.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem eine Zwischenschicht zwischen der Funktionsschicht und dem kugelförmigen Körper auf, die aus MoS2, WSe2, Ag, Pb, CuxMoyNz, a-C:H, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAlN aufgebaut ist. Die Zwischenschicht kann z.B. eine Stützschicht und/oder eine Haftvermittlungsschicht sein und ist zwischen Körper und Funktionsschicht angeordnet. Durch die Stützschicht soll die Ermüdungsfestigkeit erhöht werden, d.h. Risse und Brüche der noch zu bildenden Funktionsschicht verhindert werden. Die Haftvermittlungsschicht dient der Haftverbesserung der Funktionsschicht mit dem Körper.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine Dicke kleiner 1000nm bevorzugt kleiner 500nm, besonders bevorzugt kleiner 250nm und insbesondere bevorzugt kleiner 150nm auf. Die Dicke der Zwischenschicht wird bevorzugt möglichst gering gewählt, um geringe Beschichtungszeiten zu erreichen. Andererseits muss die Dicke der Zwischenschicht groß genug sein, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine Dicke größer 10nm bevorzugt größer 30nm, besonders bevorzugt größer 50nm und insbesondere bevorzugt größer 75nm auf. Die Dicke der Zwischenschicht wird bevorzugt möglichst gering gewählt, um geringe Beschichtungszeiten zu erreichen. Andererseits muss die Dicke der Zwischenschicht groß genug sein, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Eine Dicke der Zwischenschicht zwischen 75nm und 150nm gewährleistet dies.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Zwischenschicht eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Zwischenschicht von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke auf. Eine geringe mittlere absolute Abweichung gewährleistet eine möglichst kugelförmige Form der beschichteten kugelförmigen Körper, womit eine hohe Laufruhe und Verschleißfestigkeit bei einem Einsatz der beschichteten kugelförmigen Körper in einem Wälzlager erreicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Zwischenschicht von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV auf. Eine geringe mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Zwischenschicht gewährleistet eine gleichmäßige Ermüdungsfestigkeit und Haftung der darüber angeordneten Funktionsschicht auf der Zwischenschicht.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung weist die Zwischenschicht eine mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Zwischenschicht von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra auf. Eine geringe mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Zwischenschicht gewährleistet ebenfalls eine gleichmäßige Ermüdungsfestigkeit und Haftung der darüber angeordneten Funktionsschicht auf der Zwischenschicht.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Werkstückträgers sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1: Inline-PVD-Anlage zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern
2: Rahmen des erfindungsgemäßen Werkstückträgers
3: Detailansicht eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers
4: Detailansicht eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers, kugelförmige Körper in Bahnen angeordnet
5: Schnittansicht entlang der Wellen, Umlenken der kugelförmigen Körper
6 a: Werkstückträger für Klasse 3
6 b: Werkstückträger für Klasse 4
6 c: Werkstückträger für Klasse 5
6 d: Werkstückträger für Klasse 6
6 e: Werkstückträger für Klasse 7
7: Werkstückträger
8: Umlenkelement
9: Gewindespindel als erste und zweite Welle
10: Gewindespindel als erste und zweite Welle angeordnet im Werkstückträger
11: Welle mit Nuten als erste und zweite Welle
12: Kugelförmiger Körper mit Schichtsystem
13 a: Schichtsystem
13 b: Schichtsystem mit einer Zwischenschicht
13 c: Schichtsystem mit zwei Zwischenschichten

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100. Beim Durchlaufen der Inline-PVD-Anlage 200 sind die kugelförmigen Körper 100 auf dem Werkstückträger 1 angeordnet. Die Inline-PVD-Anlage 200 ermöglicht eine nahtlose PVD-Beschichtung der kugelförmigen Körper 100.
Zum Beladen 201 werden Körbe mit gereinigten kugelförmigen Körpern 100 in einen Fördereimer entleert und über ein Füllsystem auf den Werkstückträger 1 positioniert. Nach dem Beladen 201 erfolgt die Überprüfung 202 des Werkstückträgers 1, indem die Codierung des Werkstückträgers 1 gescannt und die Art der kugelförmigen Körpern 100 überprüft wird. Die kugelförmigen Körper 100 werden einer weiteren Prüfung unterzogen 203, indem eine Laserkamera mit Bilddatenverarbeitungssystem überprüft, ob der Werkstückträger 1 vollständig beladen ist und die kugelförmigen Körper 100 korrekt positioniert sind. Der Werkstückträger 1 fährt in den Load Lock In-Bereich 204, hinter die erste Schleuse, und der Druck wird ausgeglichen. Es folgt der Plasma-Ätzprozess 205. Beim Transfer/Heizen 206 erfolgt der Übergang zwischen dem Plasmaätzen 205 und dem Abscheiden 207 einer Schicht, inklusive des Heizprozesses.
Das Abscheiden 207 einer Schicht mit sechs Targets 207.1, 207.2, 207.3, 207.4, 207.5, 207.6 wird in der Beschichtungskammer 80 durchgeführt. Nach Abscheiden 207 einer Schicht erfolgt das Kühlen 208 der kugelförmigen Körper 100. Der Werkstückträger 1 fährt im Load Lock Out-Bereich 209 aus der Beschichtungskammer 80 in eine Schleuse, und der Druck wird auf Umgebungsdruck gebracht.
Beim Kühlen/Absaugen 210 werden die kugelförmigen Körper 100 auf Raumtemperatur abgekühlt und abgesaugt. Erneut erfolgt eine Überprüfung 211 der kugelförmigen Körper 100. Eine Laserkamera mit Bilddatenverarbeitungssystem überprüft, ob der Werkstückträger 1 vollständig beladen ist und die kugelförmigen Körper 100 richtig positioniert sind. Schließlich erfolgt das Entladen 212 des Werkstückträgers 1: Der Code des Werkstückträgers 1 wird überprüft, repräsentative Proben von kugelförmigen Körpern 100 werden entnommen, Messungen werden durchgeführt, geprüfte kugelförmige Körper 100 werden geleert, die Werkstückträger 1 werden überprüft und ggf. gereinigt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1 für kugelförmige Körper 100. Die Aufnahmen 41 sind in dem Rahmen 40 angeordnet. Die Wellen 10, 20, 30 liegen auf beiden Seiten in Bronzeführungen 41 aus CuSn6, welchen einen festen Sitz und gleichbleibenden Abstand der Wellen 10, 20, 30 gewährleisten. Damit die Zahnräder 42 während des Abscheidens 207 einer Schicht nicht beschichtet werden, befindet sich über diesen drei Schutzhüllen aus X6CrNiTi18. Eine Beschichtung der Zahnräder 42 kann zu unerwünschten Änderungen ihrer Abmessungen und ihrer Toleranzen führen und ihre Funktionalität beeinträchtigen.
3 und 4 zeigen Detailansichten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1. Der Werkstückträger 1 weist eine Vielzahl von parallel angeordneten Wellen 10, 20, 30 auf, die in Aufnahmen 41 drehbar gelagert sind. Die Wellen 10, 20, 30 weisen je nach Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 Rollen 70 auf. Die Rollen 70 werden auf die Wellen 10, 20, 30 gesteckt, welche für größere Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 notwendig sind.
Die Wellen 10, 20, 30 sind dabei derart angeordnet, dass (von links nach rechts) eine erste Welle 10 gefolgt von einer dritten Welle 30 gefolgt von einer zweiten Welle 20 angeordnet sind. Die Wellen 10, 20, 30 sind also derart parallel nebeneinander angeordnet, dass niemals eine erste Welle 10 auf eine erste Welle 10 folgt und eine zweite Welle 20 auf eine zweite Welle 20 folgt sowie eine dritte Welle 30 auf eine dritte Welle 30 folgt. Zwischen einer ersten Welle 10 und einer zweiten Welle 20 ist immer eine dritte Welle 30 angeordnet.
Jede Welle 10, 20, 30 weist an einem Ende ein Zahnrad 42 auf, über die jede einzelne Welle 10, 20, 30 antreibbar ist. Alle Zahnräder 42 sind gleichartig zueinander ausgeführt und stehen mit dem zentral angeordneten Eingriffsmittel in Eingriff. Beim Abscheiden 207 einer Schicht (s. 1) wird das zentral angeordnete Eingriffsmittel in gleichmäßige Rotation angetrieben und versetzt über die Zahnräder 42 jede einzelne Welle 10, 20, 30 in ebenfalls gleichmäßige Rotation. Die Rotationsbewegung der Wellen 10, 20, 30 ist derart, dass alle Wellen 10, 20, 30 mit gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit um die gleiche Drehachse und gleicher Drehrichtung rotieren. Um den geringen Abstand der Wellen zu ermöglichen, haben die nebeneinanderliegenden Wellen 10, 20, 30 bei den Zahnrädern 42 immer einen gewissen Versatz, welcher sich über den gesamten Werkstückträger 1 wiederholt.
Eine erste Welle 10 weist den ersten Mitnehmer 11 auf, der spiralförmig um die erste Welle 10 ausgebildet ist und mit der ersten Welle 10 in Eingriff steht. Eine erste Welle 10 weist ein Umlenkelement 50 auf, das als Schaufel ausgeführt ist und an einem Ende der ersten Welle 10 angeordnet ist. Das Umlenkelement 50 steht mit der ersten Welle 10 in Eingriff und ist mit der ersten Welle 10 fest verbunden. Eine zweite Welle 20 weist den ebenfalls spiralförmig um die zweite Welle 20 ausgeführten zweiten Mitnehmer 21 auf, der mit der zweiten Welle 20 in Eingriff steht. Ein Umlenkelement 50 ist an einem Ende der zweiten Welle 20 angeordnet, wobei das Umlenkelement 50 an der zweiten Welle 20 an dem gegenüberliegenden Ende angeordnet ist, an dem das Umlenkelement 50 an der ersten Welle 10 angeordnet ist. Auch das Umlenkelement 50 angeordnet an der zweiten Welle 20 ist mit der zweiten Welle 20 fest verbunden und steht mit der zweiten Welle 20 in Eingriff. Die dritte Welle 30 weist weder Mitnehmer noch Umlenkelement auf und ist als Auflage ausgeführt. Die Spiralen des ersten Mitnehmers 11 und des zweiten Mitnehmers 21 sind dabei gegenläufig zueinander ausgebildet. In diesem und den folgenden Ausführungsbeispielen (4 bis 8) sind die ersten Mitnehmer 11 und die zweiten Mitnehmer 21 als Spiralfedern ausgeführt, die mit einer korrespondierenden Welle 10, 20 fest verbunden sind.
Zur Beschichtung der kugelförmigen Körper 100 werden wie in 1 dargelegt die kugelförmigen Körper 100 auf dem Werkstückträger 1 angeordnet 201, und zwar derart, dass die kugelförmigen Körper 100 in Bahnen zwischen jeweils einer ersten Welle 10 und einer dritten Welle 30 sowie zwischen einer zweiten Welle 20 und einer dritten Welle 30 angeordnet sind. Der so mit den kugelförmigen Körpern 100 bestückte Werkstückträger 1 wird dann in die Beschichtungskammer 80 eingeschleust und eine Schicht abgeschieden 207, wobei die kugelförmigen Körper 100 während des Abscheidens 207 einer Schicht eine Relativbewegung in Bezug auf den Werkstückträger 1 erfahren.
In der Beschichtungskammer 80 wird das Eingriffsmittel mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Über Zahnräder 42 versetzt das Eingriffsmittel jede Welle 10, 20, 30 ebenfalls in gleichmäßige Rotation, alle Wellen 10, 20, 30 rotieren mit gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit um die gleiche Drehachse und in gleicher Drehrichtung.
Die kugelförmigen Körper 100, die zwischen einer ersten Welle 10 und einer dritten Welle 30 angeordnet sind, werden durch den ersten Mitnehmer 11 in eine erste Translationsbewegung entlang der Längsachse der ersten Welle 10 angetrieben, wobei die kugelförmigen Körper 100 auf der ersten Welle 10 und der dritten Welle 30 entlang der Längsachsen der Wellen 10, 30 rollen. Die kugelförmigen Körper 100 werden durch das am Ende der ersten Welle 10 angeordnete Umlenkelement 50 über die dritte Welle 30 auf eine zweite Welle 20 überführt (s. 5). Die Rollbewegung resultiert in einer ersten Rotation der kugelförmigen Körper 100, wobei die Drehachse der ersten Rotation in einem rechten Winkel zu den Längsachsen der Wellen 10, 20, 30 steht. Gleichzeitig erfahren die kugelförmigen Körper 100 eine zweite Rotation parallel zur Längsachse der ersten Welle 10, wobei die zweite Rotation um eine Drehachse abweichend zur Drehachse der ersten Rotation erfolgt.
In gleicher Weise werden die kugelförmigen Körper 100, die zwischen einer zweiten Welle 20 und einer dritten Welle 30 angeordnet sind, durch den zweiten Mitnehmer 21 in eine zweite Translationsbewegung entlang der Längsachse der zweiten Welle 20 angetrieben. Die zweite Translationsbewegung erfolgt in entgegengesetzter Richtung antiparallel zur ersten Translationsbewegung aufgrund der zueinander gegenläufigen Anordnung der Mitnehmer 11, 21. Die kugelförmigen Körper 100 werden durch das am Ende der zweiten Welle 20 angeordnete Umlenkelement 50 über die dritte Welle 30 auf eine erste Welle 10 überführt (s. 5). Die kugelförmigen Körper 100 angeordnet auf der zweiten Welle 20 und der dritten Welle 30 rollen entlang der Längsachsen der Wellen 20, 30. Die Rollbewegung resultiert in einer dritten Rotation der kugelförmigen Körper 100, wobei die Drehachse der dritten Rotation in einem rechten Winkel zu den Längsachsen der Wellen 10, 20, 30 steht. Gleichzeitig erfahren die kugelförmigen Körper 100 eine vierte Rotation parallel zur Längsachse der zweiten Welle 20, wobei die vierte Rotation um eine Drehachse abweichend zur Drehachse der dritten Rotation erfolgt.
5 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1 entlang der Wellen 10, 30.1, 30.2 zur Illustrierung des Umlenkvorganges während des Abscheidens 207 einer Schicht. Kugelförmige Körper 100 sind zwischen einer ersten 10 und dritten Welle 30.1 einerseits und zwischen einer ersten 10 und dritten Welle 30.2 angeordnet und führen erste und zweite Translationsbewegungen sowie erste, zweite, dritte und vierte Rotationsbewegungen aus. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine erste Welle 10 zwischen einer dritten Welle 30.1 und einer weiteren dritten Welle 30.2 angeordnet. Die Wellen 10, 30.1, 30.2 werden in gleicher Rotationsrichtung angetrieben, die Rotationsrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn. Neben der dritten Welle 30.10 ist auf ihrer linken Seite eine zweite Welle 20 (nicht dargestellt), neben der dritten Welle 30.22 ist auf ihrer rechten Seite eine weitere zweite Welle 20 (nicht dargestellt) angeordnet (s. 3).
Prototypisch ist ein kugelförmiger Körper 100 dargestellt, der eine erste Translationsbewegung zwischen der ersten Welle 10 und der dritten Welle 30.1 in die Bildebene hinein durchführt. Ein weiterer kugelförmiger Körper 100 führt eine erste Translationsbewegung zwischen der ersten 10 und der dritten Welle 30.2 ebenfalls in die Bildebene hinein durch.
An einem Ende der ersten Welle 10 ist an der ersten Welle 10 das Umlenkelement 50 angeordnet, das mit der ersten Welle 10 in Eingriff steht und daher ebenfalls die Rotation im Uhrzeigersinn durchführt. Bei Erreichen des Umlenkelements 50 an einem Ende der ersten Welle 10 greift zu einem ersten Zeitpunkt das Umlenkelement 50 unter den kugelförmigen Körper 100 und überführt den kugelförmigen Körper 100 von seiner Position zwischen der ersten Welle 10 und der dritten Welle 30.1 nach links auf eine Position zwischen der dritten Welle 30.1 und der benachbarten zweiten Welle 20 (nicht dargestellt).
Im weiteren Verlauf der Drehung des Umlenkelements 50 im Uhrzeigersinn berührt das Umlenkelement 50 den kugelförmigen Körper 100 angeordnet zwischen der ersten 10 und der dritten Welle 30.2. an dessen Seite und überführt den kugelförmigen Körper 100 nach rechts auf eine Position zwischen der dritten Welle 30.2 und der benachbarten zweiten Welle 20 (nicht dargestellt).
Dieser Umlenkvorgang wird während des Abscheidens 207 einer Schicht kontinuierlich durchgeführt, die kugelförmigen Körper 100 bewegen sich während des Abscheidens 207 einer Schicht kontinuierlich in Bahnen schleifenförmig zwischen ersten Wellen 10 und dritten Wellen 30 bzw. zwischen zweiten Wellen 20 und dritten Wellen 30. Die kugelförmigen Körper 100 führen dabei erste und zweite Translationsbewegungen sowie erste, zweite, dritte und vierte Rotationsbewegungen aus. Dadurch wird ein gleichmäßiges Abscheiden 207 einer Schicht auf die kugelförmigen Körper 100 gewährleistet.
6 zeigt Ausführungsbeispiele von Werkstückträgern 1 zum Abscheiden 207 einer Schicht für unterschiedliche Durchmesser der kugelförmigen Körper 100. Da die Fertigung eines Werkstückträgers 1 für jeden einzelnen Durchmesser mit hohen Kosten verbunden wäre, erfolgt eine Unterteilung der Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 in Klassen. Dabei werden die Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 mit gleichen Parametern wie Wellendurchmesser, Wellenabstand und Windungsabstand der Spiralen der Mitnehmer 11, 21 berücksichtigt. Ziel ist es, einen maximalen Füllgrad des Werkstückträgers 1 sowie passende Umdrehungszahlen der Wellen 10, 20, 30 und der kugelförmigen Körper 100 zu erreichen. Um eine gleichmäßige Beschichtung der kugelförmigen Körper 100 zu gewährleisten, muss die Anzahl der Umdrehungen in Rotationsrichtung ähnlich zu der in Translationsrichtung sein.
Es ergeben sich sieben Klassen mit jeweils drei bis acht Durchmessern der kugelförmigen Körper 100 pro Klasse. Bei den ersten beiden Klassen kann keine passende Höhe des Umlenkelements 50 festgelegt werden, da bei den kleineren Durchmessern der kugelförmigen Körper 100 der Abstand der Wellen 10, 20, 30 bei diesen so gering ist, dass nicht genug Platz vorhanden ist. Bei den weiteren Klassen ergeben sich bei den Rollen 70 drei verschiedene Durchmesser, die benötigt werden. In Klasse 3 beträgt der Durchmesser der Wellen 10, 20, 30 4 mm. Von Klasse 4 bis 7 werden jedoch größere Rollen benötigt, zum einen, um ausreichend Umdrehungen zu gewährleisten, zum anderen, um einen passenden Abstand zwischen den Wellen 10, 20, 30 herzustellen. Der Abstand zwischen den Wellen 10, 20, 30 wird so gewählt, dass der größte Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 je Klasse zwischen den Windungen hineinpasst. Für die Festlegung des Abstands der Wellen 10, 20, 30 gilt es zu beachten, dass zum einen die kugelförmigen Körper 100 nicht zwischen den Wellen 10, 20, 30 hindurchfallen und andererseits die kugelförmigen Körper 100 nicht mit denen auf der anliegenden Bahn kollidieren.
Mit diesen Parametern lassen sich die Umdrehungen sowohl in Rotations- als auch Translationsrichtung berechnen. Die Anzahl der Umdrehungen der kugelförmigen Körper 100 ergibt sich aus mehreren Zusammenhängen:
Umdrehungen der Welle pro Minute: $R p m (W) = \frac{60 * v}{D_{W} * π}$
Umdrehungen einer Kugel pro Minute in Rotationsrichtung: $R p m (K r) = \frac{R p m (W) * D_{R} * π}{D_{K} * π}$
Umdrehungen einer Kugel pro Minute in Translationsrichtung: $R p m (K t) = \frac{W * R p m (W)}{D_{K} * π}$
Umdrehungen der Welle pro Strecke: $R p s (W) = \frac{s}{D_{W} * π}$
Umdrehungen einer Kugel pro Strecke in Rotationsrichtung: $R p s (K r) = \frac{R p s (W) * D_{R} * π}{D_{K} * π}$
Umdrehungen einer Kugel pro Strecke in Translationsrichtung: $R p s (K t) = \frac{W * R p s (W)}{D_{K} * π}$
Dabei ist v die konstante Geschwindigkeit, mit welcher der Werkstückträger 1 durch die Inline-PVD-Anlage 200 fährt. D_W bezeichnet den Durchmesser der vorhandenen Wellen 10, 20, 30. Der Durchmesser der Rolle D_R, ist der Querschnitt einer Rolle 70, die auf die Wellen 10, 20, 30 gesteckt werden. Außerdem werden für die Berechnungen die unterschiedlichen Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 D_K und der Windungsabstand W benötigt. Die Strecke s ist eine vorgegebene Distanz, die der Werkstückträger 1 in der Inline-PVD-Anlage 200 zurücklegt, beispielsweise die Breite eines Targets.

Dabei sind der Abstand zwischen den Wellen 10, 20, 30, der Durchmesser der Rollen 70, die auf die Wellen 10, 20, 30 gesteckt werden können, sowie die Höhe des Umlenkelements variabel. Der Durchmesser der Wellen 10, 20, 30 ist dagegen fix.

Klasse	Dk[mm]	Dr[mm]	W[mm]	Abstand Wellen[mm]	Schaufel Höhe[mm]	Rps(Kr)[1/mm]	Rps(Kt)[1/mm]
	2	4	10	1,3		27,852	22.164
	3	4	10	1,3		18,568	14.776
1	3.175	4	10	1,3		17,545	13.962
	3.969	4	10	1,3		14,035	11.169
	4	4	10	1.3		13.926	11.082
	4.762	7	20	6,6		20,471	18,617
	5	7	20	6,6		19,496	17,731
2	5.556	7	20	6,6		17,545	15,957
	6	7	20	6,6		16,247	14,776
	6.35	7	20	6,6		15,352	13.962
	7	4	10	6,6	8	7,958	6,333
	7,144	4	10	6,6	8	7,797	6,205
	7,938	4	10	6,6	8	7,017	5,584
3	8	4	10	6,6	8	6,963	5,541
	8,731	4	10	6,6	8	6,380	5,077
	9	4	10	6,6	8	6,189	4,925
	9,525	4	10	6,6	8	5,848	4,654
	10	4	10	66	8	5.570	4.433
	10,319	6	15	11,9	12	8,097	6,444
	11	6	15	11,9	12	7,596	6,045
	11,112	6	15	11,9	12	7,519	5,984
4	11,906	6	15	11,9	12	7,018	5,585
	12,7	6	15	11,9	12	6,579	5,236
	14	6	15	11,9	12	5,968	4,749
	14,288	6	15	11,9	12	5,848	4,654
	15	6	15	11,9	12	5,570	4,433
	15,875	6	20	17,2	16	5,263	5,585
	16	6	20	17,2	16	5,222	5,541
	17	6	20	17,2	16	4,915	5,215
	17.462	6	20	17.2	16	4,785	5,077
5	18	6	20	17,2	16	4,642	4,925
	19	6	20	17,2	16	4,398	4,666
	19,05	6	20	17.2	16	4,386	4,654
	20	6	20	17.2	16	4.178	4.433
	22	9	26	22,5	20	5,697	5,239
	22,225	9	26	22,5	20	5,639	5.186
6	23,813	9	26	22.5	20	5,263	4,840
	25	9	26	22.5	20	5,013	4.610
	25,4	9	26	22.5	20	4,934	4.538
	30	9	32	27,8	25	4.178	4,728
7	30,163	9	32	27,8	25	4,155	4.703
	31.75	9	32	27.8	25	3.948	4.468

Die Ergebnisse zeigen, dass sich mit den gewählten Parametern ähnliche Umdrehungszahlen in die erste Translation und zweite Translation ergeben und somit eine gleichmäßige Beschichtung der kugelförmigen Körper 100 gewährleistet wird.
Die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der ersten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung und/oder die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der zweiten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung über die Dauer der Beschichtung 207 ist kleiner 20%, bevorzugt kleiner 15%, besonders bevorzugt kleiner 10% und insbesondere kleiner 8%, in diesem Ausführungsbeispiel 5%. Eine geringe mittlere absolute Abweichung der Verhältnisse der Rotationsgeschwindigkeiten zur Abscheiderate zeigt also eine Konstanz der Rotationsgeschwindigkeiten während des Abscheidevorgangs an. Dadurch wird ein gleichmäßiger Auftrag eines Schichtsystems 120 über die gesamte Fläche des kugelförmigen Körpers 100 erreicht.

Für zukünftige Kostenrechnungen sind für die unterschiedlichen Kugelklassen die maximale Anzahl an kugelförmigen Körpern 100 pro Werkstückträger berechnet. Die CAD-Modelle mit den entsprechenden Bauteilen für die Kugelklassen 3 bis 7 sind in der dargestellt. Dabei zeigen die Figuren die Anordnung und Abstände der Wellen 10, 20, 30 der Klasse 3 (6 a), Klasse 4 (6 b), Klasse 5 (6 c), Klasse 6 (6 d) sowie Klasse 7 (6 e). Mit Hilfe der Tabelle kann abgeschätzt werden, wie viele Bahnen und wie viele kugelförmige Körper 100 pro Bahn Platz finden.

Klasse	Anzahl Bahnen	Kugeln p. Bahn	Kugeln p. Carrier
	68	26	1768
	68	26	1768
	68	26	1768
3	68	26	1768
	68	26	1768
	68	26	1768
	68	26	1768
	68	26	1768
	42	17	714
	42	17	714
	42	17	714
4	42	17	714
	42	17	714
	42	17	714
	42	17	714
	42	17	714
	24	12	288
	24	12	288
	24	12	288
5	24	12	288
	24	12	288
	24	12	288
	24	12	288
	24	12	288
	20	8	160
	20	8	160
6	20	8	160
	20	8	160
	20	8	160
	16	7	112
7	16	7	112
	16	7	112

7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkstückträgers 1, der erste 10 und zweite Wellen 20 aufweist. Die dritte Welle 30 ist als starre Trennwand angeordnet zwischen ersten 10 und zweiten Wellen 20 ausgeführt. Die als starre Trennwand ausgeführte dritte Welle 30 ist nicht drehbar gelagert und ebenfalls nicht antreibbar. Die als starre Trennwand ausgeführte dritte Welle 30 weist an ihren beiden gegenüberliegenden Enden jeweils eine Ausnehmung auf, die größer ist als die Durchmesser der kugelförmigen Körper 100, für die der Werkstückträger 1 ausgelegt ist. Die Ausnehmungen ermöglichen im Betrieb des Werkstückträgers 1 den Übergang der auf der zwischen erster Welle 10 und als starre Trennwand ausgeführte dritte Welle 30 angeordneten kugelförmigen Körpern 100 auf eine Anordnung der kugelförmigen Körper 100 zwischen zweite Welle 20 und als starre Trennwand ausgeführte dritte Welle 30, und umgekehrt (s. 5). Diese Ausführung der dritten Welle 30 als starre Trennwand benötigt daher nicht zwingend ein Umlenkelement 50.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Umlenkelementes 50. Das Umlenkelement 50 ist im Gegensatz zu den bisher dargestellten Umlenkelementen 50 (s. 5) nicht planar ausgebildet, sondern weist einen elliptischen Querschnitt auf. Das Umlenkelement 50 weist die Basis 51 auf, die einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Die Aufnahme 52 ist ebenfalls kreisförmig und weist einen Durchmesser einer Welle 10, 20 auf. Das Umlenkelement 50 wird so auf eine Welle 10, 20 gesteckt, dass die Aufnahme die Welle 10, 20 aufnimmt. Der Umwerfer 53 zur Ausführung des Umlenkvorgangs (s. 5) weist einen elliptischen Querschnitt auf und ist azentrisch auf einer Welle 10, 20 angeordnet.
9 und 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten 10 und zweiten Welle 20, die ein Gewinde aufweist. In den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen (2 bis 7) weisen erste 10 und zweite Welle 20 jeweils eine Spirale 11, 21 auf, die als Mitnehmer 11, 21 fungiert und über die Welle 10, 20 bzw. Rolle 70 gesteckt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Welle 10, 20 als Gewindespindel ausgebildet, wobei das umlaufende Gewinde als Mitnehmer 11, 21 fungiert. Die Anzahl und Abstände der Windungen werden je nach Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 (s. 6) entsprechend gefertigt. Eine derartige Gewindespindel kann als erste Welle 10 im Rahmen 40 angeordnet werden, indem eine Mehrzahl von gleich ausgeführten Gewindespindeln parallel im Rahmen 40 angeordnet wird (10). Dabei entfällt eine Anordnung von zweiten 20 und dritten Wellen 30 im Rahmen 40. Bei gleicher Drehrichtung aller Wellen 10 werden daher erste und zweite Translationen der darauf angeordneten kugelförmigen Körper 100 um einen Mittelpunkt erzielt, die kugelförmigen Körper 100 „wobbeln“ bei gleichzeitiger Ausführung von erster und zweiter bzw. dritter und vierter Rotation.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten 10 und zweiten Welle 20, die schräg angeordnete Nuten 90 aufweist. Die Erhebungen fungieren dabei als Mitnehmer 11, 21. Die Anzahl und Abstände der Nuten 90 werden ebenfalls je nach Durchmesser der kugelförmigen Körper 100 (s. 6) entsprechend gefertigt. Auch diese Welle 10 wird als erste Welle 10 im Rahmen 40 angeordnet. indem eine Mehrzahl von gleich ausgeführten Wellen 10 parallel im Rahmen 40 angeordnet wird. Dabei entfällt eine Anordnung von zweiten 20 und dritten Wellen 30. Bei gleicher Drehrichtung aller Wellen 10 werden wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel erste und zweite Translationen der darauf angeordneten kugelförmigen Körper 100 um einen Mittelpunkt erzielt, die kugelförmigen Körper 100 „wobbeln“ bei gleichzeitiger Ausführung von erster und zweiter bzw. dritter und vierter Rotation.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen kugelförmigen Körpers 100. Der kugelförmige Körper 100 weist den innen liegenden Körper 110 und ein außenliegendes Schichtsystem 120 auf. Der Körper 110 ist aus dem metallischen Werkstoff 100Cr6 gefertigt. Der Werkstoff 100Cr6 ist ein mittellegierter Kaltarbeitsstahl, der in vielen Bereichen einsetzbar ist. Als klassischer Wälzlagerstahl eignet sich der Werkstoff für die Fertigung von Kugel-, Nadel- und Rolllagern. Möglich sind aber auch andere bevorzugt metallische Werkstoffe, insbesondere legierte Stähle, z.B. 16MnCr5.
weiteren Ausführungen weist das Schichtsystem 120 eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke des Schichtsystems 120 von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke auf.
Die Bestimmung der Dicke des Schichtsystems 120 erfolgt röntgenographisch und optional mittels des Kalottenschleifverfahrens. Zur röntgenographischen Bestimmung wird in einer Röntgenröhre primäre Röntgenstrahlung erzeugt, welche durch einen Primärfilter optimiert und mittels eines Shutters gesteuert wird. Diese Strahlung erreicht eine Messstelle, die mithilfe einer Videokamera überwacht wird. An dieser Stelle regt die Strahlung die Atome in der Probe an, die daraufhin charakteristische Fluoreszenzstrahlung aussenden. Die ausgesendete Strahlung wird von einem Detektor erfasst und in ein Spektrum umgewandelt, das die Elemente in der Probe identifiziert. Eine Software verarbeitet diese Informationen und berechnet daraus die Schichtdicke und/oder die Analyseergebnisse der untersuchten Probe. Die Intensität der elementspezifischen Fluoreszenzstrahlung korreliert mit der Masse und damit mit unter der Berücksichtigung der Dichte mit der Schichtdicke des Materials. Dieser Prozess ermöglicht eine präzise und effektive Charakterisierung von Materialien mittels Röntgenspektroskopie.
Für das Kalottenschleifverfahren wird eine gehärtete Stahlkugel mit genau definiertem Durchmesser zwischen der Antriebswelle und der Probe platziert und durch die motorisch angetriebene Welle in Rotation versetzt. Diese Kugel fungiert als Träger für ein Abrasivmitel wie Diamantsuspension oder Diamantpaste. Dadurch wird eine Vertiefung in die Probe geschliffen, die als Kalotte bezeichnet wird. Die Schleifdauer variiert je nach Schichttyp hisichtlich Dicke und Verschleißfestigkeit und reicht von wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten
Wenn das Schichtsystem der eingespannten Probe durchgeschliffen wird (mit einer Schlifftiefe größer als die Schichtdicke), sind unter dem Mikroskop konzentrische Ringe (bei einer ebenen Probe) oder Ellipsen (bei einer zylindrischen Probe). Das Kalottenschleifverfahren ermöglicht die Analyse sowohl von Einzellagen als auch von Mehrlagenschichten. Aufgrund des deutlich größeren Durchmessers der gehärteten Stahlkugel im Vergleich zu den Schichtdicken erfolgt das An-schleifen des Schichtsystems unter einem sehr flachen Winkel. Dadurch wird die Schicht gewissermaßen verbreitert, wobei der Durchmesser der einzelnen Ringe typischerweise etwa um den Faktor 200 größer ist als die tatsächliche Schichtdicke. Durch die Verwendung des Durchmessers des äußeren Kreises an der Oberfläche der Schicht und des Durchmessers des inneren Kreises, der durch die Grenzflächen zwischen den Schichtlagen bzw. Schicht und Körper 110 definiert ist, kann die Dicke der Funktionsschicht oder die Gesamtschichtdicke berechnet werden.
Das Schichtsystem 120 weist mindestens die Funktionsschicht 130 auf, die an der Außenseite des kugelförmigen Körper 100 angeordnet ist und die Oberfläche des kugelförmigen Körper 100 bildet. Die Funktionsschicht 130 ist erfindungsgemäß eine Verschleißschutzschicht, eine Gleitschicht und/oder eine Hartstoff-schicht. In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. 11) ist die Funktionsschicht 130 eine DLC (Diamond Like Carbon)-Schicht. Die Funktions-schicht 130 kann weiterhin aus MoS₂, WSe₂, Ag, Pb, Cu_x. Mo_yN_z, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAlN aufgebaut sein.
Diamant verfügt im Vergleich zu allen anderen Feststoffen über außergewöhnliche Eigenschaften, darunter die höchste Atomdichte, die größte Härte, das höchste Elastizitätsmodul, die höchste Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur etc. Dennoch ist Diamant als Beschichtungsmaterial nicht geeignet, da es nur bei hohen Temperaturen und auf bestimmten Substraten abgeschieden werden kann. Harter amorpher Kohlenstoff, allgemein bekannt als DLC (Diamond Like Carbon) hingegen hat gegenüber Diamanten den großen Vorteil, dass es bei Raumtemperatur kostengünstige und großflächige Vakuumabscheidungsverfahren ermöglicht. Außerdem vereinen Filme aus diamantähnlichem Kohlenstoff weitere her-vorragende Eigenschaften wie hohe Härte, niedrige Reibungskoeffizienten, chemische Inertheit und Verschleißfestigkeit. DLC-Beschichtungen werden in zwei Hauptgruppen unterteilt: Hydrierter amorpher Kohlenstoff (aC:H, ta-C:H) und wasserstofffreier amorpher Kohlenstoff (aC, ta-C). In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. 11) ist die Funktionsschicht 130 eine aC:H-Beschichtung. Durch die Zugabe anderer Elemente wie Metalle (a-C:H:Me) oder nichtmetallischer Elemente wie Silizium, Sauerstoff, Fluor oder andere (a-C:H:X) ist es möglich, die Eigenschaften der Beschichtung für spezifische Anwendungen zu modifizieren.
Die Kohlenstoffschichten, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und bei Dotierung aus einem Metall/Nichtmetall (Me/X) bestehen, können verschiedene Bindungszustände aufweisen. Diese Zustände entstehen aufgrund unterschiedlicher Hybridisierungszustände der Elektronenorbitale. Ein Kohlenstoffatom hat insgesamt sechs Elektronen. Durch Anregung und Umverteilung der Elektronen kann der Kohlenstoff in verschiedenen Hybridisierungszuständen auftreten. Bei Diamant beispielsweise hybridisieren die Orbitale zu vier energetisch gleichwertigen sp3-Orbitalen, die sich tetraederförmig im Raum anordnen. Dies führt zu starken kovalenten Bindungen und den bekannten Eigenschaften wie hohe Härte, hoher Schmelzpunkt und Transparenz. Im Gegensatz dazu hybridisieren beim Graphit nur zwei der drei Orbitale zu drei sp2-Orbitalen. Dies führt zu einer Schichtstruktur, die durch starke kovalente Bindungen innerhalb der Schichten und schwache van-der-Waals-Kräfte zwischen den Schichten gekennzeichnet ist. Graphit ist da-her weniger hart und zeigt gute Schmiereigenschaften. Die Kombination dieser Kristallstrukturen ermöglicht die Herstellung von amorphen Kohlenstoffschichten. Diese bestehen aus hochvernetzten dreidimensionalen Netzwerken mit lokalen Strukturen von Diamant und Graphit. Amorphe Kohlenstoffschichten weisen keine Fernordnung auf und sind in der Regel porös. Kohlenstoffschichten können eine Mischung aus sp2- und sp3-gebundenen Kohlenstoffatomen sein, wobei der sp3-Anteil die Härte beeinflusst. Eine erhöhte Wasserstoffzufuhr reduziert die Vernetzung und damit die Härte.
Die Funktionsschicht 130 weist eine Dicke kleiner 5000nm bevorzugt kleiner 3000nm, besonders bevorzugt kleiner 2000nm und insbesondere bevorzugt kleiner 1500nm auf. Die Funktionsschicht 130 weist weiterhin eine Dicke größer 100nm bevorzugt größer 300nm, besonders bevorzugt größer 500nm und insbesondere bevorzugt größer 750nm auf. In diesem und dem folgenden Ausführungsbeispiel (s. 13) weist die Funktionsschicht 130 eine Dicke von 1000nm auf. Die Dicke der Funktionsschicht 130 ist wie beschrieben ebenfalls mittels Röntgenfluoreszenz bestimmt. Dazu werden auf der Funktionsschicht eines kugelförmigen Körpers 14 unterschiedliche Messpunkte ausgewählt, die zueinander gleich beabstandet angeordnet sind. Die Position der Messpunkte wird mit der Kamera überwacht. Die mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Funktionsschicht 130 beträgt dabei weniger als 20% der Schichtdicke, bevorzugt weniger als 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt weniger als 10% der Schichtdicke und insbesondere weniger als 8% der Schichtdicke.
Die Vickershärte HV der Funktionsschicht (aC:H-Beschichtung) 130 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 1028 HV. Die Funktionsschicht 130 weist eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Funktionsschicht 130 von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV auf. Die Härte der Funktionsschicht 130 wird durch instrumentierte Eindringprüfung nach DIN14577 bestimmt. Dazu werden auf der Funktionsschicht eines kugelförmigen Körpers 14 unterschiedliche Messpunkte ausgewählt, die zueinander gleich beabstandet angeordnet sind. Die Position der Messpunkte wird mit einer Kamera überwacht. Während der Ermittlung der Vickershärte HV wird die Eindringhärte bereits während der Belastungsphase über die Eindringtiefe des Prüfkörpers berechnet. Als Prüfkörper wird eine Vickerspyramide mit einem Spitzenwinkel von 136° verwendet.
Die Funktionsschicht 130 weist weiterhin eine Rauheit Ra auf, die eine mittlere absolute Abweichung von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra aufweist. Gerade beim Einsatz der beschichteten kugelförmigen Körper 100 in einem Wälzlager ist eine gleichmäßige, optional möglichst geringe Rauheit Ra der Funktionsschicht 130 über die gesamte Oberfläche der beschichteten kugelförmigen Körper 100 gewünscht. Eine derart geringe mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Funktionsschicht 130 gewährleistet diese gleichmäßige Rauheit Ra über die gesamte Oberfläche der Funktionsschicht 130.
Zur messtechnischen Erfassung und Beschreibung der Rauheit Ra wird das Tastschnittverfahren verwendet. Beim Tastschnittverfahren wird die Tastspitze mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche eines Werkstücks verfahren. Beim taktilen Messverfahren tastet der Sensor des Rauheitsmessgeräts die Oberfläche der Funktionsschicht 130 an 14 unterschiedlichen Messarealen, die die zueinander gleich beabstandet angeordnet sind, Punkt für Punkt ab. Mit Werten im Nano- und Micrometerbereich sind die Genauigkeiten der taktilen Messsysteme bei Rauheitsmessungen sehr hoch. Sie sind meist leicht zu bedienen und liefern zuverlässige Messwerte. Für weiche, nachgiebige Oberflächen sind sie allerdings eher nicht geeignet, da eine Beschädigung der Oberfläche bei taktilen Rauheitsmessgeräten nicht ausgeschlossen werden kann. Für diese werden deshalb vermehrt optische, dreidimensionale Messverfahren eingesetzt, die Oberflächen berührungslos und dadurch zerstörungsfrei messen.
13 zeigt Ausführungsbeispiele der Ausführung des Schichtsystems 120. In der einfachsten Form weist das Schichtsystem 120 eine Funktionsschicht 130 auf, die direkt auf dem Körper 110 des kugelförmigen Körpers 100 aufgetragen ist (13 a).
Zwischen Funktionsschicht 130 und Körper 110 kann eine Zwischenschicht 140 angeordnet sein (13 b). Die Zwischenschicht 140 ist aus MoS₂, WSe₂, Ag, Pb, Cu_xMo_yN_z, a-C:H, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAlN aufgebaut ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zwischenschicht 140 aus WC aufgebaut. Die WC-Zwischenschicht 140 ist Haftvermittlungsschicht und Stützschicht zugleich, verbessert also die Haftung der aC:H-Funktionsschicht 130 und verringert die Gefahr von Rissen und Brüchen der Funktionsschicht 130.
Für den Beschichtungsvorgang 207 werden zwei verschiedene Arten von Targets 207.1, 207.2, 207.3, 207.4, 207.5, 207.6 verwendet. Die Targets 207.1, 207.2 weisen jeweils ein WC-Target mit einer Zusammensetzung von 50% Wolfram und 50% Kohlenstoff auf, die Targets 207.3, 207.4, 207.5, 207.6 sind jeweils Graphit-Targets mit einer Reinheit von 99,9%.
Die Zwischenschicht 140 kann auch zwei unterschiedliche Zwischenschichten 140.1, 140.2 aufweisen (13 c). Die Zwischenschicht 140.1 ist ebenfalls eine WC-Zwischenschicht, die Zwischenschicht 140.2 ist eine CrAIN-Zwischenschicht. Die WC-Zwischenschicht 140.1 ist Haftvermittlungsschicht, die CrAIN-Zwischenschicht 140.2 ist Stützschicht und verringert die Gefahr von Rissen und Brüchen der Funktionsschicht 130.
Die Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 weisen jeweils eine Dicke von 100nm auf. Die Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 weisen in einer Weiterbildung eine Dicke kleiner 1000nm bevorzugt kleiner 500nm, besonders bevorzugt kleiner 250nm und insbesondere bevorzugt kleiner 150nm auf. Die Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 weisen in einer Weiterbildung eine Dicke größer 10nm bevorzugt größer 30nm, besonders bevorzugt größer 50nm und insbesondere bevorzugt größer 75nm auf. Die Bestimmung der Dicke der Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 wird wie bereits für die Bestimmung der Funktionsschicht 130 beschrieben durchgeführt. Die mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 ist kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke.
Die Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 weisen jeweils eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Zwischenschicht von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV auf. Die Bestimmung der Vickershärte HV der Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 wird wie bereits für die Bestimmung der Funktionsschicht 130 beschrieben durchgeführt.
Die Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 weisen jeweils eine mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Zwischenschicht von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra auf. Die Bestimmung der Rauheit Ra der Zwischenschichten 140, 140.1, 140.2 wird wie bereits für die Bestimmung der Funktionsschicht 130 beschrieben durchgeführt.
Eine geringe mittlere absolute Abweichung dieser genannten Parameter gewährleistet eine möglichst kugelförmige Form der beschichteten kugelförmigen Körper 100 und eine gleichmäßige Ermüdungsfestigkeit und Haftung der darüber angeordneten Funktionsschicht 130.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Funktionsschichten 130 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Vickershärte HV ist am höchsten (HV 2191) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 2 (CuMoN-Beschichtung) mit einer mittleren absoluten Abweichung (Uniformität) von 8,5%. Die geringste ermittelte Vickershärte HV weisen die kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 3 (a-C-Beschichtung) mit HV 796 auf, die mittlere absolute Abweichung (Uniformität) beträgt 6,6%. Die Vickershärten HV der weiteren Versuchsreihen liegen zwischen den genannten Vickershärten HV, die geringste mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV beträgt 5,0% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV beträgt 8,5% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 2 (CuMoN-Beschichtung).

Funktionsschicht - Härte (Messverfahren)
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Werkstückträgervariante		Wellegedreht	Wellegedreht	Wellegedreht	Welle mitSpirale	Wellegedreht	Welle mitSpirale
Funktionsschicht		CrN	CuMoN	a-C	CrN	a-C:H	CrN
Zwischenschicht		--	CrAlN	WC	-	WC	-
Durchmesser Kugel	mm	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Güte Kugel		Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Temperatur	°C	350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	°C180	180 °C
Druck	mbar	3,0E-03	4,0E-03	3,8E-03	1,9E-03	6,0E-03	1,8E-03
Vorschub/Zeit	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R1	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2	mm/s	± 0,6	± 0,6	± 0,6	0,6	± 0,6	0,6
Translationsgeschwindigkeit		--	-	-	0,6	-	0,6
Messung: 1	HV 0,005	1773	2137	811	1712	2046	2014
Messung: 2	HV 0,005	1782	2356	847	1873	1997	2009
Messung: 3	HV 0,005	1763	2132	786	1756	2089	2081
Messung: 4	HV 0,005	1662	2075	839	1820	1905	1967
Messung: 5	HV 0,005	1668	2203	751	1835	1889	1928
Messung: 6	HV 0,005	1709	2197	801	1767	1808	2093
Messung: 7	HV 0,005	1785	2264	849	1684	2075	1955
Messung: 8	HV 0,005	1804	2302	785	1839	1828	2054
Messung: 9	HV 0,005	1785	2308	800	1805	2082	1932
Messung: 10	HV 0,005	1655	2314	762	1825	1834	1873
Messung: 11	HV 0,005	1684	2106	766	1935	1950	2001
Messung: 12	HV 0,005	1774	2202	800	1788	1927	1986
Messung: 13	HV 0,005	1785	2005	773	1755	1929	1850
Messung: 14	HV 0,005	1769	2075	777	1865	2043	1906
Mittelwert (Avg) =		1743	2191	796 1804		1957 1975
Standardabweichung (STABW.S) =		54	107	31 67		99 73
Uniformität = Max(ABS[ xi - Avg]) / Avg * 100% =		5,0%	8,5%	6,6% 7,2%		7,6% 6,3%

Die Vickershärte HV der Funktionsschichten 130 wurde durch instrumentierte Eindringprüfung nach DIN14577 bestimmt, welche mit dem Picodentor HM500 von Helmut Fischer GmbH durchgeführt wurde. Dabei wird die Eindringhärte HIT bereits während der Belastungsphase über die Eindringtiefe des Prüfkörpers berechnet. Als Prüfkörper wurde eine Vickerspyramide mit einem Spitzenwinkel von 136° verwendet. Dieses Gerät ist speziell für ultradünne Hartstoffbeschichtungen mit Schichtdicken von 1 µm bis 4 µm ausgelegt. Dabei können Eindringtiefen von bis zu 150 nm bei einer maximalen Last von 500 mN erreicht werden.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Funktionsschichten 130 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Schichtdicke ist am höchsten (4,34 µm) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung) mit einer mittleren absoluten Abweichung (Uniformität) von 3,1%. Die geringste ermittelte Schichtdicke weisen die kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5(a-C:H-Beschichtung) mit 0,94 µm auf, die mittlere absolute Abweichung (Uniformität) beträgt 13,6%. Die Schichtdicken der weiteren Versuchsreihen liegen zwischen den genannten Schichtdicken. Die geringste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicken beträgt 3,1% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke beträgt 13,6% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5 (a-C:H--Beschichtung).

Funktionsschicht - Schichtdicke XRF
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Werkstückträgervariante		Wellegedreht	Wellegedreht	Wellegedreht	Welle mitSpirale	Wellegedreht	Welle mitSpirale
Funktionsschicht		CrN	CuMoN	a-C	CrN	a-C:H	CrN
Durchmesser Kugel	mm	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Güte Kugel		Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Temperatur	°C	350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	180 °C	180 °C
Druck	mbar	3,0E-03	4,0E-03	3,8E-03	1,9E-03	6,0E-03	1,8E-03
Vorschub/Zeit	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R1	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2	mm/s	± 0,6	± 0,6	± 0,6	0,6	± 0,6	0,6
Translationsgeschwindigkeit		--	-	-	0,6	-	0,6
Messung: 1	µm	4,27	1,22	0,96	2,18	0,99	1,39
Messung: 2	µm	4,21	1,14	0,91	1,90	0,97	1,56
Messung: 3	µm	4,41	1,22	0,99	2,04	0,82	1,43
Messung: 4	µm	4,43	1,11	0,97	2,10	0,93	1,53
Messung: 5	µm	4,27	1,12	1,03	2,05	1,03	1,54
Messung: 6	µm	4,37	1,18	0,93	2,06	0,87	1,49
Messung: 7	µm	4,42	1,12	0,96	2,17	0,96	1,40
Messung: 8	µm	4,38	1,10	0,90	1,89	1,07	1,70
Messung: 9	µm	4,35	1,13	1,01	2,04	0,90	1,33
Messung: 10	µm	4,41	1,20	0,89	2,01	1,06	1,56
Messung: 11	µm	4,39	1,09	0,96	1,87	0,86	1,53
Messung: 12	µm	4,32	1,11	0,92	1,92	0,82	1,21
Messung: 13	µm	4,24	1,17	1,00	2,05	0,97	1,44
Messung: 14	µm	4,28	1,08	0,94	2,10	0,94	1,52
Mittelwert (Avg) =		4,34	1,14	0,95 2,03		0,94 1,47
Standardabweichung (STABW.S) =		0,08	0,05	0,04 0,10		0,08 0,12
Uniformität = Max(ABS[xi - Avg]) / Avg * 100%		3,1%	6,7%	7,5% 7,6%		13,6% 17,8%

Die Schichtdicke der Funktionsschichten 130 wurde mit dem Messgerät Fischerscope XRAL XDLM röntgenographisch bestimmt. Die ausgesendete Strahlung wird von einem Detektor erfasst und in ein Spektrum umgewandelt, das die Elemente in der Probe identifiziert. Die Software WinFTM verarbeitet diese Informationen und berechnet daraus die Schichtdicke und/oder die Analyseergebnisse der untersuchten Probe. Die Intensität der elementspezifischen Fluoreszenzstrahlung korreliert mit der Masse und damit mit unter der Berücksichtigung der Dichte mit der Schichtdicke des Materials.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Schichtsysteme 120 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Schichtdicke ist am höchsten (4,34 µm) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung) mit einer mittleren absoluten Abweichung (Uniformität) von 3,1%. Die geringste ermittelte Schichtdicke weisen die kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5 (a-C:H-Beschichtung) mit 1,12 µm auf, die mittlere absolute Abweichung (Uniformität) beträgt 10,9%. Die Schichtdicken der weiteren Versuchsreihen liegen zwischen den genannten Schichtdicken. Die geringste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicken beträgt 3,1% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke beträgt 10,9% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5 (a-C:H--Beschichtung).

Schichtsystem - Schichtdicke XRF
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Werkstückträgervariante		Wellegedreht	Wellegedreht	Wellegedreht	Welle mitSpirale	Wellegedreht	Welle mitSpirale
Funktionsschicht		CrN	CuMoN	a-C:1	CrN	a-C:H	CrN
Zwischenschicht		--	CrAlN	WC	-	WC	-
Durchmesser Kugel	mm	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Güte Kugel		Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Temperatur	°C	350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	180 °C	180 °C
Druck	mbar	0,003	0,004	0,0038	0,0019	0,006	0,0018
Vorschub/Zeit	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R1	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2	mm/s	± 0,6	± 0,6	± 0,6	0,6	±0,6	0,6
Translationsgeschwindigkeit	0	-	-	-	0,6	-	0,6
Messung: 1	µm	4,27	1,71	1,31	2,18	1,18	1,39
Messung: 2	µm	4,21	1,64	1,26	1,90	1,16	1,56
Messung: 3	µm	4,41	1,69	1,35	2,04	1,00	1,43
Messung: 4	µm	4,43	1,62	1,33	2,10	1,10	1,53
Messung: 5	µm	4,27	1,65	1,40	2,05	1,20	1,54
Messung: 6	µm	4,37	1,70	1,29	2,05	1,05	1,49
Messung: 7	µm	4,42	1,60	1,28	2,17	1,15	1,40
Messung: 8	µm	4,38	1,57	1,24	1,89	1,24	1,70
Messung: 9	µm	4,35	1,65	1,35	2,04	1,06	1,33
Messung: 10	µm	4,41	1,68	1,23	2,01	1,23	1,56
Messung: 11	µm	4,39	1,57	1,30	1,87	1,04	1,53
Messung: 12	µm	4,32	1,59	1,26	1,92	1,00	1,21
Messung: 13	µm	4,24	1,65	1,33	2,05	1,14	1,44
Messung: 14	µm	4,28	1,57	1,27	2,10	1,11	1,52
Mittelwert (Avg) =		4,34	1,63	1,30	2,03	1,12	1,47
Standardabweichung (STABW.S) =		0,08	0,05	0,05	0,10	0,08	0,12
Uniformität = Max(ABS[ xi - Avg]) / Avg * 100%		3,1%	4,7%	7,6%	7,6%	10,9%	17,8%

Die Schichtdicke der Schichtsysteme 120 wurde mit dem Messgerät Fischerscope XRAL XDLM röntgenographisch bestimmt. Die ausgesendete Strahlung wird von einem Detektor erfasst und in ein Spektrum umgewandelt, das die Elemente in der Probe identifiziert. Die Software WinFTM verarbeitet diese Informationen und berechnet daraus die Schichtdicke und/oder die Analyseergebnisse der untersuchten Probe. Die Intensität der elementspezifischen Fluoreszenzstrahlung korreliert mit der Masse und damit mit unter der Berücksichtigung der Dichte mit der Schichtdicke des Materials.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Zwischenschichten 140 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Schichtdicke ist am höchsten (0,49 µm) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 2 (CrAIN-Beschichtung) mit einer mittleren absoluten Abweichung (Uniformität) von 7,4%. Die geringste ermittelte Schichtdicke weisen die kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5 (a-C:H-Beschichtung) mit 0,18 µm auf, die mittlere absolute Abweichung (Uniformität) beträgt 10,0%. Die Schichtdicken der weiteren Versuchsreihe Kugel 3 liegt zwischen den genannten Schichtdicken. Die geringste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicken beträgt 7,4% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 2 (CrAIN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke beträgt 10,0% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 5 (a-C:H--Beschichtung).

Zwischenschicht - Schichtdicke XRF
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Werkstückträgervariante		Wellegedreht	Wellegedreht	Wellegedreht	Welle mitSpirale	Wellegedreht	Welle mitSpirale
Zwischenschicht		--	CrAlN	WC	-	WC	-
Durchmesser Kugel		9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Güte Kugel		Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Temperatur	mm	350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	180 °C	180 °C
Druck	°C	0,003	0,004	0,0038	0,0019	0,006	0,0018
Vorschub/Zeit	mbar	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R1	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0, 8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2	mm/s	±0,6	±0,6	± 0, 6	0,6	± 0,6	0,6
Translationsgeschwindigkeit	mm/s	-	-	-	0,6	-	0,6
Messung: 1	µm		0,49	0,36		0,19
Messung: 2	µm		0,50	0,35		0,19
Messung: 3	µm		0,48	0,36		0,18
Messung: 4	µm		0,51	0,36		0,18
Messung: 5	µm		0,53	0,37		0,18
Messung: 6	µm		0,52	0,36		0,18
Messung: 7	µm		0,47	0,32		0,20
Messung: 8	µm		0,47	0,34		0,17
Messung: 9	µm		0,52	0,35		0,17
Messung: 10	µm		0,48	0,34		0,17
Messung: 11	µm		0,48	0,34		0,17
Messung: 12	µm		0,48	0,34		0,18
Messung: 13	µm		0,48	0,33		0,17
Messung: 14	µm		0,49	0,33		0,18
Mittelwert (Avg) =			0,49	0,35		0, 18
Standardabweichung (STABW.S) =			0,02	0,01		0,01
Uniformität = Max(ABS[xi - Avg]) / Avg * 100% =			7,4%	7,9%		10,0%

Die Schichtdicke der Zwischenschichten 140 wurde mit dem Messgerät Fischerscope XRAL XDLM röntgenographisch bestimmt. Die ausgesendete Strahlung wird von einem Detektor erfasst und in ein Spektrum umgewandelt, das die Elemente in der Probe identifiziert. Die Software WinFTM verarbeitet diese Informationen und berechnet daraus die Schichtdicke und/oder die Analyseergebnisse der untersuchten Probe. Die Intensität der elementspezifischen Fluoreszenzstrahlung korreliert mit der Masse und damit mit unter der Berücksichtigung der Dichte mit der Schichtdicke des Materials.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Funktionsschichten 130 mit den Zwischenschichten 140 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C bis 200°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Rauheit Ra ist am höchsten (0,03) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung) mit einer mittleren absoluten Abweichung (Uniformität) von 13,2%. Die kugelförmigen Körpern 100 der anderen Versuchsreihen weisen Rauheiten Ra von 0,02 auf. Die geringste mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra beträgt 13,2% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 1 (CrN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra beträgt 17,8% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 4 (CrN--Beschichtung).

Funktionsschicht - Rauheit Ra (Messverfahren)
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Werkstückträgervariante		Wellegedreht	Wellegedreht	Wellegedreht	Welle mitSpirale	Wellegedreht	Welle mitSpirale
Funktionsschicht		CrN	CuMoN	a-C	CrN	a-C:H	CrN
Zwischenschicht		--	CrAlN	WC	-	WC	-
Durchmesser		9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Güte Kugel	°C	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Temperatur	mbar	350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	180 °C	180 °C
Druck	mm/s	3,0E-03	4,0E-03	3,8E-03	1,9E-03	6,0E-03	1,8E-03
Vorschub/Zeit	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R1	mm/s	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2	mm/s	± 0,6	± 0,6	± 0,6	0,6	± 0,6	0,6
Translationsgeschwindigkeit		--	-	-	0,6	-	0,6
Messung: 1	µm	0,026	0,021	0,019	0,023	0,021	0,025
Messung: 2	µm	0,030	0,019	0,024	0,024	0,020	0,021
Messung: 3	µm	0,024	0,021	0,019	0,018	0,022	0,021
Messung: 4	µm	0,025	0,023	0,025	0,025	0,024	0,024
Messung: 5	µm	0,024	0,020	0,020	0,019	0,021	0,019
Messung: 6	µm	0,029	0,020	0,020	0,022	0,022	0,022
Messung: 7	µm	0,024	0,024	0,020	0,021	0,022	0,019
Messung: 8	µm	0,027	0,025	0,022	0,024	0,020	0,019
Messung: 9	µm	0,028	0,023	0,024	0,023	0,025	0,020
Messung: 10	µm	0,026	0,025	0,018	0,022	0,025	0,023
Messung: 11	µm	0,029	0,021	0,018	0,025	0,020	0,019
Messung: 12	µm	0,028	0,023	0,023	0,020	0,018	0,023
Messung: 13	µm	0,029	0,022	0,023	0,023	0,019	0,023
Messung: 14	µm	0,023	0,020	0,021	0,022	0,018	0,024
Mittelwert (Avg) =		0,03	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
Standardabweichung (STABW.S)	=	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
Uniformität = Max(ABS[xi - Avg	]) / Avg * 100	13,2%	14,0%	16,4%	17,8%	17,1%	15,4% -

Zur messtechnischen Erfassung und Beschreibung der Rauheit Ra der Funktionsschichten 130 wird das Tastschnittverfahren verwendet. Beim Tastschnittverfahren wird die Tastspitze mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche eines Werkstücks verfahren. Beim taktilen Messverfahren tastet der Sensor des Rauheitsmessgeräts die Oberfläche der Funktionsschicht 130 an 14 unterschiedlichen Messarealen, die die zueinander gleich beabstandet angeordnet sind, Punkt für Punkt ab. Mit Werten im Nano- und Micrometerbereich sind die Genauigkeiten der taktilen Messsysteme bei Rauheitsmessungen sehr hoch. Sie sind meist leicht zu bedienen und liefern zuverlässige Messwerte. Für weiche, nachgiebige Oberflächen sind sie allerdings eher nicht geeignet, da eine Beschädigung der Oberfläche bei taktilen Rauheitsmessgeräten nicht ausgeschlossen werden kann. Für diese werden deshalb vermehrt optische, dreidimensionale Messverfahren eingesetzt, die Oberflächen berührungslos und dadurch zerstörungsfrei messen.
Es wurden 6 unterschiedliche kugelförmige Körper 100 (Kugel 1 bis Kugel 6) mit jeweils unterschiedlichen Funktionsschichten 130 vermessen, wobei 14 Messpunkte auf jedem kugelförmigen Körper 100 vermessen wurden.
Die Zwischenschichten 140 wurden in der in 1 beschriebenen Inline-PVD-Anlage 200 zur Beschichtung von kugelförmigen Körpern 100 beschichtet. Die Temperatur in der Beschichtungskammer betrug bei der Versuchsreihe Kugel 1 350°C, bei allen anderen Versuchsreihen 180°C bis 200°C. Der Druck in der Beschichtungskammer variierte von 1,8E-3 mbar bis 6,0E-3 mbar. Die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 2 weisen eine Zwischenschicht 140 von CrAlN auf, die kugelförmigen Körper 100 der Versuchsreihe Kugel 3 und Kugel 4 weisen eine Zwischenschicht 140 von WC auf.
Die Rotationsgeschwindigkeiten betrug bei allen kugelförmigen Körpern 100 in der ersten Rotationsrichtung 0,8 m/s, in der zweiten Rotationsrichtung 0,6 m/s während der Beschichtung 207. Die Translationsgeschwindigkeit der beschichteten Kugeln 100, die auf einem mit spiralförmigen Mitnehmern 11, 21 Werkstückträger 1 beschichtet wurden, betrug ebenfalls 0,6 m/s während der Beschichtung 207.

Die ermittelte Rauheit Ra ist am höchsten (0,20) bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihen Kugel 1 (CrN-Beschichtung), Kugel 5 (a-C:H-Beschichtung) und Kugel 6 (CrN-Beschichtung). Die kugelförmigen Körpern 100 der anderen Versuchsreihen weisen Rauheiten Ra von 0,19 auf. Die geringste mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra beträgt 8,5% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 6 (CrN-Beschichtung), die höchste mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra beträgt 17,3% bei den kugelförmigen Körpern 100 der Versuchsreihe Kugel 3 (a-C-Beschichtung).

Zwischenschicht - Rauheit Ra (Messverfahren)
Nr. (W1, W2, W3)		Kugel 1	Kugel 2	Kugel 3	Kugel 4	Kugel 5	Kugel 6
Funktionsschicht		CrN	CuMoN	a-C	CrN	a-C:H	CrN
Zwischenschicht		--	CrAlN	WC	-	WC	-
Durchmesser Kugel		9,525	9,525	9,525	9,525	9,525	9,525
Temperatur		Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10	Grade 10
Druck		350 °C	180 °C	180 °C	200 °C	180 °C	180°C
Vorschub/Zeit		0,003	0,004	0,0038	0,0019	0,006	0,0018
Rotationsgeschwindigkeit R1		0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Rotationsgeschwindigkeit R2		0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Translationsgeschwindigkeit		± 0,6	± 0,6	±0,6	0,6	± 0,6	0,6
Messung: 1	µm	0,18	0,17	0,18	0,19	0,21	0,21
Messung: 2	µm	0,19	0,22	0,17	0,19	0,22	0,20
Messung: 3	µm	0,22	0,21	0,19	0,19	0,17	0,19
Messung: 4	µm	0,22	0,18	0,18	0,20	0,18	0,18
Messung: 5	µm	0,22	0,21	0,19	0, 18	0, 18	0,21
Messung: 6	µm	0,21	0,19	0,17	0,20	0,21	0,21
Messung: 7	µm	0,22	0,19	0,18	0,21	0,21	0,19
Messung: 8	µm	0,20	0,19	0,21	0,18	0,21	0,22
Messung: 9	µm	0,21	0,21	0,17	0,18	0,21	0,19
Messung: 10	µm	0,19	0,18	0,22	0,20	0,20	0,20
Messung: 11	µm	0,20	0,20	0,17	0,21	0,21	0,21
Messung: 12	µm	0,19	0,18	0,18	0,18	0,21	0,19
Messung: 13	µm	0,21	0,21	0,19	0,21	0,19	0,19
Messung: 14	µm	0,21	0,17	0,20	0,19	0,18	0,22
Mittelwert (Avg) =		0,20	0,19	0,19	0,19	0,20	0,20
Standardabweichung (STABW.S)	=	0,01	0,02	0,02	0,01	0,02	0,01
Uniformität = Max(ABS[xi - Avg])	/ Avg * 100% =	9,6%	13,1%	17,3%	10,5%	14,2%	8,5%

Zur messtechnischen Erfassung und Beschreibung der Rauheit Ra der Zwischenschichten 140 wird das Tastschnittverfahren verwendet. Beim Tastschnittverfahren wird die Tastspitze mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche eines Werkstücks verfahren. Beim taktilen Messverfahren tastet der Sensor des Rauheitsmessgeräts die Oberfläche der Zwischenschicht 140 an 14 unterschiedlichen Messarealen, die die zueinander gleich beabstandet angeordnet sind, Punkt für Punkt ab. Mit Werten im Nano- und Micrometerbereich sind die Genauigkeiten der taktilen Messsysteme bei Rauheitsmessungen sehr hoch. Sie sind meist leicht zu bedienen und liefern zuverlässige Messwerte. Für weiche, nachgiebige Oberflächen sind sie allerdings eher nicht geeignet, da eine Beschädigung der Oberfläche bei taktilen Rauheitsmessgeräten nicht ausgeschlossen werden kann. Für diese werden deshalb vermehrt optische, dreidimensionale Messverfahren eingesetzt, die Oberflächen berührungslos und dadurch zerstörungsfrei messen.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Werkstückträger
10: Erste Welle
11: Erster Mitnehmer / Spirale
20: Zweite Welle
21: Zweiter Mitnehmer / Spirale
30, 30.1, 30.2: Dritte Welle / Auflage / Starre Trennwand
40: Rahmen
41: Aufnahme zur Aufnahme der Wellen
42: Zahnrad
50: Umlenkelement
51: Basis
52: Aufnahme
53: Umwerfer
70: Rolle
80: Beschichtungskammer
90: Nut
100: Kugelförmiger Körper
110: Körper
120: Schichtsystem
130: Funktionsschicht
140, 140.1, 140.2: Zwischenschicht
200: Inline-PVD-Anlage
201: Beladung des Werkstückträgers
202: Prüfung des Werkstückträgers
203: Prüfung der kugelförmigen Körper
204: Load Lock In
205: Plasma-Ätzen
206: Transfer / Heizen
207: Beschichtung
207.1, 207.2, 207.3,: Target
207.4, 207.5, 207.6 208: Kühlen
209: Load Lock Out
210: Kühlen / Absaugen
211: Prüfung der kugelförmigen Körper
212: Entladung des Werkstückträgers

Claims

Verfahren zur Beschichtung (207) von kugelförmigen Körpern (100) mit den Verfahrensschritten: • Einbringen der kugelförmigen Körper (100) in einen Reaktionsraum (80) mit einer Quelle (207.1) für ein Beschichtungsmedium, • Beschichten (207) der kugelförmigen Körper (100) in dem Reaktionsraum (80) mit Hilfe des Beschichtungsmediums, • Bewegen der kugelförmigen Körper (100) in einer kontrollierten Bewegung in Bezug auf den Reaktionsraum (80) während der Beschichtung (207), wobei mit der kontrollierten Bewegung eine Veränderung der Orientierung der kugelförmigen Körper (100) zur Quelle (207.1) des Beschichtungsmediums erfolgt, • Ausbringen der kugelförmigen Körper (100) aus dem Reaktionsraum (80).
Verfahren zur Beschichtung (207) von kugelförmigen Körpern (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (207) der kugelförmigen Körper (100) in einem kontinuierlichen Prozess erfolgt.
Verfahren zur Beschichtung (207) von kugelförmigen Körpern (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Bewegung eine erste Rotation um eine erste Rotationsachse mit einer ersten Rotationsgeschwindigkeit umfasst, wobei die kontrollierte Bewegung eine zweite Rotation um eine zweite Rotationsachse mit einer zweiten Rotationsgeschwindigkeit umfasst, wobei die erste Rotationsgeschwindigkeit von der zweiten Rotationsgeschwindigkeit verschieden ist, wobei die erste Rotationsachse von der zweiten Rotationsachse verschieden ist, wobei die Anzahl der Kugelrotationen während des Beschichtungsprozesses (207) in der ersten Rotationsrichtung verschieden ist von der Anzahl Kugelrotationen in der zweiten Rotationsrichtung, und wobei die Anzahl von Kugelrotationen in der ersten und/oder in der zweiten Rotationsrichtung während der Beschichtung (207) größergleich zehn, bevorzugt größergleich zwanzig, besonders bevorzugt größergleich vierzig und insbesondere bevorzugt größergleich sechzig ist.
Verfahren zur Beschichtung (207) von kugelförmigen Körpern (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Bewegung eine erste Translation in einer ersten Translationsrichtung mit einer ersten Translationsgeschwindigkeit umfasst, wobei die erste Translation relativ zu einem Werkstückträger (1) erfolgt, auf dem die kugelförmigen Körper (100) während der Beschichtung (207) angeordnet sind, wobei sich die erste Translationsrichtung während der Beschichtung (207) ändert, wobei sich die erste Translationsrichtung mehrfach während der Beschichtung (207) ändert, wobei die erste Translation relativ zum Werkstückträger (1) zirkular erfolgt.
Verfahren zur Beschichtung (207) von kugelförmigen Körpern (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Bewegung eine zweite Translation in einer zweiten Translationsrichtung mit einer zweiten Translationsgeschwindigkeit umfasst, wobei die zweite Translation durch die Bewegung des Werkstückträgers (1) erfolgt, wobei die erste Translationsrichtung von der zweiten Translationsrichtung verschieden ist, wobei die erste Translationsgeschwindigkeit von der zweiten Translationsgeschwindigkeit verschieden ist, und wobei die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der ersten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung (207) und/oder die mittlere absolute Abweichung des Verhältnisses der zweiten Rotationsgeschwindigkeit zur Abscheiderate der Beschichtung (207) über die Dauer der Beschichtung (207) kleiner 20%, bevorzugt kleiner 15%, besonders bevorzugt kleiner 10% und insbesondere kleiner 8% ist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung mit • einem Körper (110) und • einem Schichtsystem (120), dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (120) eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke des Schichtsystems (120) von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke aufweist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (110) ein Metall-Körper ist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Verschleißschutzschicht, eine Gleitschicht und/oder eine Hartstoffschicht ist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (120) mehrere Schichten (130, 140) aufweist, wobei die unterschiedlichen Schichten (130, 140) unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (120) eine außenliegende Funktionsschicht (130) aufweist, die aus MoS₂, WSe₂, Ag, Pb, Cu_xMo_yN_z, a-C:H, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAIN aufgebaut ist,
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (130) eine Dicke kleiner 5000nm bevorzugt kleiner 3000nm, besonders bevorzugt kleiner 2000nm und insbesondere bevorzugt kleiner 1500nm aufweist, wobei die Funktionsschicht (130) eine Dicke größer 100nm bevorzugt größer 300nm, besonders bevorzugt größer 500nm und insbesondere bevorzugt größer 750nm aufweist, wobei die Funktionsschicht (130) eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Funktionsschicht (130) von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke aufweist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (130) eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Funktionsschicht (130) von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV aufweist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (130) eine mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Funktionsschicht (130) von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra aufweist.
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (120) eine Zwischenschicht (140) zwischen der Funktionsschicht (130) und dem kugelförmigen Körper (110) aufweist, die aus MoS₂, WSe₂, Ag, Pb, Cu_xMo_yN_z, a-C:H, a-C:H:Me, a:C:H:X, ta-C, CrC, WC, TiN, CrN, TiAIN und/oder CrAlN aufgebaut ist, wobei die Zwischenschicht (140) eine Dicke kleiner 1000nm bevorzugt kleiner 500nm, besonders bevorzugt kleiner 250nm und insbesondere bevorzugt kleiner 150nm aufweist, wobei die Zwischenschicht (140) eine Dicke größer 10nm bevorzugt größer 30nm, besonders bevorzugt größer 50nm und insbesondere bevorzugt größer 75nm aufweist, wobei die Zwischenschicht (140) eine mittlere absolute Abweichung der Schichtdicke der Zwischenschicht (140) von kleiner 20% der Schichtdicke, bevorzugt kleiner 15% der Schichtdicke, besonders bevorzugt kleiner 10% der Schichtdicke und insbesondere kleiner 8% der Schichtdicke aufweist,
Kugelförmiger Körper (100) mit einer Beschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (140) eine mittlere absolute Abweichung der Vickershärte HV der Zwischenschicht (140) von kleiner 20% der Vickershärte HV, bevorzugt kleiner 15% der Vickershärte HV, besonders bevorzugt kleiner 10% der Vickershärte HV und insbesondere kleiner 8% der Vickershärte HV aufweist, wobei die Zwischenschicht (140) eine mittlere absolute Abweichung der Rauheit Ra der Zwischenschicht (140) von kleiner 20% der Rauheit Ra, bevorzugt kleiner 15% der Rauheit Ra, besonders bevorzugt kleiner 10% der Rauheit Ra und insbesondere kleiner 8% der Rauheit Ra aufweist.