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TECHNISCHER BEREICH
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Der allgemeine, technische Bereich kann mit dem Begriff 'Graphitelektroden' umrissen werden: Solche Elektroden sind beispielsweise in der
DE 1 083 453 B beschrieben, werden als Stahlschmelz-Elektroden verwendet und über Verschraubungen von Elektroden-Teilen zusammengesetzt. Die Optimierung des notwendigen, elektrischen Kontakts führte rasch zu Anschlüssen wie sie in der
DE 1 082 237 B beschrieben sind: Sacklöcher werden mit Vorsprüngen versehen und eine flanschartige Nockenscheibe wird mit schmelzflüssigem Lot in der Bohrung in eingedrehter Position dauerhaft und elektrisch leitend eingegossen. Die
DE 1 665 266 A1 veranschaulicht hierzu, dass mit optimierten Lot-Systemen auch eine reine Lotverbindung die notwendigen Eigenschaften bereitstellen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist konkret im Bereich der Erodiergraphitelektroden angesiedelt.
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Erodiergraphit ist in seiner Leitfähigkeit deutlich homogener eingestellt als Graphit oder Kohle für Stahl- oder Elektrolyse-Elektroden. Grund hierfür ist die vorgesehene Verwendung: Elektroden aus Erodiergraphit dienen zur funkenerosiven Bearbeitung von metallischen Werkstücken. Hierzu wird der Elektrode auf ihrer Oberseite die angestrebte Werkstückform als negative Kontur verliehen. Anschließend wird die Elektrode unter Spannung mit der konturierten Oberseite auf das Werkstück aufgebracht. Gezielte Funkenüberschläge zwischen Elektrode und Werkstück bewirken eine Erosion an der Werkstückoberfläche, bis die Konturen von Elektrode und Werkstück exakt übereinstimmen. Ungleichmäßigkeiten in der Volumenleitfähigkeit der Elektrode würden hier zu ungleichmäßigem Funkenüberschlag führen. Das Werkstück würde nicht die angestrebte Form erhalten, sondern deformiert – schlimmstenfalls sogar zerstört. Deshalb ist Erodiergraphit durch hohe Reinheit und homogene Struktur gekennzeichnet, was die notwendige, gleichmäßige Volumen-Leitfähigkeit bereitstellt.
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Elektroden aus Erodiergraphit zur funkenerosiven Bearbeitung – nachfolgend als Erodiergraphitelektroden bezeichnet – werden sowohl mit nicht konturierter Oberseite als auch mit fertiger Kontur gehandelt. Wesentlich sind bei den Erodiergraphitelektroden die Unterseiten, über welche die elektrische Kontaktierung in einer Erodieranlage erfolgt. Erodieranlagen können vor diesem Hintergrund einerseits bloß die Erodier-Funktion aufweisen, andererseits aber auch komplex mit Regel-, Fräs- und Steuerbaugruppen das Ausarbeiten der benötigten Elektroden-Kontur direkt vor Ort vorsehen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erodiergraphitelektrode gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Schutzansprüche.
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Aus der
DE 27 43 275 C2 ist eine Erodiergraphitelektrode bekannt, welche mit einem Graphitkleber auf einer Tragplatte aufgeklebt wird. Die Tragplatte weist Gewindesacklöcher und eine trogförmige Unterseite auf. Die trogförmige Unterseite erlaubt das Einfüllen eines flüssigen Dielektrikums. Mit dem Graphitkleber muss ein ausreichender, elektrischer Kontakt zur Tragplatte sichergestellt werden, während das Dielektrikum einen elektrischen Kurzschluss zwischen bearbeitenden Fräswerkzeugen und einer tiefer liegenden Tragplatten-Aufnahme sicher verhindert.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Gattungsgemäße Erodiergraphitelektroden sind separat in eine Erodieranlage einsetzbar. 'Separat' bezeichnet hierbei die lösbare Verbindbarkeit der Erodiergraphitelektrode mit der jeweiligen Elektrodenhalterung. Abweichend zu den vorbeschriebenen Systemen wird die Erodiergraphitelektrode nicht stoffschlüssig verklebt, verzinnt oder verlötet sondern kraftschlüssig gehalten und kann jederzeit wieder als einzelnes Bauteil entnommen – mithin separiert – werden.
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Eine gattungsgemäße Erodiergraphitelektrode für eine entsprechende Halterung wird von der Anmelderin angeboten und wird in der
Zeitschrift 'Werkzeug & Formenbau' (Verlag Moderne Industrie GmbH, 86899 Landsberg), Ausgabe 11, 2010, Seiten 26 bis 28, offenbart: Eine in die Erodiergraphitelektrode unterseitig eingedrehte Gewindebuchse erlaubt – ggf. in Kombination mit zwei Pass-Stiften – das Einsetzen der Elektrode als separates und stets entnehmbares Bauteil.
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Nachteilig ist bei den gattungsgemäßen Erodiergraphitelektroden, dass die Rohlinge unterseitig stets passend zu einem kundenspezifischen Bohrbild, Stiftbild und/oder Gewindebild ausgestaltet werden müssen.
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Weiterhin problematisch ist, dass die gattungsgemäßen Erodiergraphitelektroden nicht weiter verwendet werden können, wenn die ausgebildete oder überarbeitete Kontur in ihrer Oberfläche nahe an einen Stift/eine Gewindebuchse heranreicht und die einheitliche Leitfähigkeit und/oder mechanische Stabilität dann nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Erodiergraphitelektrode bereitzustellen, welch trotz standardisierter, einheitlicher Unterseite eine individuelle Verwendbarkeit bereitzustellen vermag.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Merkmale der unabhängigen Schutzansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß ist eine Erodiergraphitelektrode, welche separat in eine Erodieranlage einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen rechteckige Erodiergraphitelektrode unterseitig mindestens einen gleichsinnig zu einer Seitenfläche und im Wesentlichen horizontal erstreckten Hintergriff aufweist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER MERKMALE
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Die Erodiergraphitelektrode weist erfindungsgemäß eine im Wesentlichen rechteckige Raumform auf. Handelt es sich bei der Erodiergraphitelektrode um einen noch zu konturierenden Rohling so kann eine exakt rechteckige Raumform gegeben sein; entscheidend ist, dass die Erodiergraphitelektrode zumindest im unkonturierten Zustand eine flächen- bzw. volumenfüllende Raumform aufweist, welche direkt aus einem größeren Erodiergraphitkörper ohne Verschnitt herausgeschnitten werden kann. Flächenfüllende Formen sind beispielsweise Dreiecke, Vierecke oder Sechsecke, während volumenfüllende Formen Würfel, Pyramiden und Oktaeder umfassen; durch Kombination nicht volumenfüllender Raumformen können – analog zu Penrose-Parkettierungen – auch volumenfüllende Kombinationskörper erreicht werden. Ein Verfahren, in dem so gehaltene Raumformen als unkonturierte Erodiergraphitelektroden aus einem Block oder einer Platte herausgeschnitten werden, wird vorteilhaft nur im Umfang der Schnittführung Materialverlust bewirken.
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Die Oberseite der Erodiergraphitelektrode dient nach der Konturierung zur Bearbeitung eines Werkstücks. Mithin ist die Unterseite der Erodiergraphitelektrode der Oberseite gegenüber liegend angeordnet, wobei Ober- und Unterseite über mindestens eine Seitenfläche verbunden sind. Die Erodiergraphitelektrode weist mithin eine Länge, eine Breite und eine Höhe auf; 'oberseitig' bezeichnet im Sinne der vorliegenden Beschreibung eine Ausrichtung nahe/an der Oberseite, während 'unterseitig' eine Ausrichtung nahe/an der Unterseite bezeichnet. Entsprechend bezeichnet 'horizontal' eine Ausrichtung gleichsinnig zur Unterseite, während 'vertikal' eine Ausrichtung von unten nach oben – mithin quer zu Ober- und/oder Unterseite – bezeichnet. Es versteht sich, dass diese relativen Bezüge allein auf die Erodiergraphitelektrode und nicht auf deren Verwendung abstellen; die beanspruchte Erodiergraphitelektrode kann in einer Erodieranlage stets passend zum Werkstück angeordnet, auf das Werkstück aufgebracht und so vorteilhaft verwendet werden; dies umfasst auch die Verwendung in Mehrkopf-Halterungen, bei denen die beanspruchte Erodiergraphitelektrode auch innerhalb der Anlage seitlich ausgedreht gehalten/bearbeitet/konturiert/verwendet werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die Erodiergraphitelektrode unterseitig mindestens einen gleichsinnig zu einer Seitenfläche und im Wesentlichen horizontal erstreckten Hintergriff auf. Abweichend von den etablierten Gewindesacklöchern ist die beanspruchte Erodiergraphitelektrode mit einem Hintergriff versehen, welcher gleichsinnig zur Unterseite ausgerichtet ist; solch ein Hintergriff ist mithin horizontal erstreckt, während die bisher etablierten Gewindesacklöcher eine vertikal in die Erodiergraphitelektrode aufsteigend eingefräste Spirale mit definierter Steigung aufwiesen. Ein 'Hintergriff' bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Fläche, welche eine im Wesentlichen vertikale Krafteinleitung erlaubt und mit überwiegender, bevorzugt reiner, Zug- oder Druckbelastung die Erodiergraphitelektrode unterseitig kraftschlüssig fixierbar macht. Durch diesen konstruktiven Kunstgriff kann die Erodiergraphitelektrode mit einem standardisierten Hintergriff versehen werden, welcher gegenüber den bekannten Gewindesacklöchern erhebliche Vorteile bietet: Der standardisierte Hintergriff erlaubt die vorteilhafte, durchgängige Verwendung eines gleichfalls standardisierten, eingreifenden Befestigungsmittels. Solch ein Befestigungsmittel wird nachfolgend auch als Adapter bezeichnet. Ein passend längs erstreckter Adapter lässt sich vorteilhaft direkt in die Erodiergraphitelektrode einfädeln/einschieben, was deutlich schneller und einfacher möglich ist als das geregelte Eindrehen einer Gewindebuchse und eines zusätzlichen, kraftbeaufschlagenden Gewindestabs. Weiterhin ist hier ein längerer Adapter, welcher seitlich übersteht, immer noch vorteilhaft kompatibel zur Erodiergraphitelektrode und kann auch bei variierter Länge der Erodiergraphitelektrode stets die notwendige Funktion bereitstellen. Da der Hintergriff horizontal erstreckt angeordnet ist, wird bei größerer Horizontalerstreckung der Erodiergraphitelektrode auch die hintergreifbare Strecke größer. Die aufbringbare Haltekraft steigt proportional zur Erstreckung an und muss nicht über spezifische Bohrbilder mit weiteren Stiften oder Gewindesacklöchern erhöht/sichergestellt werden. Weiterhin kann der horizontal erstreckte Hintergriff gegenüber den bekannten Gewindesacklöchern deutlich niedriger ausgeführt werden. Das nutzbare und konturierbare Volumen oberhalb der Unterseite der Erodiergraphitelektrode wird dadurch größer und die Erodiergraphitelektrode hält bei gleicher Größe eines nicht konturierten Rohlings deutlich länger.
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In konkreten Vergleichen ergab sich, dass wie vorbeschrieben ausgebildete, standardisierte Erodiergraphitelektroden mit 50% weniger an bodenseitig nicht nutzbarem Material im Durchschnitt bei einer mittleren Elektrodenhöhe von rund 60 mm grob 17% mehr nutzbares Material und bis zu 50% geringere Herstellungsskosten ermöglichen können.
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In der Verwendung in Erodieranlagen mit einem passend ausgestalteten Adapter ergaben sich im Schnitt 15% geringere Rüstzeiten, wobei in der Verwendung an manuell zu bedienenden Einzelhalterungen sogar bis zu 80% geringere Rüstzeiten erreicht werden konnten.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergriff im Querschnitt zu seiner Erstreckung betrachtet spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Ein spiegelsymmetrisch ausgebildeter Hintergriff weist dadurch in quer-Erstreckung gleich große, hintergreifbare Bereiche auf, welche den gleichen Abstand zur jeweils äußeren Seitenfläche einer unkonturierten, rechteckigen Erodiergraphitelektrode haben. Die Krafteinleitung über diese Bereiche erfolgt mithin symmetrisch zur jeweiligen vertikal-Achse und übt eine gleichmäßige Zugbelastung auf die Erodiergraphitelektrode aus. Solch ein Hintergriff umfasst beispielsweise zwei seitliche, spiegelsymmetrische Einfräsungen oder auch eine unterseitige, mittige Einfräsung mit symmetrisch seitlich auskragenden Bereichen oder auch eine Kombination solcher Fräsungen. Weiterhin bietet die spiegelsymmetrische Anordnung der hintergreifbaren Flächen den Vorteil, dass mit bevorzugt elektrisch leitendem Adapter eine bessere und zugleich gleichmäßigere, elektrische Kontaktierung auch über den Hintergriff unterstützt werden kann: Strom kann in Einbaulage auch über den Adapter und dessen Auflageflächen gleichmäßig verteilt durch die Erodiergraphitelektrode geleitet werden.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass die Erodiergraphitelektrode eine Verdrehsicherung in Form einer asymmetrischen Fräsung oder Ausklinkung aufweist. Hier kann eine Einfräsung, welche einen Hintergriff bereitstellt, vorteilhaft in Erstreckungsrichtung konisch verjüngend ausgebildet sein, wodurch eine in Erstreckungsrichtung verjüngende Aufnahme, welche die Fräsung formschlüssig zu hintergreifen vermag, nur noch in einer Richtung in die Erodiergraphitelektrode eingeschoben werden kann. Besonders bevorzugt ist die Fräsung oder Ausklinkung als zusätzliche, konstruktive Maßnahme außerhalb des Kraftflusses angeordnet; beispielsweise kann durch Rundfräsen einer bodenseitigen Längskante einer rechteckigen Erodiergraphitelektrode eine Asymmetrie eingebracht werden, welche in Kombination mit einer formschlüssig umgreifenden Aufnahme nur noch eine passende Orientierung der Erodiergraphitelektrode zulässt. Wird bei der vorbeschriebenen Aufnahme im Bereich der rundgefrästen Kante vorteilhaft eine Elastomer-Schnur hoher Haftkraft eingelegt, so wird bei falscher Ausrichtung der Erodiergraphitelektrode die ungefräste Kante auf dem Elastomer auflaufen und ein Einschieben wirksam verhindern, ohne dass es zu Verspannungen oder Beschädigungen kommen könnte; weiterhin kann auch im unbelasteten Innen- oder Seiten-Bereich eine Nut eingefräst werden, welche bei einem seitlichen Einschieben der Erodiergraphitelektrode über einen seitlich eintauchenden Sicherungsstift/Elastomerstift der Halterung eine eindeutige Orientierung der Erodiergraphitelektrode notwendig macht. In jedem Fall stellt eine solche Verdrehsicherung vorteilhaft eine eindeutige Orientierung der Elektrode sicher, wodurch Fehlmontagen und längere Rüstzeiten durch solche Fehlmontagen ausgeschlossen werden können.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass die Erodiergraphitelektrode zumindest anteilig aus isostatisch gepresstem Graphit besteht. Isostatisch gepresster Graphit weist eine gleichmäßigere Verteilung der kristallisierten Domänen auf, wobei sich durch den während der Herstellung allseits gleichmäßig aufgebrachten Druck keine Vorzugsrichtung in der Orientierung der Kristall-Domänen ausbildet. Mithin ist isostatisch gepresster Graphit homogener und deutlich polykristalliner in seiner Mikrostruktur und gleichmäßiger in seinen Volumeneigenschaften. Diese Vorteile, wie sie bevorzugt bei rein aus solchem Graphit gefertigten Erodiergraphitelektroden besonders ausgeprägt sind, können in Graphitmischungen gleichsinnig eingebracht werden, indem zumindest ein wesentlicher Anteil der Erodiergraphitelektrode aus isostatisch gepresstem Graphit ausgebildet wird.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass die Erodiergraphitelektrode zumindest anteilig aus pulvertechnisch extrudiertem, carbonisiertem Graphit besteht. Pulvertechnisch extrudierter, carbonisierter Graphit wird mit Verfahren und Maßnahmen, wie sie im Bereich des keramischen Spritzgießens (internat. Abkürzung 'CIM' = ceramic injection moulding) bekannt sind, hergestellt und angeboten. Wird in die zu extrudierende Mischung ein Anteil an Fasern oder orientierten Kohle- und/oder Graphitfasern eingebracht, so richten sich diese häufig im Reibschluss mit der Öffnung des Extrusions-Profils aus und verleihen dem extrudierten Strang/Körper eine Anisotropie längs zur Extrusionsrichtung. Je nach Zuschlag und Zusatz kann so eine Eigenschaft der Erodiergraphitelektrode in einer Raumrichtung gezielt eingestellt werden, was besonders bei Spezialanwendungen mit präzise eingestellter Leitfähigkeit und/oder Elastizität in einer Richtung vorteilhaft zum Tragen kommen kann. Vor diesem Hintergrund offenbart die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Erodiergraphitelektrode, in welchem ein Grünling spritzgusstechnisch gewonnen, bei erhöhter Temperatur zum Braunling entbindert und abschließend zur fertigen Erodiergraphitelektrode gebrannt und/oder carbonisiert wird; es versteht sich, dass die Anisotropie sowohl gleichsinnig als auch mit abweichender Richtung zur vertikalen Erstreckung der Erodiergraphitelektrode gezielt eingebracht werden kann. Besonders vorteilhaft kann ein Extrusionsprofil bereits einen Hintergriff, bevorzugt einen spiegelsymmetrischen Hintergriff, mit vorsehen. Dadurch kann direkt ein ablängbarer Rohling erhalten werden, welcher ohne weitere, zusätzliche Fräsungen vorteilhaft hintergriffen, fixiert und verwendet werden kann.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergriff als durchgehende Nut ausgebildet ist. Eine durchgehende Nut bietet den Vorteil, dass durchgängig auf derselben Halterung unterschiedlich breite und/oder lange Erodiergraphitelektroden ausgerichtet und kraftschlüssig fixiert werden können. Es versteht sich, dass solch ein Hintergriff mit zusätzlichen Fräsungen/Hintergriffen kombinierbar ist, sofern größere Haltekräfte notwendig sein sollten. Durch eine standardisierte Nut kann in jedem Fall sichergestellt werden, dass eine erste, ausreichende Ausrichtung und Fixierung möglich ist. Vor diesem Hintergrund offenbart die vorliegende Erfindung auch eine Verwendung, bei der eine Erodiergraphitelektrode in einer Erodieranlage über eine standardisierte Nut fixiert, mit zusätzlichen Fräsungen versehen, über die zusätzlichen Fräsungen verbessert hintergriffen und kontaktiert und abschließend zur erodierenden Werkstückbearbeitung verwendet wird.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergriff mit glatter, durchgehender Außenfläche und mindestens einem horizontalen Auflagebereich ausgebildet ist. Ein horizontaler Auflagebereich stellt sicher, dass im Rahmen der kraftschlüssigen Fixierung nur Zug- und keine Scherkräfte auf die Erodiergraphitelektrode ausgeübt werden. Eine glatte, durchgehende Außenfläche minimiert das Risiko der Rissbildung und beugt sprödem Kerb-Bruch an scharfen Kanten vor, welcher über die Kerben gleichermaßen Querrisse induzieren kann. Besonders bevorzugt wird die Oberfläche direkt nach der Fräsung mit eingestellter Luftfeuchtigkeit und/oder unter Aufbringung reaktiver, oberflächenaktiver Stoffe konditioniert, um die Leitfähigkeit und Sprödigkeit gezielt einzustellen.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass die Erodiergraphitelektrode über einen in den Hintergriff einsetzbaren, elastischen Adapter mit einer Erodieranlage kraftschlüssig verbindbar ist, wobei der Adapter einen Elastizitätsmodul von mindestens 60 Kilo-Newton pro Quadratmillimeter, bevorzugt 75 bis 450 Kilo-Newton pro Quadratmillimeter, besonders bevorzugt (160 +– 80) Kilo-Newton pro Quadratmillimeter, aufweist. Je höher der Elastizitätsmodul, desto kleiner und niedriger kann grundsätzlich ein elastischer Adapter, welcher den Kraftschluss bereitstellt, ausgebildet sein. Für besonders wertvolle Erodiergraphite empfiehlt sich mithin vorteilhaft ein faserverstärkter Adapter mit äußerst hohem Elastizitätsmodul, welcher ein maximales Volumen der Erodiergraphitelektrode nutzbar macht. Allerdings bedingt ein zu hoher Elastizitätsmodul eine immer geringere Deformation des Adapters: Auflagelinien werden dann kaum elastisch zu einer Auflagefläche deformiert. Im besonders bevorzugten Bereich konnte stets eine kraftschlüssige und zugleich ausreichend kontaktierende Flächenpressung für übliche Erodiergraphitelektroden bei deutlich geringerer Höhe des Hintergriffs im Vergleich zu einer Gewindesackloch-Halterung erzielt werden.
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Bevorzugt ist ein Adapter als standardisiertes, längs erstrecktes Bauteil aus einem dauerhaften Werkstoff, besonders bevorzugt Werkzeugstahl, hergestellt. Ein so ausgebildeter Adapter unterliegt keinem Verbrauch oder wesentlichen Verschleiß, sondern ist ein fester, dauerhafter Bestandteil einer Erodieranlage, welche die vorbeschriebenen, passend abgelängten Erodiergraphitelektroden aufzunehmen vermag. Durch die Verwendung eines dauerhaften Adapters in Kombination mit der vorbeschriebenen, separaten Erodiergraphitelektrode, können vorteilhaft Rüstzeiten und auch Betriebskosten weiter abgesenkt werden.
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Bevorzugt ist die Erodiergraphitelektrode dadurch gekennzeichnet, dass die Erodiergraphitelektrode als längserstreckter, ablängbarer Rohling ausgebildet ist. Eine Standardisierung der Erodiergraphitelektrode in Bezug auf ihre Höhe, Breite und unterseitige Halterung reduziert die Anzahl an notwendigen Maßen, die vorrätig gehalten werden müssen, erheblich; so sind vorliegend bei 117 verschiedenen Abmessungen nur noch 9 Rohlinge notwendig. Die Anzahl zu lagernder Rohlinge reduziert sich somit um mehr als 90%. In Kombination mit einer Anlage, bevorzugt Erodieranlage, welche solche Erodiergraphitelektroden aus einem Stangenmagazin oder einem Stangenmagazin-Lager geregelt einzieht, ablängt und der weiteren Verwendung zuführt, können Aufträge deutlich kostengünstiger und effizienter abgewickelt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen. Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen, bevorzugten Merkmale, Vorteile und nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkend aufzufassen sind. Vorteilhafte oder bevorzugte, zusätzliche Merkmale und zusätzliche Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung erläutert sind, können im Rahmen der unabhängigen Schutzansprüche im beanspruchten Gegenstand sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Figuren veranschaulichen jeweils an Hand von Prinzipskizzen...
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1 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer T-Nut nebst zugehörigem Adapter
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2 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form eines Schwalbenschwanzes nebst zugehörigem Adapter
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3 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer T-Nut in Kombination mit schiefen Ebenen nebst zugehörigem Adapter
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4 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer Nut mit doppeltem Hintergriff nebst zugehörigem Adapter
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5 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer Nut mit kontinuierlicher, glatter Außenfläche nebst zugehörigem Adapter
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6 längs-Sicht einer vorteilhaften Ausführungsform einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer außenseitig eingefrästen Doppelnut nebst zugehörigen Adaptern
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7 isometrische Ansicht eines rechteckigen Rohlings einer Erodiergraphitelektrode mit unterseitigem, T-förmigem Hintergriff mit gerundeten Innenkanten
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8 isometrische Ansicht eines Montage-Schemas, bei dem ein rechteckiger Rohling gemäß 7 auf einen T-förmigen Adapter aufgeschoben und auf einen Halteblock einer Erodieranlage aufgesetzt wird; die Fixierung erfolgt über Schrauben, welche in den Adapter eingreifend eine Zugkraft übertragen, welche die Erodiergraphitelektrode auf den elektrisch leitenden Halteblock gleichmäßig aufpresst
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9 isometrische Ansicht des befestigten Rohlings gemäß 8
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DETAILLIERTE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG AN HAND VON AUSFÜHRUNGBEISPIELEN
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 1 weist eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht unterseitig einen spiegelsymmetrischem Hintergriff in Form einer T-Nut auf. Ein zugehöriger Adapter ist entsprechend T-förmig ausgebildet und weist somit zwei zu den Seiten auskragende, horizontale Bereiche auf, welche in Einbaulage innerhalb einer Erodieranlage vorteilhaft reine Zugkräfte auf die gleichfalls horizontalen, hintergriffenen Erodiergraphitelektrodenbereiche aufzubringen vermögen. Die Krafteinleitung kann bei dem Adapter über ein eingefrästes Innengewinde erfolgen, welches als gestrichelte Linie angedeutet ist. Zur Montage in einer Erodieranlage wird somit der Adapter in die Erodiergraphitelektrode eingeschoben, über zwei Gewindestangen mit einer Spannmechanik einer Elektrodenhalterung verbunden und – vorzugsweise geregelt – der Adapter samt Erodiergraphitelektrode in der gewünschten Position fest angezogen. Der elektrische Kontakt wird dabei im kraftschlüssigen Reibschluss der Unterseite der Erodiergraphitelektrode auf der Auflagefläche der Elektrodenhalterung hergestellt. Eine vorteilhafte Einstellung des elektrischen Kontakts über Leitfähigkeitspasten ist hierbei möglich, aber häufig nicht notwendig. Die innere Kante der T-Nut ist hierbei schräg abgerundet worden, um Kerb-Beschädigungen während des Einschiebens des Adapters zu vermeiden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 2 umfasst eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht unterseitig einen spiegelsymmetrischen Hintergriff in Form eines Schwalbenschwanzes. Der zugehörige Adapter ist entsprechend in Schwalbenschwanzform trapezoid ausgebildet und vermag die Erodiergraphitelektrode über zwei symmetrische, schiefe Ebenen zu hintergreifen. Die Krafteinleitung erfolgt über die schiefen Ebenen im Wesentlichen in vertikaler Richtung, wobei die horizontale, nach außen wirkende Komponente vorteilhaft über eine seitlich die Erodiergraphitelektrode formschlüssig und synchron Spannung aufbringende Aufnahme (nicht dargestellt) kompensiert werden kann; durch diesen Kunstgriff kann die horizontal wirkende Kraftkomponente kompensiert und gleichzeitig die elektrisch die Erodiergraphitelektrode im Reibschluss kontaktierende Fläche vergrößert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 3 weist eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht unterseitig einen spiegelsymmetrischen Hintergriff in Form einer T-Nut in Kombination mit zwei schiefen, zur Elektrodenmitte ansteigenden Ebenen nebst zugehörigem Adapter auf. Wird hier der Adapter analog zu 1 eingeschoben und fest angezogen, so werden die schiefen Ebenen jeweils eine Kraftkomponente zum Adapter hin bewirken, welche die hintergriffenen Bereiche auf den formschlüssig ausgebildeten Adapter mit vergrößerter Auflagefläche aufpressen; letzteres erlaubt besonders vorteilhaft bei faserverstärkten Erodiergraphitelektroden mit erhöhter Elastizität eine zusätzliche, die Position fixierende und den Reibschluss verbessernde Krafteinleitung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 4 weist eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht unterseitig einen spiegelsymmetrischen Hintergriff in Form einer Nut mit doppeltem Hintergriff nebst zugehörigem Adapter auf; besonders vorteilhaft vermag ein solcher Hintergriff auch bei schmalen Erodiergraphitelektroden mit Faserverstärkung analog zu 2 eine große, hintergeifbare Gesamtfläche unter vorteilhafter Maximierung von reibschlüssig kontaktierter Fläche bereitzustellen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 5 weist eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht unterseitig einen spiegelsymmetrischen Hintergriff in Form einer Nut mit kontinuierlicher, glatter Außenfläche nebst zugehörigem Adapter auf. Besonders vorteilhaft sind dabei sämtliche Bereiche eines eingefrästen Profils durch glatte, kontinuierliche Übergange gekennzeichnet und bilden horizontale, hintergeifbare Auflagebereiche aus, auf denen ein mit leichter Fehlpassung ausgebildeter Adapter zunächst nur eine längs verlaufende Auflagelinie in einer eng ausgestalteten Spaltfuge gemeinsam hat. Unter Kraftbeaufschlagung wird die Auflagelinie elastisch zu einer reibschlüssigen, kontaktierenden Andruckfläche deformiert; dadurch kann eine präzise Flächenpressung konstruktiv für eine vorgegebene Kraftbeaufschlagung eingestellt werden.
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Besonders vorteilhaft besteht der Adapter aus einem parametrisierten Werkzeugstahl, welcher in Kombination mit einem Erodiergraphit mit einheitlicher Mikrostruktur eine elastische Flächenpressung präzise einstellbar zugänglich macht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß 6 weist eine Erodiergraphitelektrode in längs-Sicht einen unterseitigen, spiegelsymmetrischen Hintergriff in Form einer außenseitig eingefrästen Doppelnut nebst zugehörigen Adaptern auf. Außenseitige Einfräsungen bieten den Vorteil, dass die passgenaue Ausrichtung von hintergeifendem Adapter und Erodiergraphitelektrode direkt optisch kontrollierbar gehalten sind und bei Bedarf eine Kontakt vermittelnde Paste auch nachträglich noch seitlich entlang des Längs-Spaltes der eingespannten Erodiergraphitelektrode während der Verwendung aufgebracht werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Erodiergraphitelektrode eine unterseitig ausgebildete Nut auf, welche sowohl spiegelsymmetrisch hintergreifbare, seitliche Auflagen als auch mittig umgreifbare Ausformungen aufweist. Mit einem nicht völlig formschlüssig ausgebildeten Adapter wird so eine kombinierte Krafteinleitung möglich, welche die Erodiergraphitelektrode gleichmäßger fixiert: In eingeschobener, nicht fixierter Position liegen zunächst nur seitliche Auflagebereiche analog zur 1 aufeinander auf. Wird ein metallisch elastisch deformierbarer, duktiler Adapter nun nach unten hin über eingeschraubte Gewindestäbe festgezogen, so gelangen die mittig hintergreifenden Abschnitte in Auflageposition und leiten ihrerseits mittig zusätzliche Zugkraft analog zur 6 ein. Ein solcher Adapter kann beispielsweise die Form eines längs geöffneten, nach außen umgebogenen Rohres haben, das im Querschnitt im Wesentlichen ein auf den Kopf gestelltes Omega-Profil aufweist: Die seitlich auskragenden, oberseitigen Füße stellen die formschlüssigen Auflagen bereit. Werden diese mit Kraft beaufschlagt, wird das verbleibende Kreisprofil symmetrisch und elastisch nach innen deformiert und hintergeift dann kraftschlüssig den in das Kreisprofil erstreckten Abschnitt der Erodiergraphitelektrode. Vorteilhaft kann so mit einem einzigen Adapter eine gestufte Krafteinleitung analog zu den 1 und 6 erfolgen. Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall die Form der Nut variiert werden kann, um mehr Kraft mittig oder auch außenseitig in die Erodiergraphitelektrode einzuleiten.
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In vorteilhafter Ausführungsform ist die Erodiergraphitelektrode als längserstreckter, ablängbarer Rohling ausgebildet, weist eine im Wesentlichen rechteckige Raumform auf, weist einen zu einer vertikal halbierenden Ebene spiegelsymmetrisch ausgebildeten Hintergriff in Form mindestens einer durchgehenden, eingefrästen Längsnut mit abgerundeten Kanten auf, besteht aus isostatisch gepresstem Graphit mit mittlerem Porenradius im Bereich 0,1 bis 20 Mikrometer, bevorzugt 0,5 bis 15 Mikrometer, besonders bevorzugt 3 +– 2,9 Mikrometer, enthält maximal 1 Promill, bevorzugt weniger als 0,1 bis 0,8 Promill, besonders bevorzugt um (0,4 +– 0,35) Promill, an Verunreinigungen und ist über einen in den Hintergriff einführbaren, elastischen Adapter mit einer Erodieranlage verbindbar; hierbei weist der Adapter einen Elastizitätsmodul von 80 bis 240, bevorzugt 190 +– 30, Kilo-Newton pro Quadratmillimeter auf, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 bis 40, bevorzugt (16 +– 5), Mikrometer pro (Kelvin Meter) auf, weist eine Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 90, bevorzugt (28 +– 4), Watt pro (Kelvin Meter) auf, weist metallische Leitfähigkeit gegenüber elektrischem Strom auf und weist mindestens eine im Wesentlichen horizontal erstreckte Auflagefläche für eine kraftschlüssige Flächenpressung im Hintergriff der Erodiergraphitelektrode auf.
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Gemäß 7 ist in besonders vorteilhafter Ausführungsform ein rechteckiger Rohling einer Erodiergraphitelektrode mit einem unterseitigen, T-förmigen Hintergriff mit gerundeten Innenkanten versehen. Der noch zu konturierende Rohling hat hier eine exakt rechteckige Raumform, welche direkt aus einem größeren Erodiergraphitkörper herausgeschnitten werden kann. Die volumenfüllende Raumform wird als unkonturierte Erodiergraphitelektrode aus einem Block oder einer Platte herausgeschnitten, wobei nur im Umfang der Schnittführung Materialverlust anfällt. Die Oberseite der Erodiergraphitelektrode dient nach einer Konturierung zur Bearbeitung eines Werkstücks. Der vorteilhafte Erodiergraphitelektroden-Rohling umfasst unterseitig einen gleichsinnig zur Längserstreckung im Wesentlichen horizontal erstreckten, spiegelsymmetrischen, als Nut ausgebildeten Hintergriff in T-Form. Der standardisierte Hintergriff kann vorteilhaft mit einem gleichfalls standardisierten, formschlüssig eingreifenden Befestigungsmittel beliebiger Längserstreckung fixiert werden. Solch ein Befestigungsmittel, vorliegend auch als Adapter bezeichnet, wird in der nachfolgenden Figur näher veranschaulicht.
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Gemäß 8 kann vorteilhaft ein rechteckiger Rohling gemäß 7 auf einen T-förmigen Adapter aufgeschoben und auf einen Halteblock einer Erodieranlage aufgesetzt werden; die Fixierung des Adapters erfolgt über Schrauben, welche in den Adapter eingreifend eine Zugkraft übertragen. Der passend längs erstreckte Adapter wird vorteilhaft in die Erodiergraphitelektrode eingefädelt/eingeschoben. Auch ein längerer Adapter, welcher seitlich überstehen würde, wäre hier ob der symmetrischen Ausgestaltung des Hintergriffs immer noch vorteilhaft kompatibel zur Erodiergraphitelektrode und kann stets die notwendige Funktion bereitstellen. Die kompaktere, resultierende Einbaulage wird an Hand der 9 erläutert.
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Gemäß 9 ist vorteilhaft das nutzbare und konturierbare Volumen oberhalb der Unterseite der Erodiergraphitelektrode in erfindungsgemäßer Einbaulage wesentlich größer und die Erodiergraphitelektrode hält bei gleicher Größe eines nicht konturierten Rohlings deutlich länger. In konkreten Vergleichen ergab sich für die veranschaulichte Bauform, dass standardisierte Erodiergraphitelektroden mit 50% weniger an bodenseitig nicht nutzbarem Material im Durchschnitt bei einer mittleren Elektrodenhöhe von rund 60 mm grob 17% mehr nutzbares Material und bis zu 50% geringere Herstellungsskosten ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1083453 B [0001]
- DE 1082237 B [0001]
- DE 1665266 A1 [0001]
- DE 2743275 C2 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Zeitschrift 'Werkzeug & Formenbau' (Verlag Moderne Industrie GmbH, 86899 Landsberg), Ausgabe 11, 2010, Seiten 26 bis 28 [0008]
