DE1301697B

DE1301697B - Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung von langgestreckten Werkstuecken

Info

Publication number: DE1301697B
Application number: DEA44921A
Authority: DE
Inventors: Bruns Norbert A; Williams Lynn Alfred
Original assignee: Anocut Engineering Co
Current assignee: Anocut Engineering Co
Priority date: 1963-01-02
Filing date: 1964-01-02
Publication date: 1969-08-21
Also published as: GB1058930A; CH397903A; US3305470A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elek- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

trolytischen Bearbeitung eines langgestreckten Werk- Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläu-

stücks. tert.

Bei dem bekannten elektrolytischen Bearbeitungs- In den Zeichnungen zeigt

verfahren wird ein zu bearbeitendes Werkstück in der 5 F i g. 1 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen

Nähe einer eine leitende Fläche aufweisenden Elek- Vorrichtung,

trode so angeordnet, daß ein Zwischenraum von eini- F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in

gen Zehntelmillimetern begrenzt wird. In diesen Zwi- F i g. 1,

schenraum wird ein Elektrolyt unter einem Druck F i g. 3 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 3-3

von 2,5 bis 25 kg/cm² gefördert. Sodann wird ein io in F i g. 2,

Gleichstrom hoher Dichte (1300 bis 1500 A/cm²) F i g. 4 eine Ansicht im Schnitt nach Linie 4-4 in

unter niedriger Spannung (4 bis 25 Volt) über Werk- F i g. 2,

stück und Elektrode geleitet derart, daß das Werk- F i g. 5 eine Ansicht im Schnitt nach Linie 5-5 in

stück anodisch ist. Vorzugsweise wird der Zwischen- Fig. 2,

raum konstant und auf einem Wert gehalten, der bis 15 F i g. 6 eine schaubildliche Ansicht des Werkstücks

0,4 mm betragen kann, wobei das Werkstück und die zur Darstellung des Bearbeitungsverfahrens, wobei

Elektrode so angeordnet sind, daß sie einander an- das Werkstück durch eine Schiene mit L-Profil gebil-

genähert bzw. voneinander entfernt werden können. det wird, und

Es ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten lang- F i g. 7 eine Ansicht im Schnitt nach Linie 7-7 in gestreckter Werkstücke bekannt (USA.-Patentschrift 20 Fig. 6, wobei der ursprüngliche Querschnitt des 3 058 895), bei dem in Längsrichtung des Werkstücks Werkstücks mit strichpunktierten Linien dareine Anzahl von Elektroden angeordnet sind, deren gestellt ist.

Elektrodenflächen in Richtung auf das Werkstück ge- Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen

richtet sind, wobei Einrichtungen zum Zuführen eines Tisch 10 auf, der einen Elektrodenhalter 12 trägt und

Elektrolyten vorgesehen sind. Diese Einrichtungen 25 mit einem Gehäuse 14 versehen ist, welches verhin-

bestehen in Bohrungen in den Elektroden, die in der dert, daß der Elektrolyt aus der Bearbeitungszone

Arbeitsfläche der Elektrode münden, so daß der herausspritzt.

Elektrolyt sich frei nach allen Seiten ausbreiten kann. Das Gehäuse 14 trägt einen Kontaktblock 16, der

Um die Bildung von Streifen an den Zuführstellen mit der positiven Klemme einer nicht dargestellten

des Elektrolyten zu vermeiden, sind die Zuführ- 30 Stromquelle durch ein Kabel 18 und ferner durch ein

Öffnungen für den Elektrolyten in den Elektroden in Kabel 19 mit einer Sammelschiene 20 verbunden ist,

Umfangsrichtung sich etwas überschneidend angeord- die auf der einen Seite des Elektrodenhalters 20 an-

net. Diese Anordnung beseitigt jedoch nicht den Um- geordnet ist. Eine weitere Sammelschiene 21 wird von

stand, daß an der letzten Elektrode die Zuführ- der anderen Seite des Gehäuses 14 getragen und ist

Öffnungen zu Streifenbildung führen, eine Maßnahme, 35 durch ein Kabel 22 mit der negativen Klemme der

die eine Nachbearbeitung des Werkstücks erforder- Stromquelle verbunden. Diese Stromquelle kann

lieh macht. einen starken Strom liefern bei einer Spannung zwi-

Eine der hierbei auftretenden Schwierigkeiten be- sehen 4 und 25 Volt.

steht darin, das Werkstück mit der positiven Klemme Das Gehäuse 14 trägt ferner einen Elektrolyt-

der Stromquelle so zu verbinden, daß die Verluste 40 verteiler 24 mit einem Kanal, der von einer bieg-

infolge des Stromdurchgangs durch das Werkstück, samen Leitung 26 beliefert wird und durch Rohre 28

dessen Querschnitt abnimmt, vermieden werden. mit dem Elektrodenhalter 12 verbunden ist. Der

Diese Schwierigkeit ist besonders groß, wenn der Elektrolyt wird durch die biegsame Leitung 26 mit

Querschnitt des Werkstücks stark abnimmt. einem Druck zwischen 2,5 und 30 kg/cm² gepumpt.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Auf- 45 Die Querschnitte der Leitung 26, des Verteilers 24

gäbe, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art und der Rohre 28 sind groß gehalten, um Füll-

zu schaffen, bei der eine sehr schnelle Bearbeitung in Verluste zu vermeiden. Eine Druckluftzufuhrleitung

hoher Stromdichte bei einer spiegelartigen glatten 30 ist mit einem Verteiler 31 verbunden, der Rohre

Oberfläche möglich ist. Gemäß der Erfindung wird 32 speist, welche mit dem Elektrodenhalter 12 ver-

diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bearbeitungs- 50 bunden sind.

flächen je einer getrennten Teilelektrode angehören Der Halter 12 trägt erne Reihe von Elektroden 34,

und die dazwischenliegenden Zwischenräume als von denen jede durch Kabel 36 mit der Sammel-

Kammern ausgebildet und abwechselnd an eine Zu- schiene 21 verbunden ist. Die Elektroden 34 werden

führleitung und an eine Abführleitung für den Elek- zwischen einem oberen Isolierblock 38 und einem

trolyten angeschlossen sind. 55 unteren Isolierblock 40 gehalten, deren Breite im

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es wesentlichen derjenigen der Elektroden entspricht, möglich, durch entsprechende Drosselung des Ab- Die Längsachsen der Blöcke 38 und 40 sind parallel flusses aus den Abführkammern für den Elektrolyten zu den Längsachsen der Elektroden 34, welche viel einen überatmosphärischen Druck im Arbeitsspalt kürzer als die Blöcke sind. Die Elektroden 34 weisen einzustellen und durch einen sehr hohen Stromdurch- 60 obere und untere Nutzapfen 41 auf, welche mit entgang eine spiegelartig glatte Oberfläche zu erreichen. sprechenden, in den Blöcken 38 und 40 vorgesehenen Dabei wird ein Stromfluß längs des Werkstücks ver- Nuten im Eingriff stehen.

mieden und damit eine unzulässige Erwärmung ver- Die Blöcke 38 und 40 bestehen vorzugsweise aus

mieden. Glasfaser mit Epoxyharz als Bindemittel. Der untere

Vorzugsweise ist in den Austrittsleitungen der 65 Block ist mit einer Trägerplatte 42 mit Epoxyharz

Kammern für den Elektrolyt eine Einrichtung zum verbunden. Die Blöcke 38 und 40 sind auf einem

Drosseln des Elektrolyten zur Erzeugung eines Elek- Tisch 44 mittels Schrauben 46 und einer von Stützen

trolyt-Überdrueks in den Kammern vorgesehen. 50 getragenen Platte 48 befestigt.

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Der Block 40 ist mit einer Längsnut 52 von L-för- Stücks. Wenn der Elektrolytdruck in den Eintrittsmigen Querschnitt versehen. Die Wände dieser Nut kammern beispielsweise 10,5 kg/cm² beträgt, sind die 52 sind zur Auflagerung eines Werkstücks 54 von Absperrventile 68 so eingeregelt, daß sie sich bei entsprechendem Querschnitt bestimmt, damit das einem Druck von 3,5 kg/cm² öffnen, so daß der letztere unter den Elektroden 34 hindurch bewegt 5 Druckabfall durch den Arbeitsspalt 7 kg/cm² beträgt, werden kann. Die Elektroden 34 weisen einen Teil 56 Mittels des regelbaren Absperrventils 68 kann der auf, dessen aktive Flächen 57 dem Werkstück 54 be- Austrittsdruck in den Kammern sowie auch in den nachbart sind. Die Teile 56 der folgenden Elektroden Eintrittskammern geregelt werden. Der durch die Ab-34 sind so angeordnet, daß ihre aktiven Flächen 57 Sperrventile 68 austretende Elektrolyt fließt durch den Wänden der Nut 52 näher liegen als die aktiven io Kanäle 69 ab, die im Block 38 vorgesehen sind, und Flächen der vorausgehenden Elektrode. Wie F i g. 2 wird in einer gemeinsamen Sammelleitung 70 gesamzeigt, sind die aktiven Flächen 57 leicht geneigt, so melt. Wie ersichtlich, wird der Elektrolyt gleichzeitig daß der vordere Rand einen geringfügig größeren in alle Eintrittskammern 60 gefördert. Infolgedessen Abstand als der hintere Rand von der Führungs- tritt am Beginn des Arbeitsvorgangs, wenn das Werkfläche der Nut 52 hat. Der Winkel ist sehr klein und 15 stück 54 nicht alle Elektroden 34 erreicht hat, ein Teil beträgt beispielsweise zwischen 45 und 2,5° und vor- des Elektrolyten aus den Kammern 62 aus, ohne daß zugsweise 1,5°. So beträgt, wenn die Elektrode 34 in er benutzt wurde. Die Absperrventile 68 verhindern der Bewegungsrichtung des Werkstücks 25 mm mißt, in diesem Fall eine Druckverringerung in der Speiseder Unterschied zwischen dem Eintrittsabstand und vorrichtung.

dem Austrittsabstand etwa IV2 mm. Es hat den An- 20 Die Eintrittsöffnung für das Werkstück in die schein, daß das Werkstück 54, wenn es aufeinander- Elektrodenvorrichtung ist durch eine Dichtung 71 abfolgend unter jeder der aktiven Flächen 57 bewegt geschlossen, die verhindert, daß der Elektrolyt auswird, sich dem hinteren Rand stärker annähert als tritt, bevor das Werkstück eingeführt worden ist oder dem vorderen Rand der aktiven Fläche. Die Material- nachdem das hintere Ende des Werkstücks sich durch wegnähme am Werkstück geschieht jedoch gegen- 25 die Eintrittsöffnung hindurchbewegt hat. Die Ausüberliegend der Gesamtheit der aktiven Fläche. Durch trittsöffnung für das Werkstück ist ebenfalls durch eine entsprechende Regelung der Vorschubgeschwin- eine Dichtung 72 abgeschlossen, welche auf der fertig digkeit des Werkstücks kann ein gleichmäßiger bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 54 aufliegt. Arbeitsspalt zwischen dem Werkstück 54 und den Die beiden Dichtungen 71 und 72 haben die Aufgabe, aktiven Flächen 57 erzielt werden, der 0,4 mm nicht 30 ein übermäßiges Lecken und einen übermäßigen überschreitet. Bei dem voranstehend gegebenen Bei- Druckabfall des Elektrolyten zu verhindern,
spiel beträgt die vom Werkstück weggenommene Zur Bildung des elektrischen Stromkreises zwischen Materialdicke 0,5 mm für jede der Elektroden. Vor- dem Werkstück 54, dem Elektrolyten und den Elekzugsweise sind die Winkel der aktiven Flächen für troden 34 ist eine Reihe Bürsten 74 für den Kontakt alle Elektroden 34 gleich, damit der Spalt zwischen 35 mit jedem der Schenkel des Werkstücks vorgesehen, der Hinterkante der aktiven Flächen und der Füh- Durch die Anordnung mehrerer Bürsten 74 längs des rungsfläche der gleiche wie zwischen der Eintritts- Werkstücks wird eine gleichmäßigere Verteilung des kante der folgenden Elektrode und der erwähnten Stroms durch den sich verändernden Querschnitt des Führungsfläche ist. Werkstücks erzielt. Die Bürsten 74 sind in Durch-

Die Teile 56 sind zu der Form komplementär, die 40 lassen 76 gleitbar angeordnet, welche im unteren

dem Werkstück gegeben werden soll. Obwohl das Block 40 zwischen den Elektroden 34 vorgesehen

dargestellte Werkstück ein Winkeleisen ist, können sind. Eine erste Bürste 74 ist vor der ersten Elektrode

mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung natür- 34 angeordnet, damit das Werkstück unter Spannung

lieh auch andere Formen bearbeitet werden, wenn die gesetzt werden kann, bevor es die erste Elektrode er-

Führungsvorrichtung und die Form der Elektroden 45 reicht,

entsprechend gewählt wird. Damit die Bürsten 74 nicht in den Raum 60 und

Wie F i g. 4 zeigt, sind Isolierblöcke 58 zu beiden damit in die Bewegungsbahn des Werkstücks einSeiten der Nut 52 angeordnet und mit Nutzapfen 59 treten, werden sie durch Federn 78 an Stopfen 80 geversehen, so daß sie in ihrer Lage zur Nut gesichert halten. Die Bürsten 74 weisen eine Verlängerung 82 sind. Diese Abstandsblöcke 58 und die Elektroden 34 50 auf, die sich durch den Stopfen 80 erstreckt und dazu begrenzen mit den Blöcken 38 und 40 Eintritts- dient, die elektrische Verbindung mit der positiven kammern 60 und Austrittskammern 62 für den Elek- Sammelschiene 20 über ein Kabel 84 herzustellen, das trolyten, wie in F i g. 2 dargestellt. Der Elektrolyt die Schiene 20 mit der Verlängerung 82 verbindet, wird in die Kammern 60 durch Kanäle 64 gefördert, Um die Bürsten 74 mit dem Werkstück in Kontakt die im oberen Block 38 vorgesehen und mit dem 55 zu bringen, nachdem sich dieses an der Stellung der Verteiler 31 durch die Rohre 28 verbunden sind. Bürsten vorbeibewegt hat, wird Druckluft in den

Der Elektrolyt gelangt aus den Kammern 60 in die Raum zwischen den Bürsten 74 und den Stopfen 80 benachbarten Kammern 62 durch den Arbeitsspalt gefördert, um den durch die Federn 78 entgegenzwischen den aktiven Flächen 57 und dem Werkstück gesetzten Widerstand zu überwinden. Die Druckluft 54, und er tritt aus den Kammern 62 durch Kanäle 66 60 wird durch Kanäle 86 gefördert, die im Block 40 voraus, die im oberen Block 48 vorgesehen sind, wie aus gesehen sind und mit den Rohren 32 in Verbindung F i g. 2 und 5 ersichtlich ist. Jeder der Kanäle 66 ist stehen. Die Förderung der Druckluft ist durch Ventile durch ein Absperrventil 68 abgeschlossen, welches 88 regelbar, die in den Rohren 32 angeordnet sind, den Austritt des Elektrolyten nur zuläßt, wenn sein Die Ventile 88 können beispielsweise durch eine elek-Druck in den Kanälen 66 und in den Kammern 60 65 irische, pneumatische oder hydraulische Betätigungsund 62 einen bestimmten über dem atmosphärischen vorrichtung geöffnet werden, wenn eine Bewegung Druck liegenden Wert aufweist. Dies bewirkt eine des Werkstücks 54 beobachtet wird, oder unter der Verbesserung des Oberflächenzustandes des Werk- Steuerung einer mechanischen oder elektrischen An-

Ordnung, welche in Abhängigkeit von der Stellung des Werkstücks in Wirkung tritt. Die Ventile 88 werden daher aufeinanderfolgend geöffnet, wenn sich das Werkstück an der Stelle der Durchlässe 76, der Bürsten 74 und der Elektroden 34 vorbeibewegt, so daß die Bürsten 74 mit dem Werkstück 54 unmittelbar, nachdem sich dieses an der Stellung der Bürsten vorbeibewegt hat, in Kontakt gebracht werden. Wie ersichtlich, sind die elektrischen Kabel 84 in den Block durch einen Isolierstopfen 89 eingeführt, der die Aufgäbe hat, den Austritt von Druckluft zu verhindern. Eine Rollenführungsvorrichtung 90 hat die Aufgabe, das Werkstück 54 in die Elektrodenvorrichtung 12 zu führen. Diese Führungsvorrichtung ist auf dem Tisch 44 und auf einem Block 92 angeordnet, der eine Verlängerung des Blockes 40 bilden kann und eine der Nut 52 ähnliche Nut aufweist. Die Führungsvorrichtung umfaßt zwei Rollen 94, die in parallel zum Werkstück 54 angeordneten Schienen 96 gelagert sind. Die Schienen 96 sind durch Bolzen 98 befestigt so und durch Federn 100 so belastet, daß der gewünschte Druck auf das Werkstück 54 ausgeübt wird.

Die Werkstückantriebsvorrichtung 102 weist eine zweiteilige Einspanneinrichtung 103 auf und ist so ausgebildet, daß sie eine hin- und hergehende Bewegung auf zwei Führungsstangen 104 ausführen kann. Sie wird mit Hilfe von Druckluft betätigt, die einem Zylinder 106 zugeführt wird, in welchem ein mit der Vorrichtung 102 durch eine Stange 107 verbundener Kolben angeordnet ist. Hierbei handelt es sich jedoch nur um eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Gesamtanordnung ist wie folgt: Die Antriebsvorrichtung 102 wird, gesehen in F i g. 1, soweit als möglich nach links bewegt und das Werkstück 54 in der Einspanneinrichtung 103 befestigt. Der vordere Rand des Werkstücks wird unter die Führungsrollen 94 eingeführt und zur Elektrode 34 vorbewegt, die sich am Eintritt des Halters 12 (linkes Ende in Fig.2) befindet, sowie unter die Dichtung 71 gebracht. Sodann wird die Elektrolytpumpe in Gang gesetzt, weiche den Elektrolyten unter Druck durch die Eintrittskammern 60, die aktiven Flächen 57 der Elektroden 34, die Austrittskammern 62 und die Austrittskanäle 66 und 69 fördert. Sobald der Umlauf des Elektrolyten festgestellt worden ist (was am Austritt der Leitung 70 geschehen kann), wird die Stromquelle eingeschaltet und die Antriebsvorrichtung 102 in Gang gesetzt. Vorzugsweise werden die ersten Bürsten 74 (in Fi g. 2 links) mit dem Werkstück 54 entweder von Hand oder durch eine selbsttätige Steuereinrichtung in Kontakt gebracht, bevor der Stromkreis geschlossen wird. Hierdurch wird die Bildung eines Lichtbogens zwischen dem Werkstück und den Bürsten zu dem Zeitpunkt vermieden, in welchem die Stromquelle eingeschaltet wird.

Nachdem die erfindungsgemäße Vorrichtung in der beschriebenen Weise vorbereitet worden ist, wird das Werkstück 54 unter der ersten Elektrode 34 vorbewegt, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, der von der positiven Klemme der Stromquelle über das Kabel 18, den Block 16, das Kabel 19, die Sammelschiene 20, das Kabel 84, die Verlängerung der Bürsten 82, die Bürsten 74, das Werkstück 54, den Elektrolyten, die Elektrode 34, das Kabel 36, die Sammelschiene 21, das Kabel 22 zur negativen Klemme der Stromquelle verläuft.

Das vordere Ende des Werkstücks dringt in die erste Kammer 60 ein, die mit Elektrolyt gefüllt ist. Außerdem bewegt es sich an den Bürsten 74 vorbei, die gegen die Unterseiten des Werkstücks angedrückt werden. Das Werkstück wird durch die Führungsrollen 94 und durch den auf dessen ganze Oberseite wirkenden Elektrolytdruck in seiner Lage gehalten. Es kann daher nicht in Kontakt mit den Elektroden kommen.

Der Vorschub des Werkstücks geschieht mit einer konstanten Geschwindigkeit, wobei seine Oberfläche mit aufeinanderfolgenden Stufen bearbeitet wird, wie bei 108 in Fi g. 6 angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Bearbeitung von Werkstücken von komplizierter Form, wie durch den umgebogenen Rand 110 angegeben. Die Linie 112 in F i g. 7 zeigt, daß eine große Materialmenge vom Werkstück in aufeinanderfolgenden Stufen und in geringstmöglicher Zeit weggenommen werden kann, und zwar unter Aufrechterhaltung enger Toleranzen, wobei ein ausgezeichneter Oberflächenzustand erzielt wird.

Beim Austritt aus der Vorrichtung verdrängt das Werkstück 54 die Dichtung72 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung; zur Bearbeitung langer Werkstücke kann die Antriebsvorrichtung Mittel aufweisen, die am vorderen Ende des Werkstücks so angreifen, daß die Einspannvorrichtung gelöst und das Werkstück durch den Elektrodenhalter gezogen werden kann. Sobald das hintere Ende des Werkstücks in den Elektrodenhalter eintritt, verlagert sich die Dichtung 71 derart, daß die Eintrittsöffnung verschlossen wird, um den Austritt des Elektrolyten zu verhindern.

Eine andere Anordnung zum Bewegen des Werkstücks besteht in der Verwendung von Förderrollen, die an der Eintrittsöffnung und an der Austrittsöffnung der Vorrichtung angeordnet sind und auch dazu dienen, das Werkstück in der Führungsnut zu halten.

Die Bürsten 74 können weggelassen werden, wenn zur Elektrolyse ein Wechselstrom verwendet wird, der dann von einer Elektrode zur benachbarten Elektrode über einen Teil des zu bearbeitenden Werkstücks fließt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung eines langgestreckten Werkstücks mit einer Führungsfläche am Werkstück und wenigstens einer Elektrode, die eine Reihe durch Zwischenräume getrennter Bearbeitungsflächen aufweist, an denen das zu bearbeitende Werkstück entlang wandert und deren jede der Führungsfläche des Werkstücks näher steht als die vorhergehende, und mit einer Druck-Elektrolytzuführeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsflächen je einer getrennten Teilelektrode angehören und die dazwischenliegenden Zwischenräume als Kammern (60, 62) ausgebildet und abweöhselnd an eine Zuführleitung und an eine Abführleitung für den Elektrolyten angeschlossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Austrittsleitungen der Kammern (62) für den Elektrolyt je eine Einrichtung zum Drosseln des Elektrolyten zur Erzeugung eines Elektrolyt-Überdrucks in den Kammern vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzahl Bürsten (64) zur Zuführung des Stroms an das Werkstück (54), wobei die Bürsten (74) an der Führungsfläche des Werkstücks angreifen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen