DE19928498A1 - Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren beschrieben, mit dem drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge erhalten werden können. DOLLAR A Ein konventionelles Werkzeug wird zunächst auf der Arbeitsfläche mit Korundkörnern derart aufgerauht, daß eine Rauhtiefe von ca. 1 mum entsteht, und in einem plasmaunterstützten CVD-Prozeß mit einer mum-dünnen amorphen diamantähnlichen Schicht überzogen, die sehr hart ist. DOLLAR A Die Schicht erleidet auf den Spitzen der Aufrauhung bei der ersten Beanspruchung einen sog. "Eierschalenbruch", wodurch eine große Anzahl scharfer "Schalenkanten" entsteht, die sich am Werkstück verankern können. DOLLAR A Eine solchermaßen hergestellte Arbeitsfläche zeigt einen ausgezeichneten Sitz, wodurch paßgenaues Arbeiten möglich ist. Die Arbeitsfläche besitzt außerdem wegen der sehr gleichmäßigen Aufrauhung und Beschichtung eine flächige Haftung, die das Anlegen des Werkzeuges und die Arbeit mit dem Werkzeug stark erleichtert. Der Aufbau der Schicht gewährleistet außerdem über eine relativ lange Zeit eine gleichmäßige Kraftübertragung, da bei jedem Andruck neue "Eierschalenbrüche" entstehen, die scharfe Kanten zur Verankerung der Arbeitsfläche liefern.
Description
Die Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Arbeitsfläche
entsprechend dem Oberbegriffs des Anspruches 1.
Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge
(Schraubendreher, Ringschlüssel, Bits usw.) bestehen derzeit aus:
- - Reibstoffteilchen wie Quarz- oder Diamantkörnern, die galvanisch, z. B. mittels Nickel, an der Unterlage befestigt sind (DE 41 21 839 A1) oder
- - Reibstoffteilchen wie Metallcarbiden, Metallboriden, Metallsiliciden, Metallnitriden, die mit einer Lötlegierung an der Unterlage befestigt sind (DE 38 29 033 C2).
Alle Sorten von Reibstoffteilchen ragen bis zu 100 Mikrometer aus der
jeweiligen Befestigungsschicht und sind im Abstand von einigen 10
Mikrometern plaziert. Durch diesen Aufbau bedingt, ist der Kontakt
zwischen den Arbeitsflächen der derart beschichteten Werkzeuge und
den Werkstücken nicht maßhaltig und nur punktuell z. B. bei
Kreuzschlitzbits und verlangt einen relativ großen Druck zur
Kraftübertragung. Der Verschleiß der drehmomentübertragenden
Arbeitsflächen geschieht außerdem relativ schnell, da die
Reibstoffteilchen durch deren exponierte Lage schnell abgenutzt
werden.
Erfindung einer drehmomentübertragenden Arbeitsfläche für
Werkzeuge,
die eine maßhaltige Kraftübertragung erlaubt,
die eine gleichmäßige (flächige) Kraftübertragung ermöglicht und
die über eine relativ lange Zeit eine Kraftübertragung gewährleistet.
die eine maßhaltige Kraftübertragung erlaubt,
die eine gleichmäßige (flächige) Kraftübertragung ermöglicht und
die über eine relativ lange Zeit eine Kraftübertragung gewährleistet.
Ein konventionelles Werkzeug wird auf der Arbeitsfläche im µm-Bereich
aufgerauht und mit einer µm-dünnen amorphen diamantähnlichen
Schicht überzogen, die sehr hart ist.
Die Schicht enthält auf der Grenzfläche zum Werkzeugkörper ("innere
Grenzfläche") bis zu 100 At.%, vorzugsweise 10-90 At.% Silizium und
auf der Oberfläche ("äußere Grenzfläche") zwischen 0 und 30 At.%
Silizium. Weitere Bestandteile der Schicht sind Kohlenstoff im Gehalt
zwischen 10 und 95 At.% und Wasserstoff als restlicher Bestandteil.
Die Schicht erleidet auf den Spitzen der Aufrauhung bei der ersten
Beanspruchung einen sog. "Eierschalenbruch", wodurch eine große
Anzahl scharfer "Schalenkanten" entsteht, die sich am Werkstück
verankern können.
Eine solchermaßen hergestellte Arbeitsfläche zeigt einen
ausgezeichneten Sitz, wodurch paßgenaues Arbeiten möglich ist. Die
Arbeitsfläche besitzt außerdem wegen der sehr gleichmäßigen
Aufrauhung und Beschichtung eine flächige Haftung, die das Anlegen
des Werkzeuges und die Arbeit mit dem Werkzeug stark erleichtert. Der
Aufbau der Schicht gewährleistet außerdem über eine relativ lange Zeit
eine gleichmäßige Kraftübertragung, da bei jedem Andruck neue
"Eierschalenbrüche" entstehen, die scharfe Kanten zur Verankerung
der Arbeitsfläche liefern.
Eine drehmomentübertragende Arbeitsfläche für Werkzeuge, z. B. für
einen Kreuzschlitzbit, wird wie folgt hergestellt:
Der aus einem Drahtrohling bestehende Grundkörper wird mittels Pressen in Rohform gebracht.
Der Grundkörper wird mit Korundkörnern (∅ ca. 100 µm, Abstand BitlStrahldüse ca. 10 cm) derart aufgerauht, daß eine Rauhtiefe von ca. 1 µm entsteht.
Der Grundkörper wird gehärtet (Härte ≦ 57 HRC).
Der aus einem Drahtrohling bestehende Grundkörper wird mittels Pressen in Rohform gebracht.
Der Grundkörper wird mit Korundkörnern (∅ ca. 100 µm, Abstand BitlStrahldüse ca. 10 cm) derart aufgerauht, daß eine Rauhtiefe von ca. 1 µm entsteht.
Der Grundkörper wird gehärtet (Härte ≦ 57 HRC).
Zur Beschichtung werden die Bits zunächst entfettet (z. B. in Aceton)
und nach einer alkalischen und sauren Feinreinigung in deionisiertem
Wasser gespült und getrocknet.
Die gereinigten Bits werden auf einer speziellen Halterung derart
befestigt, daß die bearbeiteten Flächen nach oben weisen. Die
Halterung mit den Bits wird in die Vakuumkammer einer PECVD-Anlage
eingeschleust und diese auf einen Druck unter 10 exp-5 mbar
evakuiert. Anschließend wird in die Kammer Argon bis zu einem Druck
zwischen 5 × 10 exp-3 und 5 × 10 exp-1 mbar, vorzugsweise 2-5 × 10 exp-2
mbar eingelassen und die Bits mit einer Hochfrequenz von 13,56 MHz
beaufschlagt, damit ein Plasma zündet. Die Leistung der Hochfrequenz
wird so eingestellt, daß sich auf der Schere ein
Gleichspannungspotential von -100 bis -600 Volt bildet, vorzugsweise
-500 Volt. Das Plasma entfernt in ca. 10 min die Oxidschicht der Bits.
Ohne das Plasma abzuschalten, wird dann durch langsamen Ersatz
des Argons ein Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltendes Gas
(z. B. "TMS" - Tetramethylsilan -) in die Kammer eingelassen, wodurch
eine Schicht aus Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff auf der
Grenzfläche zum Bitkörper ("innere Grenzfläche") entsteht.
Nach wenigen Minuten wird als weiteres Gas Acetylen bei synchroner
Reduktion des TMS-Gehaltes in die Kammer eingelassen, so daß nach
Ende der Beschichtung der Siliziumgehalt der Schicht auf der
Bitoberfläche bei 5-20 At.% liegt.
Außerdem erwies sich im Beschichtungsprozess eine Beaufschlagung
der Bits mit einer Vorspannung von -100 bis -600 V vorzugsweise -200
bis -400 V als vorteilhaft.
Selbstverständlich können, ohne die Erfindung zu verlassen, statt TMS
auch andere Gase wie zum Beispiel Monosilan verwendet werden,
wobei dann ein höherer Si-Gehalt an der Grenzfläche zwischen Bit und
Schicht erhalten wird. Auch kann der PECVD-Prozeßschnitt durch
einen Sputterprozess ersetzt werden, bei dem z. B. Si durch
Zerstäubung von einem Target im Anschluß an die Plasmareinigung auf
die Bits aufgebracht wird. In diesem Falle wird die Hochfrequenz von
den Bits nach dem Ätzen auf das Siliziumtarget für den Sputterprozess
umgeschaltet und anschließend bei der Beschichtung mit dem Gas
Acetylen wieder auf die Bits zurückgeschaltet. Auch weitere
Prozessgestaltungen, z. B. unter Verwendung von Magnetfeldern zur
Erhöhung des Ionisationsgrades des Plasmas, sind denkbar. Ebenso
verlassen Verfahren, die mit Hilfe von Lasern oder
Lichtbogenverdampfung Si- und C-haltige Schichten abscheiden, nicht
den Rahmen der Erfindung.
Mit Standardkreuzschlitzbits und patentgemäß behandelten
Kreuzschlitzbits wurden Kreuzschlitzschrauben (ABC 4,5 × 50 mm)
mithilfe eines Akkuschraubers in Buchenholz eingeschraubt.
Claims (11)
1. Drehmomentübertragende Arbeitsfläche für Werkzeuge, gekennzeichnet durch
eine zumindest die Arbeitsfläche überdeckende dünne glatte amorphe harte
Schicht, die auf der definiert aufgerauhten Grenzfläche zum Werkzeugkörper
("innere Grenzfläche") eine Anreicherung von Silizium bis zu 95 at.%,
vorzugsweise zwischen 10 und 90 at.%, und an der Oberfläche einen
Siliziumgehalt zwischen 0 und 30 at.% aufweist und die als weitere Bestandteile
Kohlenstoff zwischen 10 und 95 at.% sowie Wasserstoff als Restbestandteil
enthält.
2. Drehmomentübertragende Arbeitsfläche nach Anspruch 1, bei der die Aufrauhung
mit einem Strahlgut derart erfolgt, daß eine mittlere Rauhigkeit zwischen 0,1 und 5
µm, 1 µm erfolgt.
3. Drehmomentübertragende Arbeitsfläche nach Anspruch 1, mit einer Schicht, die
die Arbeitsfläche in einer Dicke von 0,5-5 µm, vorzugsweise von 0,5-2 µm
überdeckt.
4. Drehmomentübertragende Arbeitsfläche nach Anspruch 1 bis 3, mit einer Schicht,
deren Siliziumgehalt an der Oberfläche zwischen 0 und 30 at.% beträgt.
5. Drehmomentübertragende Arbeitsfläche nach Anspruch 1-4, mit einer Schicht aus
C, Si, und H, die durch PVD (Physical Vapor Deposition) oder durch PECVD
(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) abgeschieden worden ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer drehmomentübertragenden Arbeitsfläche nach
Anspruch 1-5 in folgenden Schritten:
- - Herstellung des Grundkörpers
- - Strahlen des Grundkörpers
- - Härten des Grundkörpers
- - Reinigung des Grundkörpers in einem Ar-Plasma
- - Beschichtung des Grundkörpers mit einer dünnen Schicht aus Kohlenstoff, Silizium und Wasserstoff
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Beschichtung mittels eines PECVD-
Prozesses (PECVD = Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) unter
Verwendung von Silizium, Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltenden Gasen
durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der PECVD-Prozess mittels einer
Hochfrequenzentladung (vorzugsweise 13,56 MHz) bei einem Druck von 5 × 10
exp-3-5 × 10 exp-1 mbar, vorzugsweise von 2 × 10 exp-2-1 × 10 exp-1 mbar
durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, bei dem die drehmomentübertragenden
Arbeitsflächen im PECVD-Prozess während der Beschichtung mit einer
Vorspannung von -100 - -600 V, vorzugsweise -200 - -400 V beaufschlagt sind.
10. Verfahren nach 8 und 9, bei dem der PECVD-Prozess unter Verwendung von
Tetramethylsilan und Acetylen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-10, bei dem die Reinigung der .
drehmomentübertragenden Arbeitsflächen in einem Ar-Plasma ohne
Vakuumunterbrechung und in einem unmittelbar vorgeschalteten Prozessschritt
zum PECVD-Prozess für die Beschichtung erfolgt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999128498 DE19928498A1 (de) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1999128498 DE19928498A1 (de) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (1)
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| DE19928498A1 true DE19928498A1 (de) | 2000-12-28 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1999128498 Withdrawn DE19928498A1 (de) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | Drehmomentübertragende Arbeitsflächen für Werkzeuge und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE19928498A1 (de) |
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