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Kontaktscheibe für kontakt-elektrolytische Bearbeitung
Es ist allgemein bekannt, dass für eine wirksame kontaktelektrolytische Bearbeitung zwei Bedingun- gen erfüllt sein müssen, nämlich einerseits hohe Stromdichte und anderseits die Anwesenheit von fri- scher, unverbrauchter Elektrolytflüssigkeit an der Arbeitsstelle. Für hohe Stromdichte ist ein geringer Ab- stand zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich, und für die Heranführung von Elektrolytflüssigkeit wird allgemein in erster Linie eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück verwendet.
In der Praxis wurde bisher für die Probleme der Einhaltung des gewünschten kleinen Abstandes und der Heranführung der Elektrolytflüssigkeit nur eine einzige Lösung als geeignet befunden, nämlich die
Verwendung einer mit isolierenden Abstandsgliedern (Diamanten) besetzten, rotierenden Metallscheibe, wie sie z. B. grundlegend in der USA-Patentschrift Nr. 2,826, 540 und in der brit. Patentschrift Nr. 724, 521 beschrieben ist. Die Abstandsglieder halten dabei nicht nur den gewünschten Abstand aufrecht,. sondern sie dienen auch dazu, in ihren Zwischenräumen Elektrolytflüssigkeit mitzuführen. Es wurde unter anderem schon deshalb gar nicht versucht, von dieser Konstruktion abzuweichen, weil die Abstandsglieder der bekannten Kontaktscheiben noch eine weitere Aufgabe haben, nämlich die mechanische Entfernung der auf dem Werkstück entstehenden Oxydhaut.
Die mit diesem bekannten Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung verbundenen Nachteile sind die folgenden : Durch Abnützung der Abstandsglieder wird der eingehaltene Abstand allmählich kleiner, was durch Herabsetzung der elektrischen Speisespannung und des Stromes kompensiert werden muss ; dazu sind relativ teuere Stromquellen mit komplizierten Regulierungen erforderlich. Durch die auftretende (und notwendige) mechanische Bearbeitung entstehen Erwärmung, die sich in vielen Fällen nachteilig auswirkt (durch Veränderungen des Werkstückes), und Schleifgratbildung. Ferner gelingt es nicht, in befriedigender Weise verschiedene Materialien, z. B. einen Drehstahl mit einer Hartmetalleinlage, zusammen zu bearbeiten, da das weichere Material die Kontaktscheibe verschmiert bzw. verklebt.
Zudem ist die zwischen den Abstandsgliedern mitgeführte Elektrolytmenge bei in Bearbeitungsrichtung relativ langen Werkstücken ungenügend ; d. h., der Elektrolyt wird verbraucht, bevor das Ende des Werkstückes erreicht ist.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Kontaktscheibe zu schaffen, welche die Vermeidung dieser Nachteile gestattet.
Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass im Kontaktbelag der Scheibe eine in sich geschlossene Ringnut vorgesehen ist, die in diesem Belag quer zu dessen Bewegungsrichtung hin-und hergeführt ist und den Belag an keiner Stelle verlässt, und dass die Scheibe Kanäle für die Zufuhr von Elektrolytflüssigkeit in die Ringnut aufweist, um auf der Arbeitsfläche des Kontaktbelages einen gleichmässigen Elektrolytfilm konstanter Dicke zu bilden.
Die erfindungsgemässe Ringnut im Kontaktbelag kann unabhängig von allfälligen Abstandsgliedern (die auch ganz wegfallen können) alle bisher von diesen Gliedern erfüllten Aufgaben übernehemen : Durch die reichliche und gleichmässige Zufuhr von Elektrolytflüssigkeit ergibt sich ein gleichmässiger, konstanter (nicht von Abnützung beeinflusster) Elektrolytfilm und damit Abstand zwischen Kontaktscheibe und Werkstück, wobei der Elektrolyt im Arbeitsbereich viel rascher erneuert wird als bei den bekannten Kon- taktscheiben. Gleichzeitig tritt an den Rändern der Nut eine wesentlich höhere als die mittlere Strom-
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dichte auf, wodurch die störende Oxydhaut des Werkstückes ohne mechanische Bearbeitung (durch Elek- troerosion) entfernt werden kann.
Weil auf die mechanische Bearbeitung verzichtet werden kann, treten auch die mit derselben verbundenen Nachteile (Erwärmung, Gratbildung) nicht auf, und es ist ohne wei- teres möglich, verschiedene Materialien zusammen zu bearbeiten. Zudem kann nicht nur die erforderliche Stromquelle, sondern, falls die Abstandsglieder (Diamanten) weggelassen werden, auch die Schei- be selbst einfacher und billiger gestaltet sein.
Es ist zwar eine Schleifwalze für konventionelles Schleifen bekannt, die in der Arbeitsfläche hin- und hergeführte Nuten aufweist. Diese Nuten dienen jedoch nicht zur Flüssigkeitszufuhr. Bei einer andern bekannten Schleifscheibe für konventionelles Schleifen sind Kanäle für die Zufuhr von Wasser zur Arbeitsfläche, jedoch keine Nuten in derselben, vorgesehen. Aus den eingangs genannten Gründen wurde bisher nie versucht, die eine oder andere dieser bei gewöhnlichen Schleifscheiben bekannten Massnahmen bei einer Kontaktscheibe anzuwenden.
Ferner sind Kontaktscheiben für Bearbeitung durch Funkenerosion bekannt, die in der Arbeitsfläche teilweise quer zur Drehrichtung verlaufende Nuten für die Zufuhr eines Dielektrikums aufweisen, wobei die Nuten jedoch aus der Arbeitsfläche heraustreten. Solche Scheiben würden jedoch bei der kontaktelektrolytischen Bearbeitung keine befriedigenden Resultate ergeben, weil die Elektrolytflüssigkeit gröss tenteils aus den Nuten herausgeschleudert würde, so dass die Flüssigkeit im Elektrolytfilm zwischen der Scheibe und dem Werkstück nicht genügend rasch erneuert würde, insbesondere bei in Bearbeitungsrichtung relativ langem Werkstück. Zudem treten bei solchen Nuten an den Stellen, an welchen sie die Arbeitsfläche bzw. den Kontaktbelag verlassen, zerstörende Randelektrolysen auf.
Diese Nachteile treten bei der erfindungsgemässen Kontaktscheibe nicht auf, weil die Nut eine geschlossene Ringnut ist, die den Kontaktbelag an keiner Stelle verlässt.
Das erwähnte Hin- und Herführen der Ringnut quer zur Bewegungsrichtung des Kontaktbelages besteht bei den einfachsten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes darin, dass bei einer Topfscheibe mit seitlicher Arbeitsfläche die Ringnut die Form eines exzentrischen Kreisringes hat, während bei am Umfang angeordnetem Belag die Ringnut in einer zur Drehebene der Scheibe geneigten Ebene liegt.
Damit auch beim Bearbeiten von empfindlichen Bearbeitungsformen, wie Radienschleifen, Schleifen von kleinsten Fasen usw., die Generatorspannung nicht geändert und/oder die Kontaktscheibe nicht ausgewechselt werden muss, kann der Kontaktbelag der Scheibe gemäss der Erfindung zwei nebeneinander angeordnete Ringzonen unterschiedlicher Stromdurchlässigkeit aufweisen. Damit dabei die Ringnut die Feinbearbeitung nicht stört, kann es bei solchen Scheiben vorteilhaft sein, die Ringnut nur in der Zone mit der höheren Stromdurchlässigkeit anzuordnen.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen der Kontaktscheibe gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine als Topfscheibe ausgebildete Kontaktscheibe, Fig. 2 eine Ansicht der Scheibe nach Fig. 1 in axialer Richtung gesehen, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kontaktscheibe mit auf der Umfangsfläche angeordnetem Kontaktbelag, Fig. 4 eine Ansicht der Scheibe nach Fig. 3 in axialer Richtung, Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine Topfscheibe, deren Kontaktbelag in zwei Zonen unterteilt ist, und Fig. 6 eine Ansicht der Scheibe nach Fig. 5 in axialer Richtung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Topfscheibe umfasst einen Scheibentragkörper 2, der mit einer zentralen Bohrung 3 zur Befestigung auf der Spindel einer Schleifmaschine versehen ist. Auf einer seitli"T. chen Oberfläche des Scheibentragkörpers 2 ist ein ringförmiger, in sich geschlossener Kontaktbelag 1 angeordnet. Im Belag 1 ist eine in sich geschlossene Ringnut 4 vorgesehen, welche im Belag quer zu dessen Bewegungsrichtung bei Drehung der Scheibe hin-und hergeführt ist. Die Ringnut 4 hat die Form eines exzentrischen Kreisringes, welcher an einer Stelle nahe beim äusseren Rand und an einer andern Stelle nahe beim inneren Rand des Belages 1 liegt, ohne diesen Belag zu verlassen.
Die Ringnut 4 steht über radiale Kanäle 6 mit einer ringförmigen Zufuhrnut 5 in Verbindung.
Im Betrieb wird bei rotierender Scheibe ein Elektrolyt in die Zufuhrnut 5 geführt und fliesst aus dieser Nut 5 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft durch die Kanäle 6 in die Ringnut 4. Die Durchflussge- schwindigkeit der Flüssigkeit durch die Kanäle 6 ist dabei durch die Querschnittsflächen dieser Kanäle und durch die Drehzahl der Scheibe bestimmt. Die aus der Ringnut 4 austretende Flüssigkeit, die auf der Oberfläche des Belages 1 wegen der exzentrischen Anordnung der Nut 4 hin-und hergeführt wird, bildet auf derselben einen gleichmässigen Flüssigkeitsfilm.
Es ist klar, dass die Ringnut 4 im Belag 1 auch andere Formen haben könnte, z., B. die Form eines elliptischen Ringes, der an zwei Stellen nahe beim äusseren Rand und an zwei andern Stellen nahe beim inneren Rand des Belages 1 liegt.
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In den Fig. 3 und 4 ist eine Kontaktscheibe mit auf dem Umfang angeordnetem Kontaktbelag l' dargestellt. Der Belag l'wird von einem Scheibentragkörper 2'getragen, der mit einer zentralen Bohrung 3'zu seiner Befestigung versehen ist.
Im Belag l* ist eine in sich geschlossene Ringnut 4'vorgesehen, welche im Belag l'quer zu seiner
Bewegungsrichtung bei Drehung der Scheibe hin-und hergeführt ist. Die Ringnut 4'hat die Form eines elliptischen Ringes, dessen Ebene zur Rotationsebene der Scheibe leicht geneigt ist.
Im Betrieb kann der Ringnut 4'durch nicht dargestellte Kanäle eine Elektrolytflüssigkeit zugeführt werden, um auf der Oberfläche des Belages l'einen gleichmässigen Flüssigkeitsfilm zu bilden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine elektrolytische Kontaktscheibe, deren Kontaktbelag in zwei Zonen un- terteilt ist. Diese Scheibe, die im übrigen ähnlich aufgebaut sein kann wie diejenige nach Fig. 1 und 2, weist einen Scheibentragkörper 2" mit einem seitlichen Kontaktbelag auf. Dieser Kontaktbelag ist in zwei nebeneinander angeordnete, voneinander getrennte Zonen la und 1b unterteilt. Unter der Zone la des Kontaktbelages ist im Scheibentragkörper eine elektrische Widerstandsschicht 7 vorgesehen. Diese Schicht 7 kann z. B. aus demselben Metall bestehen wie der Scheibentragkörper, wobei aber zur Widerstandserhöhung Isolierkörper, z. B. aus Glas, Quarz, Aluminiumoxyd, Siliciumcarbid od. dgl., eingesintert sind. Die Schicht 7 kann aber auch aus einer Widerstandslegierung bestehen.
Die Widerstandsschicht 7 ist so bemessen, dass sich. wenn ein kleines Werkstück auf der Zone la bearbeitet wird, ein beispielsweise etwa 3 mal kleinerer Strom ergibt als beim Schleifen auf der Zone Ib.
Der Kontaktbelag dieser Scheibe weist also zwei Zonen unterschiedlicher Stromdurchlässigkeit und damit verschieden starker Schleifwirkung auf.
Auch bei dieser Scheibe ist im Kontaktbelag eine in sich geschlossene Ringnut 4" in der Form eines exzentrischen Kreisringes vorgesehen. Diese Ringnut ist nur in der Zone mit der grösseren Schleifwirkung, d. h. in der Zone 1b des Kontaktbelages, angeordnet, während die Zone la eine glatte Oberfläche hat. Eine Rille oder Nut in der Zone la könnte sich bei der Feinbearbeitung, insbesondere beim Freihandarbeiten, störend auswirken.
Mit der Scheibe nach Fig. 5 und 6 können sowohl grössere Werkstücke als auch Radien und feinste Fasen bearbeitet werden, ohne dass die Spannung der Stromquelle verändert werden muss. Dies ist bei bekannten Kontaktscheiben nicht der Fall, vielmehr muss dort normalerweise bei empfindlichen Bearbeitungsformen bzw. kleinen Werkstücken die Spannung der Stromquelle stark herabgesetzt und/oder die Kontaktscheibe ausgewechselt werden, um störende Funkenbilder zu vermeiden, weil bei sehr kleinen Berührungsflächen die Heranführung der Werkstücke schwierig ist. Diese Komplikationen fallen bei der Scheibe gemäss Fig. 5 und 6 weg. Trotzdem zeigt es sich, dass mit dieser letzteren Scheibe auch ein grösseres Werkstück, das sich über beide Zonen des Kontaktbelages erstreckt, gleichmässig bearbeitet werden kann, indem sich die Ströme im Elektrolyten ausgleichen.
Es ist klar, dass ein in zwei Zonen unterteilter Belag auch auf der Umfangsfläche einer Scheibe angeordnet sein könnte, wie es bei der Scheibe nach Fig. 3 und 4 der Fall ist. Ferner könnte auch bei der zuletzt beschriebenen Scheibe die Ringnut mehr als nur einmal hin-und hergeführt sein.
Elektrolytische Kontaktscheiben der beschriebenen Art gestatten gegenüber bekannten Kontaktscheiben infolge des gleichmässigen Flüssigkeitsfilmes eine Steigerung der Abtragsleistung um bis zu 30%, je nach Grösse und Lage der im Eingriff stehenden Arbeitsfläche eines Werkstückes. Ferner wird, weil die Flüssigkeit an die Stelle geführt wird, wo sie benötigt wird, die Gesamtmenge der für den Schleifprozess benötigten, relativ teuren Elektrolytflüssigkeit herabgesetzt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktscheibe, welche in der Arbeitsfläche eine teilweise quer zu deren vorgesehener Bewe-
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Scheibe Kanäle (6) für die Zufuhr von Elektrolytflüssigkeit in die Ringnut (4, 4', 4") aufweist, um auf der Arbeitsfläche des Kontaktbelages (1, l', la-lb) einen gleichmässigen Elektrolytfilm konstanter Dicke zu bilden.