DE102017008325B4

DE102017008325B4 - Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE102017008325B4
Application number: DE102017008325.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Werner
Original assignee: Berkenhoff and Co KG
Current assignee: Berkenhoff and Co KG
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: DE102017008325A1

Abstract

Drahtelektrode (1) zum funkenerosiven Schneiden eines Gegenstandes mit einem Kern (2) und eine den Kern (2) umgebende Mantelschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (3) ausschließlich aus Nickel besteht und eine ausreichende Dicke aufweist, so dass die Mantelschicht (3) beim Schneiden des Gegenstandes nicht vollständig verbraucht wird, und wobei die Mantelschicht (3) eine Dicke von 3 bis 10 µm aufweist, wobei die Drahtelektrode einen Gesamtdurchmesser zwischen 0,15 und 0,5 mm aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden eines Gegenstandes mit einem Kern und eine den Kern umgebende Mantelschicht.
Eine Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden ist aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Schneidvorgang wird eine solche Drahtelektrode in einer Schneidvorrichtung gespannt gehalten und mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Bei Annäherung eines auf Erdpotential liegenden elektrisch leitfähigen Gegenstandes findet eine Funkenentladung statt, mit deren Hilfe der Gegenstand geschnitten werden kann. Bei der Funkenentladung kommt es jedoch zum Verschleiß der Drahtelektrode. Um ein Zerreißen der unter Spannung gehaltenen Drahtelektrode zu vermeiden, wird diese während des Schneidprozesses fortwährend an dem zu schneidenden Gegenstand vorbeigezogen.
Gattungsgemäße Drahtelektroden müssen daher sowohl eine hohe Strömtragfähigkeit als auch eine ausreichende hohe Zugfestigkeit aufweisen, um den gestellten Anforderungen gerecht werden zu können. Um qualitativ hochwertige Schnitte zu ermöglichen, weisen Drahtelektroden im Vergleich zu sonstigen handelsüblichen Drähten einen geringen Durchmesser auf. Messing hat sich als geeigneter Werkstoff zur Herstellung von Drahtelektroden erwiesen. Um aus den als Halbzeug im Markt erhältlichen Ausgangsdrähten Drahtelektroden herzustellen, werden die Ausgangsdrähte in mehreren Arbeitsschritten gezogen und immer wieder weich geglüht, bis schließlich der geeignete Durchmesser erreicht ist. Es sind auf diese Weise hergestellte Drahtelektroden bekannt, die - vollständig aus Messing bestehen, das in seiner α-Phase vorliegt.
Bei bestimmten Anforderungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Drahtelektroden herzustellen, die einen Kern und einen den Kern umgebenden Mantel aufweisen. Der Kern besteht in der Regel aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit und großer Zugfestigkeit, wobei der Mantel durch eine hohe Abriebfestigkeit gekennzeichnet ist. Dies ist vorteilhaft, weil an dem Mantel der eigentliche Erodierprozess stattfindet. Da der Kern im Wesentlichen allein die erforderliche Stromtragfestigkeit bereitstellt, können für den Mantel Materialen eingesetzt werden, die im Vergleich zum Kern weniger vorteilhafte Leitfähigkeitsgrade aufweisen, jedoch hinsichtlich des Erodierprozesses optimiert sind. Der Kern einer solchen Drahtelektrode besteht beispielsweise aus Kupfer oder α-Messing, das in seiner α-Phase vorliegt. Der Mantel kann eine oder mehrere Mantelschichten aufweisen, die beispielsweise aus reinem Zink und/oder aus Messing bestehen, das über einen im Vergleich zu α-Messing höheren Zinkanteil verfügt. Eine solche Drahtelektrode ist beispielsweise in der EP 1 295 664B1 beschrieben.
Die bisher bekannten Drahtelektroden weisen den Nachteil auf, dass der zu bearbeitenden Gegenstand beim Schneiden mit Kupfer oder Zink verunreinigt wird. Eine solche Verunreinigung ist für manche Anwendungen jedoch nicht hinnehmbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drahtelektrode der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der eine Verunreinigung oder Kontamination des zu schneidenden Gegenstandes vermieden werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Mantelschicht ausschließlich aus Nickel besteht und eine ausreichende Dicke aufweist, so dass die Mantelschicht beim Schneiden des Gegenstandes nicht vollständig verbraucht wird.
Erfindungsgemäß ist eine schützende Mantelschicht bereitgestellt, die ausschließlich aus Nickel besteht und eine Dicke von 3 bis 10 µm aufweist. Eine ausschließlich aus Nickel bestehende Mantelschicht hat sich als besonders wirksamer Schutz für den zu schneidenden Gegenstand gegenüber Verunreinigungen erwiesen.
Gegenstände, die frei von Verunreinigungen mit Kupfer oder Zink sind, werden insbesondere in der Luft- und Raumfahrt benötigt, aber auch bei einem Einsatz der bearbeiteten Gegenstände in Turbinen oder dergleichen. Weitere Anwendungsgebiete kupfer- und zinkfreier Werkstücke sind die Analysetechnik und die Optik.
Die Mantelschicht umschließt im Rahmen der Erfindung den Kern .vollumfänglich, so dass ein möglichst wirkungsvoller Schutz geschaffen ist. Bei einer bevorzugten Variante ist die Mantelschicht glatt ausgeführt. Risse in der Mantelschicht sind bei dieser Variante vermieden. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch, auch möglich, dass die Mantelschicht Risse, Einkerbungen oder sonstige Ungleichmäßigkeiten aufweist.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drahtelektrode wird der Draht ggf. nach einer Diffusion zur Bildung einer Kernaußenschicht (z.B. aus beta-Messing) glatt gezogen und anschließend die Mantelschicht beispielsweise elektrolytisch aufgebracht, um anschließend auf den Enddurchmesser gezogen zu werden.
Die Drahtelektrode weist einen Gesamtdurchmesser zwischen 0,15 mm und 0,5 mm auf, wobei die Mantelschicht eine Schichtdicke zwischen 3 µm und 10 µm aufweist.
Bei einer Variante der Erfindung enthält der Kern Messing oder jedenfalls im Wesentlichen Messing. Im Wesentlichen Messing soll hier einem Messing-Anteil von über 95 Gew.-% entsprechen.
Gemäß einer bevorzugten Variante enthält der Kern ausschließlich Messing.
Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Kern eine der Mantelschicht zugewandte Kernaußenschicht aus beta-Messing, gamma-Messing, eta-Messing und/oder Zink aufweist. Die Kernaußenschicht kann beispielsweise ausschließlich aus gamma-, beta- oder eta-Messing bestehen. Abweichend davon kann die Kernaußenschicht mehrere Schichten umfassen und beispielsweise eine innere Schicht aus beta-Messing aufweisen, die von einer gamma-Schicht umschlossen ist. Bei einer anderen Variante folgen eine beta-, gamma- und eta-Messingschichten innerhalb der Kernaußenschicht aufeinander. Auch, eine die Kernaußenschicht zur Mantelschicht abschließende Zinkschicht kann Teil der Kernaußenschicht sein. Die Dicken der inneren Schichten der Kernaußenschicht liegen im Bereich von 1 bis 40 µm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drahtelektrode ist der Kern aus Kupfer oder aus Stahl mit einer Kernaußenschicht aus Kupfer gefertigt. Die Kernaußenschicht aus Kupfer wird beispielsweise auf den Stahlinnenkern platziert. Hierzu wird der Stahlinnenkern mit einem Kupferband vollumfänglich umhüllt. Dabei ist die Dicke der Kernaußenschicht aus Kupfer grundsätzlich beliebig. Der Strompfad einer solchen Drahtelektrode führt im Wesentlichen über die Kernaußenschicht. Der Stahlinnenkern stellt die notwendige Festigkeit der Drahtelektrode bereit. Der Leitwert eines Stahl-Kupfer-Kerns mit der Bezeichnung Staku 70 beträgt etwa 70 % bezogen auf einen reinen Kupferdraht.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drahtelektrode.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drahtelektrode 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Drahtelektrode weist einen Kern 2 und eine den Kern umgebende Mantelschicht 3 auf, die Nickel mit einem Anteil von 98 Gew.% enthält. Mit anderen Worten besteht die Mantelschicht im Wesentlichen oder nahezu ausschließlich aus Nickel.
Der Gesamtdurchmesser der Drahtelektrode beträgt in dem gezeigten Beispiel 0.25 mm, wobei die Mantelschicht eine Dicke von 15 µm aufweist.
Um der Drahtelektrode 1 die notwendige mechanische Festigkeit zu verleihen, ist der Kern 2 mit einer Kernaußenschicht 4 aus beta-Messing ausgeführt. Der innere von der Kernaußenschicht 4 umschlossene Kernbereich besteht aus alpha-Messing.

Claims

Drahtelektrode (1) zum funkenerosiven Schneiden eines Gegenstandes mit einem Kern (2) und eine den Kern (2) umgebende Mantelschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht (3) ausschließlich aus Nickel besteht und eine ausreichende Dicke aufweist, so dass die Mantelschicht (3) beim Schneiden des Gegenstandes nicht vollständig verbraucht wird, und wobei die Mantelschicht (3) eine Dicke von 3 bis 10 µm aufweist, wobei die Drahtelektrode einen Gesamtdurchmesser zwischen 0,15 und 0,5 mm aufweist.
Drahtelektrode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) Messing enthält.
Drahtelektrode (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern . (2) ausschließlich Messing enthält.
Drahtelektrode (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern,(2) eine der Mantelschicht (3) zugewandte Kernaußenschicht (4) aus beta-Messing, gamma-Messing, eta-Messing und/oder Zink aufweist.
Drahtelektrode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) aus Kupfer gefertigt ist.
Drahtelektrode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) aus Stahl mit einer Kernaußenschicht (4) aus Kupfer gefertigt ist.