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Verfahren und Vorrichtung zur maßgenauen Bearbeitung der Außen- und/oder
Innenfläche von rohrförmigen Körpern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur maßgenauen Bearbeitung der Außen- und/oder Innenfläche von rohrförmigen Körpern,
insbesondere Zylinderbohrungen, und betrifft ein derartiges Verfahren mit einer
Bearbeitung durch gleichzeitiges Galvanisieren und Glätten oder Läppen des überzuges
unter Verwendung eines Glättwerkzeuges, sowie Vorrichtungen zur Durchführung des
Verfahrens.
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Zur Herstellung bestimmter Oberflächeneigenschaften bei Bauelementen,
z. B. einer erhöhten Abriebfestigkeit, oder vorbestimmten Laufeigenschaften bei
gegeneinander reibenden Teilen oder auch zur Wiederherstellung einer bestimmten
Abmessung, z. B. einer Bohrung oder einer anderen Fläche, ist es bekannt, auf galvanischem
Wege auf der entsprechenden Oberfläche eine Materialschicht aufzubringen. So ist
es z. B. bekannt, zur Erhöhung der Abriebfestigkeit eine Hartchromschicht auf einer
Zylinderlauffläche oder einem Lagerzapfen aufzubringen.
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Um eine Oberfläche mit der entsprechenden Maßgenauigkeit zu erhalten,
wird nach bekannten Verfahren auf die Oberfläche eine Schicht aufgalvanisiert, die
an ihrer niedrigsten Stelle dem erreichten Maß entspricht, worauf die Oberfläche
z. B. durch Läppen nachgearbeitet wird. Um dieses Verfahren zu beschleunigen, ist
es bekannt, den Galvanisier- und den mechanischen Bearbeitungsvorgang zu verbinden.
So sind z. B. Verfahren zum Galvanisieren zylinderförmiger Gegenstände, insbesondere
Tiefdruckzylinder, bekannt, bei denen die Glätt- oder Läppkörper im galvanischen
Bad während des Abscheidungsvorgangs die Oberfläche bearbeiten. Dabei kann dieses
Glättwerkzeug bei den bekannten Einrichtungen eine einstellbare Glättrolle sein,
oder es können Glätt- oder Läppkörper, z. B. aus Achatstein, andern. im galvanischen
Bad in Drehung versetzten Werkstück in Eingriff gebracht werden.
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Um einen Angriff der im galvanischen Bad enthaltenen Chemikalien auf
das Glätt- oder Läppwerkzeug zu vermeiden, kann dieses aus einem entsprechenden
Stoff, z. B. einem dielektrischen Werkstoff, bestehen.
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Bei allen diesen bekannten Verfahren werden in Kombination zwei getrennte
Bearbeitungen vorgenommen, und zwar wird einmal mittels einer gesonderten Galvanisieranode
der galvanische Überzug hergestellt und zum anderen mit gesonderten Läpp-bzw. Glättelementen
dieser Überzug maßgenau bearbeitet. Es ist dabei schwierig, bei Serien von Werkstücken
jeweils die genaue Maßtoleranz einzuhalten, da die Prüfung der Maßhaltigkeit im
galvanischen Bad schwierig ist. Außerdem bereitet es erhebliche Schwierigkeiten,
in engen Bohrungen, z. B. Zylindern für Brennstoffeinspritzpumpen, die Galvanisierungsanode
und das Läppwerkzeug gleichzeitig so anzuwenden, daß eine gleichförmige Bearbeitung
an jeder Stelle der Fläche erreicht wird.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren
und :eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem der Vorgang
wesentlich vereinfacht wird und zwangläufig eine genaue Maßtoleranz auch bei in
großer Stückzahl bearbeiteten Werkstücken eingehalten werden kann. Gemäß der Erfindung
wird dies dadurch erreicht, daß ein als Anode ausgebildetes Glättwerkzeug entlang
der zu galvanisierenden Fläche in eine rotierende und/oder hin- und hergehende Bewegung
versetzt wird. Dabei kann die Temperatur des galvanischen Bades in Abhängigkeit
vom Abrieb des Glättwerkzeuges eingestellt werden.
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Das Verfahren wird mittels einer Vorrichtung durchgeführt, bei der
das Glättwerkzeug mindestens ein, den Galvanisierstrom leitendes Anodenteil enthält
und die Glättflächen des Werkzeuges dielektrisch sind. Dabei sind die Anodenteile
des Glättwerkzeuges gegen die dielektrischen Glättflächen zurückgesetzt angeordnet.
Das Glättwerkzeug ist durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Dreh- und/oder
Hin-und Herbewegung der Arbeitsfläche des Werkzeuges
gegen die zu
galvanisierende Fläche bewegbar. Dabe! weist das Werkzeug einen Kern aus elektrisch
leitendem Material und eine mit Schleifmittelteilchen bedeckte Oberfläche auf,.
wobei die Schleifmittelteilchen härter als der galvanische Niederschlag sind. Die
Schleifmittelteilchen sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie einen Stromfluß
zwischen den leitenden Teilen des Werkzeuges und der zu galvanisierenden Fläche
verhindern. Das Werkzeug besitzt Ausnehmungen, die zwischen sich Flächen mit weicher
Oberfläche begrenzen, so daß sie mit dielektrischen Schleifmittelteilchen bedeckt
werden können, wobei die Anodenstreifen in den Ausnehmungen befestigt und an eine
Stromquelle angeschlossen sind, und Isolationsmittel für die Anodenstreifen vorgesehen
sind. Die Isolationsmittel bedecken die ganzen Ausnehmungen und die unmittelbar
an den Kanten der Ausnehmungen anliegenden Bereiche der Flächen zwischen den Ausnehmungen.
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Durch dieses Verfahren nach der Erfindung und die Vorrichtung zu dessen
Durchführung wird erreicht, daß über das vorgesehene Maß hinausgehender galvanischer
Niederschlag sofort entfernt wird, wodurch die von den Schleifmittelteilchen abzuhebenden
Materialmengen und .damit deren spezifische Belastung sehr gering ist und das Schleifwerkzeug
eine sehr hohe Standzeit aufweist, und ferner daß. die durch die Bearbeitung entstehenden
Riefen durch den galvanischen Überzug sofort geschlossen werden, so daß eine außerordentlich
genau maßhaltige, völlig glatte Oberfläche praktisch in einem Arbeitsgang. ohne
irgendeine Nachstellarbeit erreichbar ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Im einzelnen zeigt F i g.1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Durchführung
eines Galvanisierungsvorganges und die gleichzeitige mechanische Bearbeitung, während
der Gegenstand galvanisiert wird, F i g. 2 im größeren Maßstab einen Aufriß eines
die Anode bildenden Läppwerkzeuges, F i g. 3 im größeren Maßstab einen Schnitt dieses
Werkzeuges nach der Linie IH-III in der F i g. 1, F i g. 4 einen Aufriß einer anderen
Ausführungsform des die Anode bildenden Läppwerkzeuges, F i g. 5 im größeren Maßstab
eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des die Anode bildenden
Läppwerkzeuges.
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Gemäß F i g. 1 ist der zu galvanisierende Gegenstand 10 eine Zylinderbohrung
19, die in einem Gestell 11 befestigt ist. Das Gestell 11 auf den Schenkeln
12 oder in einer anderen Weise im Elektrolytbehälter 13 gelagert. Der Gegenstand
10 wird während der Galvanisierung zwischen den Platten 14 und 15 des Gestells
11 festgehalten, welche auf das Gestell 11 und die nicht zu galvanisierenden Oberflächen
des Gegenstandes 10 sind mit einer nichtleitenden Schicht abgedeckt.
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Die Achse der Bohrung 19 befindet sich in vertikaler Ebene.
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Die Fertigbearbeitung der Bohrung 19 erfolgt während ihrer Galvanisierung
durch ein dielektrisches Läppwerkzeug 21. Sein Keramikkörper aus Aluminiumoxyd oder
einem anderen entsprechenden Material ist härter als das galvanisch abzuscheidende
Metall. Durch einen nicht dargestellten Antrieb wird das Läppwerkzeug gedreht und/oder
hin- und herverschoben, um dadurch die mechanische Bearbeitung des Niederschlages
in der Bohrung 19 durchzuführen. Der Gegenstand 10 ist über einen Stromkreis 17
an die Gleichstromquelle 16 kathodisch geschaltet. Der Stromkreis 17 weist eine
Platte 18 auf, die sich zwischen dem Gegenstand 10 und einer der Platten 14 oder
15 befindet. Anodenstreifen 22, z. B. aus Blei, sind in Ausnehmungen 23 des Läppwerkzeuges
21 eingebettet. Die Ausnehmungen 23 können irgendeine Form haben. Die Anodenstreifen
22 sind mit dem Ring 24 verbunden, welcher einen Teil einer Antriebskupplung bildet
und in F i g. 1 und 2 ein Doppeluniversalgelenk 28 darstellt. Der anodisch geschaltete
Stromkreis 31 führt zu den Bürsten 32, die in Berührung mit einem Ring 25 stehen,
welcher auf der Kupplung 28 befestigt ist. Vom Ring 25 fließt der Strom über den
Ring 24 durch die Anodenstreifen 22.
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Das Läppwerkzeug 21 erhält durch ein an sich bekanntes maschinelles
Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren einen sehr genauen Durchmesser. Da die Galvanisierungslösung
- gewöhnlich erwärmt wird, braucht der Durchmesser des Läppwerkzeuges nicht gleich
dem Durchmesser der fertigbearbeiteten Bohrung zu sein. Wesentlich ist, daß die
fertigbearbeitete Bohrung nach dem Abkühlen den gewünschten, genauen Durchmesser
aufweist.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird das Läppwerkzeug 21 in die
Bohrung 19 durch die größeren Öffnungen 33, 34 der Platten 14, 15 gesteckt. Das
Läppwerkzeug 21 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb gedreht und/oder hin-
und herverschoben. Im Verlauf des Verfahrens kommen die Vorsprünge der unregelmäßigen
Oberfläche in Berührung mit dem Läppwerkzeug 21. Durch die Bewegung des Läppwerkzeuges
21 zur Fläche 19 wird verhindert, daß an diesen Flächen ein weiterer Überzug entsteht,
indem sie nacheinander maschinell bearbeitet werden, wobei sämtliche Vertiefungen
in der Fläche 19 mit dem Überzugsmaterial ausgefüllt werden. Ist dies erreicht,
bearbeitet das Läppwerkzeug 21 die gesamte Oberfläche 19 in Berührung damit derart,
daß sie sehr glatt und genau wird.
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Man kann auch erfindungsgemäß auf diese Weise die Außenoberfläche
des Kolbens einer Pumpe bearbeiten. In diesem Fall ist das Werkzeug rohrförmig.
Auf der Innenoberfläche des Rohres befinden sich die Bearbeitungsflächen und die
Anodenteile.
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Da die Oberfläche mit einem Läppwerkzeug bearbeitet wird, während
der Überzug niedergeschlagen wird, ist das Abschleifen sehr geringfügig. Somit wird
das Läppwerkzeug nur minimal beansprucht und abgenutzt. Eine nicht dargestellte,
gewöhnliche Einrichtung kann zur automatischen Regulierung der Temperatur des galvanischen
Bades benutzt werden, wodurch dafür gesorgt wird, daß das Läppwerkzeug nicht abgenutzt
wird und außerdem Bohrungen entstehen, welche einander gleichen, wenn sie mit demselben
Werkzeug hergestellt werden.
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In vielen Fällen genügen die Drehung und/oder die Hin- und Herverschiebung
des Läppwerkzeuges, damit die Galvanisierungslösung zwischen dem Läppwerkzeug und
dem zu behandelnden Gegenstand ausreichend zirkuliert. In der Anordnung der F i
g.1 ist eine besondere Vorrichtung vorgesehen, um zwischen dem Läppwerkzeug und
dem zu behandelnden Gegenstand einen ausreichenden Fluß der Lösung zu erhalten.
Hierfür setzt eine in einer bekannten Weise angetriebene Pumpe 36 die Galvanisierungslösung
aus dem Tank 13 durch eine Leitung 37 in Umlauf. Die Pumpe 36 pumpt die Lösung durch
eine
Leitung 38, damit sie durch die Bohrung 19 fließt. Die Förderleitung
38 ist mit einem Anschlußstück 39 verbunden. Das Anschlußstück 39 ist durch Schrauben
41 an der Platte 15 des Gestells 11 befestigt. Das Anschlußstück 39 weist eine Bohrung
42 auf, in die sich das Läppwerkzeug bei seiner Hin- und Herverschiebung axial verschieben
kann. Außerdem bildet die Bohrung 42 eine Kammer, in welche die Lösung gepumpt wird.
Der Fluß der Lösung erstreckt sich aufwärts zwischen dem Läppwerkzeug 21 und der
Bohrung 19. Die Lösung verläßt die Bohrung an ihrem oberen Ende durch die öffnung
33 in der Platte 14. Weil die Lösung in Richtung nach oben gepumpt wird, wird die
Möglichkeit, daß die Oberfläche 19 entlang Gas- oder Luftbläschen entstehen und
festgehalten werden, verringert.
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Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet werden, daß die Lösung zu
der zu galvanisierenden Fläche geführt wird, ohne daß der zu behandelnde Gegenstand
und das Gestell in sie eingetaucht werden. Ein aus einer Pumpe 36, der Leitung 38
und aus einer nicht dargestellten Rückführleitung bestehender geschlossener Kreis
kann für die Zirkulation der Galvanisierungslösung durch eine Anzahl von. Gestellen
11 aus einem gemeinsamen Speisebehälter benutzt werden.
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Für das Läppwerkzeug können auch verschiedene andere Formen entsprechend
der Bearbeitung der Gegenstände in Frage kommen. In der F i g. 4 ist eine andere
Ausführungsform des Läppwerkzeuges gezeigt. Es besteht aus einer Anzahl von Scheiben
43. Sie sind alle aus dem gleichen keramischen Material hergestellt. Zwischen den
einzelnen Scheiben 43 sind Scheiben 44 angeordnet, welche aus einem Anodenmaterial
hergestellt sind. Die Scheiben 43 und 44 werden durch eine durch sie hindurchgehende
Schraube 46 stapelförmig zusammengehalten, wofür eine Mutter 47 auf das eine Ende
der Schraube 46 aufgeschraubt ist. Die Keramikscheiben 43 weisen Schlitze 48 für
den Durchgang der zu pumpenden Flüssigkeit auf.
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Nach F i g. 5 kann der Körper 51 des Läppwerkzeuges auch aus einem
festen Material, z. B. Metall, bestehen und weist die Ausnehmung 52 auf. Das keramische
Material, vorwiegend Aluminiumoxyd oder ein anderer Stoff, welcher härter ist als
das Überzugsmaterial, kann, wie bei 53 gezeigt, auf dem Körper 51 des Werkzeugs
angebracht werden. Hierauf wird es maschinell bearbeitet, damit man die genaue Dimension
erhält, die zur Bearbeitung einer bestimmten Flächengröße durch das Werkzeug erforderlich
ist. Aus Blei oder anderen hierfür in Frage kommenden Materialien bestehende Anodenstreifen
54 sind in den Ausnehmungen des Läppwerkzeuges eingebettet. Zweckmäßig ist es bei
dieser Konstruktion des Werkzeuges, die Seitenwände 52 a der Ausnehmungen
52 mit einer Deckschicht zu versehen oder zu isolieren, damit ein Kurzschluß für
den Galvanisierungsstrom verhindert wird, falls der Kern 51 aus elektrisch leitenden
Materialien hergestellt ist. Es kann auch der Kern mit einer Deckschicht aus einem
Material versehen sein, welches entsprechend weich ist, damit die Teilchen aus dielektrischem
Material angebracht werden können.
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Das Läppwerkzeug kann einen Kern aus einem elektrisch leitenden Material
aufweisen, welches weich genug ist, damit die Kernoberfläche mit Teilchen aus dielektrischem
Material, z. B. Aluminiumoxyd, ausgerüstet werden kann, welche das Feinschleifen
der zu galvanisierenden Oberfläche durchführen. Hierbei müssen die Teilchengröße
und ihre Dichte auf der Oberfläche des Kerns so gewählt werden, daß noch der Strom
hindurchgehen kann und außerdem ein Kurzschluß des Stromes :durch den zu galvanisierenden
Gegenstand verhindert wird.
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Ist die zu behandelnde Bohrungsoberfläche nicht zylindrisch, sondern
handelt es sich z. B. um eine viereckige oder elliptische Bohrung, so muß ein Läppwerkzeug
entsprechender Form benutzt werden, welches ebenfalls die Anodenteile aufweist und
außerdem zu der zu behandelnden Oberfläche hin-und herverschoben wird.