DE1565558A1 - Elektrolytisches Materialabtragungsverfahren - Google Patents
Elektrolytisches MaterialabtragungsverfahrenInfo
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- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
- B23H9/14—Making holes
- B23H9/16—Making holes using an electrolytic jet
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Description
PA TBNTAN WÄL TB
PATENTANWALT MU LLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY
BERLIN 33 (DAHLEM) · PODBIELS Kl ALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTR ASSE
TELEFON 76 29·:.' · r SLEi. RAMME: PROPINDUS TELEFON 22 55 85 · TELEGRAMME: PROPINDUS
München, den 20. September 1966
19
General Electric Company Sohenectady, New York (USA)
Elektrolytisches Materialabtragungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur alektrqlytischen
Materialabtragung, insbesondere auf ein elektrolytisches Verfahren, das vor allem zur Ausbildung von kleinen Löchern in
elektrisch leitenden Werkstücken geeignet ist.
In der Patentanmeldung G 4? 490 VIIId/21h ist ©im Verfahren
und eine Vorrichtung zur elektrolytisches Materialabtragung
beschrieben. Gemäß diesem Verfahren xfird bei einer Ausführungsform
ein Strom bzw. ein Strahl ©inos geladenen Elektrolyten
von einer Düse gegen ©in Merkstück geleitets wobei dis Eingangs
leistung der Anlage ausreichend hoch gewählt ist, usid zwar so, daß im dem Elektrolyten weloha-r das Werkstück föa-
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FERNSCHREIBER: 0184057
rührt, ein mindestens im Bereich der Schwell· der Glimmentladung liegender Zustand herbeigeführt wird.
Der in dieser Beschreibung ebenso wie in der oben bezeichneten Anmeldung verwendete Ausdruck "Glinmientladungsechwe 1 Ie"
bezieht sich auf einen Zustand in dem Elektrolyten zwischen der Kathode und der Anode, bei dem die Stromdichte größer
ist als diejenige, die zu einer ruhigen Entwicklung von Gasbläschen bei der Gleichstromelektrolyse führt. Dieser Zustand
tritt innerhalb des "Übergangsbereiches" auf, über den Kellog
im "Journal of the Electrochemical Society11, Jahrgang. 1950
Band 97, Seiten 133 bis 1^2 berichtet. Bei der Glimmentladungsschwelle nimmt der Strom mit zunehmender Spannung ab, während
unterhalb der Glimmentladungsschwelle der Stroa* mit zunehmender Spannung linear ansteigt. An der Glimment ladungsschwe lie
setzt eine Dämpferwicklung auf der Oberfläche der Anode ein
und die normalerweise bei der Elektrolyse in diesem Gebiet auftretende Bildung der charakteristischen Bläschen hört auf.
Der Bereich zwischen der in dem vorgenannten Zustand durch den Elektrolyten übertragenen Leistung und derjenigen zum Erzeugen
einer sichtbaren Glimmentladung wird im allgemeinen als "Kellog-Bereich" und nachfolgend im Zusammenhang mit der elektrolytischen Materialabtragung als Glimmentladungssohwell· bezeichnet.
Im Inneren dieses Bereiches ist der Strom gering und bleibt im allgemeinen konstant, wenn die Spannung zunimmt.
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BAD ORIGINAL
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
und der Vorrichtung gemäß der oben bezeichneten Anmeldung wird
ein Werkzeug, das aus einer Einrichtung zum negativen Aufladen der elektrolytischen Vorrichtung während wenigstens einem Bruchteil der Betriebsdauer besteht, unter Bildung eines Spaltes in
vorbestimmten! Abstand einem Werkstück gegenüber angeordnet.
Ein solcher Spalt ist schmal genug, um den Elektrolytstrom, bzw. den Strahl, der aus dem Werkzeug austritt und das Werkstück berührt, in einen Zustand versetzen zu können, der mindestens im Bereich der Schwelle der Glimmentladung liegt. Bei
anderen Arbeitsbedingungen oder, was diesen entspricht, anderen Materialien, wird die Größe und die Form der Ausnehmung,
die sich aufgrund- der Hateria!abtragung durch dieses Vorfah»
ren und die Einrichtung hierzu ergibt, durch den Spalt zwisehen dem Werkzeug und damit durch die Einrichtung zur Anwendung einer negativen Ladung und durch das Werkstück gesteuert.
Als eines der praktisch besonders brauchbaren Verfahren zur Messung und Regelung der Spaltbreite wird in der Patentanmeldung G 4? 490 VIIId/21h eir Verfahren beschrieben, nach dem
der Anfangsspalt zwischen de» Werkzeug und dem Werkstück bei einer ersten Annäherungsgeschwindigkeit vermindert wird, bis
durch eine Meßeinrichtung eine Zunahme des Stromflusses auf
einen bestimmten Wert in Abhängigkeit von der Spaltbreite festgestellt wird. Wenn dann zwischen dem Werkstück und dem
Werkzeug etwa der erforderliche Arbeitsäbstand erreicht ist, wird die Vorsohubgeschwindigkeit vermindert, damit das Werk-
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©AD ORIGINAL
^ T" wm
stück und das Werkzeug bei einer für die tatsächliche Materialabtragung anwendbaren Arbeitsvorschubgeschwindigkeit,
die von den Materialien und den bei dem Verfahren verwendeten Bedingungen abhängen» langsamer gegeneinander bewegt werden. Auf diese Weise wird die Düse des Werkzeugs, die den
Elektrolyten führt bzw. leitet und die häufig aus Glas gefertigt ist, gegen Beschädigungen geschützt. Von größerer
Bedeutung ist jedoch, daß die Größe und die Form der erzeugten Ausnehmung genau gesteuert wird.
Eine weitere Meß- und Regeleinrichtung, die zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der oben bezeichneten Patentanmeldung
zur Erzielung eines vollkommenen Durchbruchs durch das Werkstück erforderlich ist, ist eine Einrichtung zur Feststellung
des ersten Durchbruchs durch das Werkstück und der damit verbundenen Abnahme des elektrischen Stromflusses aufgrund der
geringeren Kontaktfläche und des größeren Widerstandes. Bei
diesem Durchbruchszustand wird bei der Anwendung dieses Verfahrens die Vorschubgeschwindigkeit weiter herabgesetzt bzw.
in manchen Fällen das Werkzeug vollkommen zum Stillstand gebracht, um einen gleichmäßigen vollkommenen Durchbruch durch
das Werkstück zu erreichen.
Bei Vorrichtungen, wie sie zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens zur Feststellung von Stromstärkenänderungen zu einigen vortrat Ifiunten Zeitpunkten und für die sich dadurch er—
nde Rej.rf; ' ■ ■■; :.<r·.^ Änderung der Vorech; bgeachwindigkei t in
Λ I·]·'· r.:r: · ■' · · - . ■ Si rojMä :,;: rU ·■- .,! ■■?■■ .: ;ua L t or« i te erforder-
' l ; J ' BAD OFHQINAL
lieh sind, werden ziemlich umfangreiche Schaltungen und zahlreiche in Wechselbeziehung zueinanderstehende Bauelemente verwendet.
Viele dieser Bauelemente werden für jedes spezielle Werkstück zweckmäßigerweise von einer Bedienungsperson in
Betrieb genommen, eingestellt oder überwacht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur elektrolytischen Materialabtragung
in der in der Patentanmeldung G 47 490 VIIId/21h beschriebenen
Art zu schaffen, bei dem es im Gegensatz hierzu nicht erforderlich
ist, die Spaltbreite zu verschiedenen Zeitpunkten zu messen und bei dem auf Einrichtungen für v@r3©hi©dö:aa Vorsohubgeschwindigkeiten
verzichtet werden kann.
Der Gegenstand der Erfindung ist anhand ©imes besonders bevorzugten
Ausführungsheiapiels in den Figuren 1 bis 7 der
Zeichnungen dargestellt, dio nächsteheiacü ±m einzelnen näher
erläutert werden. Es zeigens
der Fig, 1 ein©n Quarsohirf/öt durch* einen Gegsrnstand^iaeh dem
Verfahren der vorliegendes* Erfindung fertig b@ar™
beitet ist;
Fig. 2 einen teilweise sohematisohan Querschnitt dursfe ©im©
Vorrichtung ssur Durchführung doa
BAD OB
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und dem Werkstück bestehende Anordnung während verschiedener Phasen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 6 und 7 Teilsohnitte durch ein durchbohrtes Werkstück
zum Vergleich verschiedener Eintrittsöffnungen in Abhängigkeit von der Anfangsspaltbreite.
Das Torfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht
eine automatische Regelung der Spaltbreite; es kann daher auf umfangreiche Mittel zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit
und sur Feststellung der Spaltbreite, wie z.B. bei dem oben beschriebenem Verfahren in Abhängigkeit von der Stromstärke
zu verschiedenen Zeitpunkten verzichtet werden. Bei dieser Methode wird die Vorschubgeschwindigkeit dadurch geregelt,
daß «in elektrischer Leiter, z.B. ein elektrolytisches Bad, den ,geladenen Elektrolytstrom umgibt. Ein solcher Leiter
leitet die elektrische Ladung des Elektrolytstromes zwischen der Kathode und dem Werkstück bei Spaltbreiten bzw. Abständen ab, bei denen eine Materialabtragung ungenau bzw. unerwünscht wäre. Derjenige Spalt, der für die Materialabtragung am günstigsten ist, wird im folgenden Ausgleichsepalt
genannt. Die Größe des Ausgleichs spa Its ist abhang von
der Größe der elektrischen Ladung des Elektrolyt -irosa» an
der Leitfähigkeit des Leiters, wie z.B. eines el;<;*iroly ti
sehen Bades zur Ableitung der elektrischen Ladun ies gsladkcf?
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Elektrolytströme. Der Strom kann über den Ausgleichsspalt
zu dem Werkstück fließen, um Material mit der gleichen
linearen Geschwindigkeit abzutragen, mit der die Kathode und das Werkstück gegeneinander bewegt werden«
Die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolytstromes und des
elektrischen Leiters, wie z.B. des elektrolytisches. Bades kann dadurch konstant gemacht werden» daß solche variablem Größen, wie z.B. die angelegte Spannung, die Temperatur, der Druck, die Größe des Elektrolytstroma usw. festgelegt werden,
Deshalb ist es nicht erforderlich5 ürnn Aiasgleichsspalt awic»
sehen der Kathode und dem Werkstück; über den die Material»
abtragung einsetzt, zu messern bzw„ auf asid©x*e Weiso &u E5QgQIn
Somit kann eine konstant® VorscfcrabgessM-jimdiglcQit ίϊϊίτ θΑβ. ο iss.·
zeInes oder für mehrere [email protected] vosi deiaoss. oiss. gsladssiez"
Elektrolytstrom ausgeht, verwendet tffordesiLo Da 'o±u ©lokts'i«
scher-Leiter, z.B. das vorstehend geflammte elek-ferolytiseiae
Bad, die Oberfläche des Werkstücks wsjgifot „ wird a-Kß©spdoiB ©in
zusätzlicher Widerstand gegenüber dem StroEaflm
wenn durch einen Durchbriiok sun erstes Mal eiss.
Es ist deshalb keine Änctenaag der Yorsokiafegessfowiiadigksit für
diesen Arbeitsvorgang erford®rlislis
Das verbesserte elekt2«©ljtis@lu©
zur Mat ar la !abtragung v©eü ©±elge3 oielsiiyisoii loitosadQa U
beet ©fet aiss d©n ■ f ο igQiadosa "yorfa
eines Stresses ©ines ©loiris^is^k goladcncB SIoktrolyton ~7
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■:· 1 / U 2 '/ A ^AD OPJQJNAL
einer Kathode zu einem Werkstück über einen Ausgleichsspalt, während gleichzeitig an die Kathode und das Werkstück eine
elektrische Spannung von wenigstens 300 Volt gelegt wird und ein elektrischer Strom fließt, der ausreicht zur Erzeugung
eines solchen Zustandes in dem das Werkstück berührenden Elektrolytstrom, der mindestens dem der Schwelle der Glimmentladung
entspricht, wie in der oben bezeichneten Rtentanmeldung
beschrieben ist. Gleichzeitig berührt der Elektrolytstrom einen elektrischen Leiter, wie z.B. ein elektrolytisches
Bad, das einen ausreichenden Teil der Ladung ableitet, damit bei Spaltbreiten, die größer als die Ausgleichsspaltbreite
sind, eine elektrolytische Materialabtragung am Werkstück verhindert wird. Diese Unterbrechung der Materialabtragung
hält so lange an, bis eine Ausgleichsspaltgröße erreicht ist, sofern eine Relativbewegung zwischen der Kathode
und dem Werksllck vorhanden ist.
In der obenbezeichneten Patentanmeldung ist im einzelnen der
außergewöhnliche Vorteil beschrieben, der dadurch erzielt wird, daß ein Elektrolyt, der zwischen der Kathode und d»m
Werkstück strömt und das Werkstück berührt, in einen Zustand, der mindestens der Glimmentladungsschwelle entspricht, gebracht
und gehalten wird und weiterhin ist auf die große Anzahl von Materialien, die bearbeitet werden können, hingewiesen.
Es wurde festgestellt, daß eine Spannung von mindestens ca/ JOO Volt, insbesondere von 300 bis 1200 Volt und
• 0 :· fH>
ι / ü 2 ; 7
vorzugsweise von 400 bis 800 Volt zum Erzeugen iron Ausnehmungen
oder Löchern mit einem Durchmesser von z.B. in etwa. 0,12 cm φ oder weniger als maximalem Durchmesser erforderlich ist.
Insbesondere ist in der obigen Patentanmeldung die bedeutend«
Vergrößerung der Materialabtragungsgeschwindigkeit, die durch Aufrechterhaltung eines Zustandes des Elektrolyten mindestens
an der Schwelle der Glimmentladung bzw. innerhalb des Glimmentladungsbereiches
erzielt werden kann« Die Eingangsleistung muß jedoch auf einem Wert gehalten werden , der geringer ist
als der, welcher einen das Werkstück umhüllenden Dampffilm
hervorruft, der den elektrischen Widerstand zwischen der
Kathode und dem Werkstück soweit erhöht, daß die Materialabtragung
an dem Werkstück beendet wird.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
Zeichnung und anhand typischer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Obwohl die Zeichnung mehrere Ströme eines gala«
denen Elektrolyten zeigt, die gegen ein Werkstück gerichtet sind, ist es selbstverständlich ohne weiteres möglich,, dio
vorliegende Erfindung t insbesondere zum gleichzeitigst Hrzeugen
einer Vielzahl vom Ausnehmungen bzw, Löchara ist o&awa
kompliziertem Werkstück srafgrtsjaci d®r amtomatieclaen Heg©lusag
der Spaltbreitee die durch dmu elektrioxsEa®«. LeiterD t?±o seBe
da« elektrolytleche Bad bewirkt wird» zu verwende». §©ait
kann, eisi© Vielssfel v&n ©la©m Sloktroljrfeöm !©!tampon U
o/o
BAD ORIGINAL
bzw. Düsen, von denen jede einen geladenen elektrolytisches!
Strom führt, in etwa gleicher Höhe oder verschiedenen Höhen oder Lagen unter Berücksichtigung des Werkstück·* angeordnet
sein, ohne daß die anschließende Erzeugung von Ausnehmungen oder Löchern in dem Werkstück oder die Qualität und die Öffnungswinkel solcher Löcher oder Ausnehmungen nachteilig beeinflußt werden. Da der Elektrolytstrom und der elektrische
Leiter, wie z.B. das elektrolytische Bad zusammen den Arbeite— spalt regeln, kann auf eine genaue mechanische Bemessung der
Spaltbreite verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung kann zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern oder Ausnehmungen in einer Vielzahl von Gegenständen angewendet werden. Zu solchen Gegenstanden gehören
Röhren, Schienen,Platten und andere Teile, wie z.B. eine in
Fig. 1 schematisch dargestellte Sprühdüse. Zur Vereinfachung
der Zeichnung sind die Durchtrittsöffnungen oder Löcher 12 in dem Düsenkopf 10 in der gleichen Querschnittsebene dargestellt. Es ist selbstverständlich möglich, das vorliegende
Verfahren zur Ausbildung von Löchern an irgendeiner Stelle eines Gegenstandes in der gleichen oder anderen Quersohnittsebene anzuwenden. Wie in Verbindung mit dem Elektrolytverteiler 16 in Fig. 2 besehrieben wird, können die Düsen 14,
von denen der geladene Elektrolytstrom 26 gegen das Werkstück geführt wird, an beliebiger Stelle an dem Verteiler angeordnet
sein, damit die Löcher entsprechend an der jeweils gevünchten
Stelle im Werkstück entstehen.
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Das Werkstück 10 in Fig. 2, das auf einer elektrisch isolierenden
Unterlage 11 liegt, ist in einen elektrischen Leiter
in Form eines elektrolytischen Bades 18 mindestens so weit
eingetaucht, daß das Bad wenigstens denjenigen Teil der Werkstücksoberfläche
bedeckt, in dem oder durch den Löcher oder Ausnehmungen, die mittels gestrichelter Linien dargestellt
sind, ausgebildet werden sollen. Das elektrolytische Bad 18 führt wenigstens einen Teil der Ladung des Elektrolytstroms
26, der von dem offenen Mundstück 15 der Düse 14 des Werk«
zeuges 13 gegen das Werkstück gerichtet ist, von dem Elektrolytstrom Ab· Jedes der verschiedenen Werkzeuge und
der Düsen ragt aus dem Verteiler 16 heraus, der bei Ausführungsbeispiel von einer Kathode 20 goblldot wird.s
die der Elektrolytstrom aufgeladen wird0 Ia masiciiesa
kann es zweckmäßig sein» eine gemeinsam© ISa-feIb.©d.e si
Das elektrolytische Bad 18, und durch dieses das Werkg@/ug 10, sind
beide gegenüber der Kathode 20 und damit gegenüber dem Electro
lytstrom 26, der aus dera ,Endstück 15 «iez* Bus© ih austritt s
anodisch. In Fig. 2 ist der Vorteiles1 16 i'7©migs*6©is.s gsgexsübor
dem Werkstück 10 verschiebbar» Er ist vorzugsweise dnareJa ©In©
übliche, eine Bewegung hervorrufende Masokime, wie ^0B0 siasa
Stempel (nicht dargestellt^ aber schematise!* durch di@ Pfeil©
28 gekennzeichnet), in drei Richtungen verschiebbare Der Elektrolyt
wird zum Verteiler 16 zur Weiterleitung diarefe. die
lh mittels ©iiü-or Ptisspe 22 aus dem ElelstsOlyt^Ve^aojpgisn.gsi
2k- ge fördert ο
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BAD
Die Temperatur des Elektrolyten im Tank Zh und dem elektroly—
tischen Bad 18 kann jeweils durch eine Heiz- oder Kühlvorrichtung, di· sohematisch bei 30 und 32 dargestellt ist, geregelt werden. Diese Temperaturregelung ist ein Parameter,
durch den die relative Leitfähigkeit des geladenen Elektrolyten, der aus der Düse 14 austritt, und des elektrolytischen Bades, das wenigstens einen Teil der Ladung von dem
Elektrolytstrom 26 abführt, bis die gewünschte Arbeitsspaltbreite erreicht ist, eingestellt werden kann. Durch Aufrechterhalten konstanter Betriebsdaten kann die Große der Löcher
oder Öffnungen, die in den Werkstück 10 ausgebildet werden sollen, genau und einheitlich eingestellt werden. Diese Größe
und Fora kann ohne mechanische oder elektrische Messung des Spaltes zwischen dem Mundstück 15 der Düse Ik und dem Werkstück 10, welcher von dem Abstand zwischen der Kathode 20 und
dem Werkstück 10 abhängt, gesteuert werden.
Die Kathode 20 für die verschiedenen Düsen lh ±& als Kathode
mit einer elektrischen Energiequelle, wie z.B. einem Gleichrichter, zusammengeschaltet, der eine Spannung von mindestens
300 Volt liefern kann. Ein in einem weiten Bereich verwendbarer Gleiohrichtertyp sollte einen Strom von kleinem Wert, der eine
Materialabtragung mindestens im Bereich der Glimmentladungssohwell· erlaubt, bis zu einem Stromwert von etwa h Ampere
liefern, obwohl Ströme bis zu in etwa 2 Ampere für die meisten Arbeiten ausreichen würden. Für bestimmte Arten von Arbeiten
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ist es möglich, die Kathode 20 mit einer Wechselstromquelle von mindestens 300 Volt Spannung zueammenzuschalten.
Die Werkzeuge 13 sind am Verteiler 16 so angeordnet, daß die
Mundstücke 15 der Düsen 14 der gewünschten Anordnung der Löcher oder Ausnehmungen in dem Werkstück 10 entsprechen.Das Kapillarteil
der Düse 14 ist ausreichend lang, z.B. gleich der Strecke
D in Fig. 1, so daß dieses Kapillarteil einen vorbestimmten Betrag in oder durch das Werkzeug dringen kann»
Wie oben erwähnt wurde, ist keine Änderung der Düsenvorsohub—
geschwindigkeit erforderlich, da Jedes Loch durch das Werkstück ,wie in der Zeichnung dargestellt,auch im inneren Teil
des Sprühkopfes 10 durchgebohrt wird. Es können deshalb alle Düsen gleichzeitig und mit der gleichen Geschwindigkeit
gegen das Werkstück ohne Rücksicht darauf bewegt werden, ob sie als erste mit der Materialabtragung am Werkstück beginnen
oder in einer Zwischenlage zum Werkstück sind oder vollkommen in das Werkstück eingedrungen sind. Wenn die Düsen
gleiche Größen aufweisen, und sich um die gleiche Länge über den Verteiler 16 hinaus erstrecken, wie in Fig. 2 dargestellt,
sollte der Kapillarteil der Düse 14 ausreichend lang sein,
wie in Fig. 1 durch D dargestellt, damit die Ausnehmung oder das Loch, das am weitesten vom Verteiler entfernt ist, vollkommen
ausgebildet werden kann, ohne daß ein Übergangs- bzw. sioh erweiternder Bereich einer Düse, der etwa bei 36 beginnt,
das Werkstück berührt.
»irr M^s
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Bei einer anderen Anordnung ist der sich erweiternde Teil des Werkzeuges 131 in dem gemäß der Zeichnung die Kathode
angeordnet ist, in Längsrichtung verstellbar, um auf die Ausbildung ungewöhnlich langer Kapillarteile verzichten zu
können· Somit könnte das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel dergestalt abgeändert werden, daß die Teile der
Werkzeuge, welche die Kathode tragen,von der Mitte der Werkzeuge an nach außen stufenweise langer ausgebildet sind.
Oa keine Schwierigkeiten hinsichtlich einer Messung der Spaltbreiten bestehen, weil durch den Elektrolytstrom und
das elektrolytische Bad die Spaltbreite gesteuert wird, können die Mundstücke 15 der Düsen \k mit relativ großer
Toleranz und nicht einheitlich bezüglich des Abstandes zwischen dem Düsenmundstück und dem Werkstück angeordnet
sein.
Vor Inbetriebnahme wird für das Material des Werkstücks
ein Elektrolyt ausgewählt. Auch die Temperatur und der Druck, bei denen das vorgesehene Loch ausgebildet wird,
werden für den Elektrolytstrom unter Berücksichtigung der Temperatur des elektrolytisohen Bades 18 vorbestimmt eingestellt. Verschiedene Elektrolyten,die bei elektrolytischer
Bearbeitung zur Anwendung gelangen, und Verfahren zur Auswahl der Betriebsdaten sind im allgemeiner, auch auf die Erfindung aufgrund der hier gegebenen Richtlinien anwendbarer
Form in der Literatur und in der oben bezeichneten Patentanmeldung ausführlich beschrieben. Zwei bevorzugte Elektrolyten
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für Nickelbasislegierungen enthalten 10 Gewichts-^ Schwefelsäure
in wässriger Lösung bzw. 1U Gewichts-^ Salzsäure in
wässriger Lösung. Äußerst zweckdienlich ist es, ein elektrolytisches Bad der gleichen Zusammensetzung wie der des Elektrolytstromes
zu verwenden. Wenn es erwünscht ist, kann in diesem
Fall der Elektrolyt im Kreislauf geführt werden, z.B. von der Auslaßöffnung kO im Behälter k2 zurück zu dem Elektrolyt-Vers
orgung stank 2k, eventuell soweit dies erforderlich ist,
durch ein Filter.
Wenn die Betriebsdaten einschließlich einer Ausgleichsvorschubgeschwindigkeit
(Gleichgewichtsvorschubgeschwindigkeit), die nicht größer ist als die Ge schwind igte It, mit der das
Mundstück 15 der Düse Ik in das Werkstück eindringt, eingestellt sind, können die variablen Größen der Vorschubgeschwindigkeit,
der Druck des Elektrolyten, die Temperatur des Elektrolyten ebenso wie die an die Kathode 20 angelegte Spannung
eingestellt und automatisch durch bekannte Einrichtungen
geregelt werden. Da der Verteiler gegen das Werkstück 20 bewegt wird, wobei der Elektrolytstrom 26 aus jeder Düse \k
austritt und von der Kathode 20 aufgeladen wird, berührt der Elektrolytstrom 26 zunächst das elektrolytisohe Bad 18,
und danach tauchen die Mundstücke 15 der Düsen 1Ί- in das Bad
18 ein. Da das elektrolytische Bad 18 ein elektrischer Leiter ist, wird mindestens ein Teil der elektrischen Ladung des
Elektrolytstroms durch dieses abgeleitet. Wie in Fig. 3 ge-
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ORIGINAL
zeigt, fließt jedoch bei einem Ausgleichsspalt (Gleichgewichts
spalt) zwischen dem Werkstück 10 und der Düse 1 ka.
durch den Elektrolytstrom 26a von der Kathode 20 zu dem Werkstück
10 ein ausreichend großer Strom bei einer Spannung von wenigstens 300 Volt, um den Elektrolytstrom in einen
Zustand zu versetzen, der mindestens dem der Schwelle der Glimmentladung entspricht. Es wurde festgestellt, daß bei
einem Spalt, der größer als dieser Ausgleichsspalt ist, das elektrolytische Bad 18 jede elektrolytische Materialabtragung
verhindert. Ein solch größerer Spalt zwischen der Düse i4b und dem Werkstück 10, bei dem im wesentlichen keine Materialabtragung,
sogar wenn die elektrische Spannung 300 Volt
und mehr beträgt, gegenüber der Düse 1kb auftritt, ist in
Fig. 3 dargestellt. Das Elektrolytbad ist gegenüber dem kathodischen Elektrolytstrom anodisch und bildet gegenüber
dem Strom scheinbar ein Werkstück.
Wenn bei anderen Bedingungen als gemäß der Erfindung gearbeitet wird, wie z.B. in Luft, kann eine ungenaue Regelung der
Spaltbreite zwischen der Kathode 20 und dem Werkstück 10 zu einer trichterförmigen Eintrittsöffnung k6 des Loches in dem
Werkstück 10 führen, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Da bei der Durchführung des Verfahrene gemäß der Erfindung ein plötzlicher
Sprung auftritt von dem Zustand, in dem kein Material abgetragen wird, zu demjenigen, in welchem bei einer vorbestimmten
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Gleichgewichtsgeschwindigkeit Material abgetragen wird, ist
die Eintrittsöffnung k-8 der Ausnehmung bzw. des Loches,
die durch den geladenen Elektrolytstroin ausgebildet wird, sehr
genau begrenzt, wie aus Fig. 7 zu ersehen ist. Da die vom Verteiler
16 bewegte Düse i4a in Fig. k mit normaler Arbeitsgeschwindigkeit
weiter in das Werkstück 10 eindringt, kann sich deshalb die Düse i4b der zu bearbeitenden Oberfläche des Werk«
Stückes 10 nähern, ohne daß eine trichterförmige Eintritts-Öffnung
wie in Fig. 6 verursacht wird. Beim weiteren Eindringen und beim vollkommenen Durchbruch des geladenen Elektrolytstromes
26a der Düse i4a, wie in Fig. 5 dargestellt, ist
es nicht erforderlich, die Vorschubgeschwindigkeit herabzusetzen,
um den vollkommenen Durchbruch des Loches zu vollenden, wie dies bei anderen als erfindungsgemäßen Arbeitsbedingungen
erforderlich ist. Der elektrische Stromfluß durch den Elektrolytstrom bleibt beim Durchbruch aufgrund des umgebenden
elektrolytischen Bades der gleiche. Folglich bleibt
auch die abgetragene Materialmenge gleich und die Düse i4b
kann mit der gleichen konstanten Vorschubgeschwindigkeit ohne Rücksicht auf die die Oberfläche kk berührende Düse i4a
weiterbewegt werden. Somit können mehrere Löcher oder Ausnehmungen in einem kompliziert geformten Werkstück ohne Änderung
der Vorschubgeschwindigkeit der Düsen und ohne mechanische oder elektrische Spaltbreiten-Meß- und -rege!einrichtungen
ausgebildet werden, sondern lediglich aufgrund der sich ergebenden
Eigenschaften der fest eingestellten Betriebsdaten und der verwendeten Elektrolyte.
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Bei einem speziellen und typischen Ausführungsbeispiel eines
Arbeitsvorganges zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung waren zwölf Löcher mit einem Durchmesser von ungefähr 0,05 cm 0 in einer Röhre aus einer Nickelbasielegierung auszubilden, die in Nenngewichtsprozenten folgende Zusammensetzung hatte: (maximal) 0,1 $ C; 15 $ Cr; 3 Ί° Cb;
3 $> Mo; , 3 % Wj1 7 # Fe; 0,5 # Al; 0,6 # Ti; 0,006 # B sowie
Nickel und zufällige Verunreinigungen als restliche Bestandteile; diese Legierung wird im allgemeinen als IN 102 Nickelbasislegierung bezeichnet. Die Dicke der Röhrenwandung betrug 0,1 cm. Genau vorbestimmt bemessene Löcher wurden wiederholt durch die beiden Wandungen und die zentrale Öffnung
der Röhre in einem Abstand von in etwa 0,48 cm bei einer angelegten Spannung von 470 Volt und einer GesamtStromstärke
von 7t1 Ampere für die zwölf Löcher "gebohrt". Bei diesem
Beispiel bestand der für den Elektrolytstrom und für das elektrolytische Bad, das als elektrischer Stromleiter diente,
verwendete Elektrolyt aus einer wässrigen Lösung von 10 Gewicht s-# Schwefelsäure. Die Temperatur des Bades und des geladenen Elektrolyten wurde auf etwa 38°C bei einem Druck des
Elektrolyten zwischen 2,8 kp/cm und 4,2 kp/cm gehalten. Bei der genannten Spannung und dem Angegebenen Strom, durch
die ein innerhalb des Glimmentladungsbereiohes gelegener
Zustand in dem Elektrolyten erzeugt wurde, war es möglich, eine Schnittgeschwindigkeit von 0,15 cm pro Minute durch
die Röhrenwandung zu erzielen.
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Es wurde festgestellt, daß bei der speziellen Ausführung
nach dem obigen Beispiel durch Änderung der Elektrolyttemperatur
zwischen 20 C und 90°C der Lochdurchmesser zwischen
0,05 und 0,07 cm mit den verwendeten Düsen geregelt und geändert
werden kann. Bei diesem Beispiel bestand die Düse aus einer gezogenen Glaskapillarröhre mit einem Innendurchmesser
von 0,038 cm und einer Wandstärke von 0,0025 cm.
Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt
ist, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.
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Claims (6)
1. Verfahren zur elektrolytischen Materialabtragung an
elektrisch leitenden Werkstücken, wobei ein elektrisch geladener Elektrolytstrom von einer Kathode gegen ein
Werkstück über einen Ausgleichsspalt (Gleichgewichtsspalt) geführt und gleichzeitig an die Kathode und das
Werkstück eine elektrische Spannung von mindestens 300 Volt gelegt wird und zwischen der Kathode und dem Werkstück im Elektrolyten ein Strom eingestellt wird, der
ausreichend ist, in dem das Werkstück berührenden Elektrolytstrom einen mindestens im Bereich der Glimmentladungssohwelle liegenden Zustand hervorzurufen, dadurch
gekennzeichnet, daß der geladene Elektrolytstrom (26, 26a, 26b) mit einem elektrischen Leiter (18) in Berührung gehalten und durch diesen ein vorbestimmter, einen
FERNSC
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elektrolytische Materialabtragung am ¥erkstück (1O)
bei größeren Spaltbreiten als der Gleichgewichtsspaltbreite
verhindernder Teil der Ladung des Elektrolytstromes (26, 26a, 26b) abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der zu bearbeitende Teil der Werkstücksoberfläche in ein
Elektrolytbad (1O) eingetaucht wird, wobei die Kathode (20) und das Werkstück (1O.) gegeneinander bewegt werden,
so daß der elektrisch geladene Elektrolytstrom (26, 26a, 26b), das Bad (1O) durchdringt und über den Gleichgewichtsspalt hinweg mit dem Werkstück (1O) in Berührung kommt,!
wobei zwischen der Kathode (20) und dem Werkstück (1O) ein
elektrischer Strom durch den Elektrolytstrom (26, 26a, 26b) geleitet wird, der ausreichend groß ist, um in dam Elektrolytstrom
(26, 26a, 26b), der das Werkstück (1O) berührt, einen Zustand hervorzurufen, der mindestens dem der
Glimmentladungsachwelle entspricht, der jedoch kleiner ist als derjenige Strom , welqher einen das Werkstück abschirmenden
Dampffilm erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Geschwindigkeit, mit der die Kathode (20) und das Werkstück (1O) aufβinanderzubewegt werden, der linearen
Abtraggeschwindigkeit an dem Ausgleichespalt entspricht.
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- 4Zr-
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die an die Kathode (20) und das Werkstück (1O) angelegte Spannung bei einem Strom von nicht
mehr als 4 Ampere 300 bis 1200 Volt beträgt, und zwar so
hoch, daß durch den Strom und die Spannung in dem geladenen Elektrolytstrom (26, 26a, 26b) zwischen dem Werkstück (1O)
und der Kathode (20) eine so hohe Leistung übertragen wird, daß in dem Elektrolyten (26, 26a, 26b) ein mindestens an
der Schwelle des Gliaaentladungsbereich.es gelegener Zustand
erzeugt wirdj
5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Elektrolytstromes (26, 26a, 26b) und
des elektrolytischen Bades (18) ca. 20°C bis 900C beträgt,
und daß der Elektrolytstrom (26, 26a, 26b) unter einem Druck von in etwa 2,8 bis 4,2 kp/cm gegen das Werkstück
(1O) gerichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Erzeugung
Mehrerer Ausnehmungen in einem elektrisch leiteidei Werkstück,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einen Elektrolyten leitende Düsen (14, i4a, t4b) gegenüber einem Werkstück
(1O) angeordnet sind, wobei jede Düse (14, i4a, i4b)
aus einem gegen das Werkstück (10) gerichteten Mundstück (15) besteht, und wobei d» den Elektrolyten leitenden
Düsen (14, i4a, I4b) und die Kathoden (20) gegen das Werkstück
(to) bewegt und über den Ausgleichsspalt hinweg die geladenen Elektrolytströme (26, 26a, 26b) mit dem
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OFHGiNAL
Werkstück (1O) in Berührung gebracht werden.
7» Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, ansonst wie beschrieben und bzw* oder dargestellt»
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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US51529665 | 1965-12-20 | ||
DEG0047949 | 1966-09-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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US3403085A (en) | 1968-09-24 |
CH480909A (de) | 1969-11-15 |
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NL6613272A (de) | 1967-06-21 |
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DE1565558B2 (de) | 1975-10-02 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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