DE1565558A1 - Elektrolytisches Materialabtragungsverfahren - Google Patents

Description

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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

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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 geleitet_s 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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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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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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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

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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

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Fig. 3» ^ und 5 Teilschnitte durch eine aus dem Werkzeug

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®rlisli_s

Das verbesserte elekt2«©ljtis@lu©

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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

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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 Spaltbreite_e die durch dmu elektrioxsEa®«. Leiter_D t?±o s_eB_e da« elektrolytleche Bad bewirkt wird» zu verwende». §©ait kann, eisi© Vielssfel v&n ©la©m Sloktroljrfeöm !©!tampon U

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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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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.

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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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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)

XO PATENTANWALT MÜLLEP-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY BERLIN 33 (DAHLEM) - PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 ■ WIDENMAYERSTRASSE TELEFON 76 29 C-7 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON 22 55 85 · TELEGRAMME: PROPINDUS München, den 20. September I966 General Electric Company Schenectady, New York (USA) Patentansprüche

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

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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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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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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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