DE1421956A1

DE1421956A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur elektrolytischen Formung

Info

Publication number: DE1421956A1
Application number: DE19621421956
Authority: DE
Inventors: Williams Lynn Alfred
Original assignee: Anocut Engineering Co
Current assignee: Anocut Engineering Co
Priority date: 1961-06-19
Filing date: 1962-06-19
Publication date: 1968-11-07
Also published as: CH389800A; NL132272C; NL279896A; US3256165A; GB970436A

Description

DR.-INQ, FRED MAYER

BERLIN-DAHLEM-HOTTENWEG 15 ' -'

Ruf: 7Λ1303· Telegramme: Cons i deration-ße rl in · Postscheckkonto Berlin-West 2388? Berliner Sank AG., Depo si te η kasse 1, Berlin-Charlotteitburg 4, Bismarcfcstraße Bank für Handel und Industrie AG., Dep.-Kasse 24, Berlin-Dahlem, Breltenbachplatz

Mein Zeichen: 218/9308 DE Tag: 19. JUnl 1962

1 Dr. Expl.

Patentanmeldung

der Firma

AirOGUI EUGIHEERIHG- 0QMPAIT, Chicago 6 (Illinois, U.S.A.)

"Verfahren und Vorrichtungen zur elektrolytischen Formung"

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur elektrolytischen Formung leitender Stoff#y insbesondere hat die Erfindung die Entwicklung von Verfahren, und Vorrichtungen zum Gegenstand, die es ermöglichen, Metalle und Metallsalze aus den beim elektrolytischen Formurigsverfahren verwendeten Elektrolyten zu-entfernen. Solche Metalle und Metallsalze entwickeln sich in dem- Elektrolyt als Folge der anodischen Zersetzung des zu formenden Werkstücks*

tVS,TENTÄNWfALT DR.-INO. FKEB MAYER BERLIN

Bei den elektrolytisehen ForimngB verfahr en, auf welche die vorstehende Erfind-ung angewendet wird, wird eine lösungselektrode benutzt, dievorzugsweise in so enger räumlicher Nachbarschaft.zu dem Werkstück gebracht wird, dass ein elektrolytischer Bearbeitungsapalt entsteht. Man lässt dann einen gut leitenden Elektrolyten, gewöhnlich eine wässrige Salzlösung, durch den Spalt flie'ssen, und zwar unter hohem Druck, um einen Strom von hoher Dichte zu erhalten, der den Spalt mit einem Minimum an Spannungsverlust zwischen der Formungselektrode und dem Werkstück passiert»

Beim Durchgang des" Stroffios durch" den Elektrolyten¹ zwischen ■■■' Elektrode und Werkstück' erfolgt ■" eine anodische Zörsetzung des Werkstücks,und Metalle und Metallsalze können sich in dem Elektrolyten auflösen. Beim üblichen Verfahren wird^;der ■ Elektrolyt gesammelt und durchden Spalt zwischen d^r· = iOrmungselektröde und dem 'Werkstück zurückgeführtV Je langer der elektrolytische Formungsprozess andauert, je- höher^: wird der Gehalt an M'etallsalz' iri dem Elektrolyten? schilesslieh = kann die Konzentration solcher Metallsalze so stark werden, dass sich hieraus verschiedene unerwünschte Folgen ergeben.

Gleichzeitig mit der Arisaiamlung von Metallsalzeh in dem Elektrolyten lässt sich feststellen, dass die Metalle uüd"-·--- Metallsalze in steigendem Maße die Tendenz zeigen, die ■ iOrmungselektrode zu überziehen oder sich auf ihr abzulagern. Dies hat die schädliche Folge, dass did'form d^r Formungselektrode "entstellt wird',^ und' wenn die sei?'¹ Fäll Eingetreten ' ist, verliert die Elektrode ihre Eignung, dem Werkstück die gewünschte Form zu geben.^: Wenn sföhauf der Formüngselektrode

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Ablagerungen bilden, so hat dies zur weiteren Folge, dass sich der Spalt zwischen der Formungselektrode und dem Werkstück verändert und unregelmässig wirdj dies kann zu örtlicher Überhitzung, Furchen-, Zacken- und sogar Lichtbogen- und Funkenbildung führen. Die Elektrode und das Werkstück können in nicht wieder rückgängig zu machender Weise beschädigt werden und der elektrolytische Formungsprozess kann seine vielen wichtigen Vorteile einbüssen.

Die Erfindung verfolgt u.a« den Zweck,

1) neue Verfahren und Vorrichtungen zur Entfernung von Metallen und Metallsalzen aus "dem beim elektroly ti sehen Formungsveriahren verwendet en Elektrolyten zu entwickeln;

2) ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, vermittels derer derselbe Strom, der die anodische Zersetzung des Werkstücks bewirkt, zwecks Entfernung der Metalle und Metallsalze aus dem beim elektrolytischen Formungsverfahren verwendeten Elektrolyten durch ein.galvanisches Element geleitet wird;

3) ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, vermittels derer verhindert wird, dass sich Metalle und Metallsalze auf der Formungselektrode ablagern oder sie überziehen, indem man den Strom, der die anodische Zersetzung des Werkstücks bewirkt, dazu benutzt, in einem gesonderten galvanischen System und in gesteuerter Weise auch diese Metalle und Metallsalze zu entfernen;

4) eine automatische Spannungsregulierung für ein elektro-

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lytiseiies System zu entwickeln, bei dem der anodi sehe Zersetzungsstrom auch. durch ein galvanisches System hindurchgeleitet wird, das geeignet ist, unerwünschte Spannungs- 9 Veränderungen am BearTaeitungssehlitz einzuführen;

5) ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, um Metalle undMetallsalze aus dem "beim elektrolytischen i'ormungsverfahren verwendeten Elektrolyten zu entfernen, "bei denen das JH im Elektrolyten des galvanischen Elementes vorzugsweise dazu dient, die wirksame Entfernung solcher Metalle und Metallsalze zu erleichtern!

6) ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, um Metalle und Metallsalze aus dem heim elektrolytischen Formungsverfahren verwendeten Elektrolyten zu entfernen, hei denen sieh der instand zwischen den Elektroden des galvanischenElementes verändern und den zahlreichen verschiedenartigen elektrolytischen Systemen und elektrolytisehen Bedingungenanpassen lässt')

T) ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, um Metalle und Metallsalze aus dem heim elektrolytisehen iormungsverfahren verwendeten Elektrolyten zu entfernen, ibei denen die löslichen Salze vermittels eines galvanischen Elementes und die unlöslichen auf mechanische Weise aus dem Elektrolyten entfernt werdenf

Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung sind den folgenden Ausführungen zu entnehmen.

Zu ihrem leichteren Verständnis wird auf die beigefügten

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Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

I¹Ig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine "bevorzugte !orm der Erfindung zeigt j

Pig» 2 ist das teilweise schematische Diagramm einer alternativen Anlage und zeigt im Längsschnitt eine für die Elektroden des galvanischen Systems der Erfindung bevorzugte !orm; ä

!ig. 5 ist das teilweise schematische Diagramm einer weiteren Anlage und zeigt im Längsschnitt eine andere Form der Elektroden des galvanischen Systems der Erfindung;

!ig. 4 ist die Seitenansicht eines anderen Bades, das mit selbst-schabenden drehbaren Elektroden ausgerüstet ist; und

!ig. 5 ist die teilweise im Schnitt dargestellte Aufsicht des in Abb. 4- gezeigten Bades nach Linie 5-5 der Mg.4·

!ig. 1 zeigt in schematischer Weise die elektrische Verbindung zwischen der !ormungselektrode 10 und dem Elektroden- I halter 11, der seinerseits mit einem isolierten Block 12 verbunden ist. Der isolierte Block 12 ist auf einer Trägerplatte 13 angebracht, die auf dem ausgezogenen Ende einer von einer !altkappe 15 geschützten Ramme 14 befestigt ist. Die Ramme ragt aus dem Treibkopf 16 hervor, um das Vorderteil der Elektrode 10 mit Kraft zu versehen. Dicht neben der zur Bearbeitung benutzten Flache 10! der !ormungselektrode 10 befindet sich das Werkstück W, dessen Verbindung mit einem

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elektrisch leitenden Träger 17 schematisch dargestellt ist. Zwischen der Bearbeitungsfläche 10 F der Formuhgs-Elektrode 10 und dem Werkstück W ist ein Elektrolytenspalt 21 vorgesehen.

Es ist ersichtlich, dass der Elektrolyt 22 von dem Speichergefäß 26 durch eine mit ihm durch die Zuleitung 25 verbundene Druckpumpe 24 durch den in der Formungs-Elefctrode 10-befindlichen Kanal 23 zu dem Elektrolytenspalt 21 befördert wird. -

Die Erfindung lässt sich auf solche Methoden anwenden wie auf das elektrolytische Aushöhlungsverfahren,.das unter der Bezeichnung "Elektrolytische Formung" den Gegenstand der am 10.November 1958 in den U.S.A. eingereichten Anmeldung, Serial ITr· .772.960, bildet, bei dem der Elektrolyt durch eine hohle Elektrode zugeführt wird. Die in der vorgenannten Anmeldung behandelten Elektrolyten sollen auch bei dem vorstehenden Verfahren Verwendung finden. Es ist jedoch von wesentlicher Bedeutung, dass der verwendete Elektrolyt imstande ist, aus dem Metall des Werkstücks lösbare Salze zu bilden. Bei der Stahl-Bearbeitung würde eine einfache Kochsalzlösung das Metall entfernen, aber die sich hierbei bildenden Salze verwandeln sich schnell in unlösbares Eisenhydroxyd. Bei dem Verfahren, das den Gegenstand der vorstehenden Erfindung bildet, sind nur solche lösungen zu verwenden, die in ausreichender Menge ., gewisse Zusätze enthalten wie Natrium oder zitronensaures Kalium oder Eochelle-Salz, die die Bildung löslicher Eisen-

- .■--■■■■--■-,-■ . -■-■■■ ν m:tj:s salze sicherstellen. Versuche haben gezeigt, dass das Eiseji

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aus einer solchen lösung ausgesondert werden kann« Bs gibt natürlich noch viele andere lösungen, feel denen sich lösliche Metallsalze von dem Werkstück gewinnen lassen. Folgende lösungen fanden bei erfolgreichen Versuchen Verwendung? Zu fünf Gallonen { = 22,7 liter) Wasser sind zuzusetzen«

Kaliumchlorid . 10 Pfund (3 leile)

Kaliumnitrat 5 1/3 ⁿ (1 feil)

Eochelle-Salz 3 1/3 ⁿ (1 Seil) *

zitronensaures Kalium 3 l/3 " (1 Teil)

Es kann entweder die Elektrode oder das Werkstück oder es können beide beweglich gehalten sein» lachdem der Elektrolyt durch den Beärbeitungsspalt 21 geflossen ist, wird 'er in einer Pfanne 27 gesammelt und über die Abflussvertiefung der Sammelpfanne oder des Sammeibehalters 27 durch die leitung 29 der galvanischen Batterie oder, dem .Ablagerungs-Behälter 28 wieder zugeführt. So befindet sieh der Elektrolyt dauernd in einem Kreislauf von dem Speieher 26 durch Druckpumpe 24, Röhr 25 und die Ausförmungselektrode 10 zum Bearbeitungsspa.it'2Ϊ, worauf es in der Pfanne 27 ge- i sammeit, der galvanischen Batterie 28 zugeführt und sehliesslieh wieder vermittels der leitung 32 und der Pumpe 31 in den Speicher 26 zurückgeführt wird.

Um die Vorschub-Kapazität der Druckpumpe 24 steuern zu können, ist auf der Druckseite der Pumpe 24 eine mit "einem/von Hand zu bedienenden Büeklaüfventil 25V versehene Ifebenleitung 251 angebracht, die in den Speieher 26 führt und durch die sich ein Seil des flüssigen Elektrolyten ab-

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zweigen lässt» Auf der Druckseite der Pumpe befindet sich ferner ein Druckmesser 25?» der die richtige Einstellung des. mit der Hand zu bedienenden Rücklauf ventile 25V ermöglichen soll·

Den Speicher 26 kann man mit einer mechanischen Bewegungsvorrichtung 33 ^ einer Kühler-Spule 34 Versehen· Eine thea?-' mostatische Sonde 35 ragt in den im Speicher 26 "befindlichen Elektrolyten hinein und ist mit einer Steuervorrichtung 36 verbunden, die ihrerseits in Verbindung steht mit dem thermostatischen Ventil 37» um die Zufuhr von Kühlwasser in die Kühlerspule 34 zu steuern.

In Pig. 1 ist ein Eohr 38 zu sehen, durch das sich Elektrolytflüssigkeit aus dem Speicher 26 ableiten lässt}" dieses Eohr 38 endet auf dear anderen Seite in der galvanischen Batterie 28· Auf diese Weise fliesst in der abgebildeten Vorrichtung der Elektrolyt 22 vom Speicher 26 durch die Eohre oder das Eohr 38 in die galvanische Batterie 2Ö. Ein solcher iarallelweg für den Elektrolyten vom Speicher 26 zur galvanischen Batterie 28 kann in anderen Anordnungen fortgelassen werden. In der hier gewählten besonderen Anordnung jedoch besteht neben dem ständigen Elektrolyten-Fluß vom Speicher 26 durch den Bearbeitungsspalt und die galvanische Batterie 28 zurück zum Speieher 26 noch ein ständiger Elektrolyten-iPluß vom Speicher 26 zur galvanischen Batterie 28· *

Die, galvanische Batterie ist ausgestattet mit zwei Sätzen 39 und 40 starrer Elektroden* wobei sich die Elektrodeia des einen Satzes jeweils mit denen äes anderen abwechseln. Der

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eine, vermittels einer gemeinsamen Querstange 41 gebildete Satz 39 ist an den genativen Pol 42 einer Quelle elektrischen G-leiehstroms 43 angeschlossen. Der andere, vermittels einer gemeinsamen Querstange 44 gebildete Satz 40, der die .Anoden der galvanischen Batterie 28 stellt, ist über die leitung 45 an den leitenden Elektrodenhalter 11 der Formungselektrode 10 angeschlossen. Während des Arbeitsganges wird der elektrische Strom durch den Schlitz 21 bis zum Werkstück W vervollständigt. Das Werkstück ist an die zu dem positiven Pol 47 der . Grleichstromquelle 43 führende Leitung 46 angeschlossen.

Entsprechend dem Fortgang des Bearbeitungsprozesses bewirkt die anodische Zersetzung des Werkstücks eine Erhöhung des Metall- und Metallsalz-G-ehaltes in dem Elektrolyten. Je nach Zusammensetzung des Werkstücks selbst können diese Metallsalze Eisen-, Nickel—, Kupfer- oder andere Metall-Salze sein, eben solche, aus denen das Werkstück gerade besteht. Fallen diese Salze in grösseren Mengen im Elektrolyten ab, so besteht die ständig wachsende G-efahr, dass die Metalle und Metallsalze auf der Formungselektrode 10 Ablagerungen oder einen Überzug bilden. Nicht nur, dass dies eine Veränderung oder Verzerrung der Elektrodenform bedeutet; die Bildung eines metallischen Überzuges oder von Salzablagerungen auf der Ausformungs-Elektrode hat überdies ganz allgemein eine Beeinträchtigung des gesamten Formungsprozesses und seines Endergebnisses zur Folge.. Bei manchen Anordnungen, in denen die Erfindung zur Anwendung gelangt, kann ein mechanischer Schluß zwischen der Ausformungselektrode 10 und dem Werkstück W eintreten, mit dem Ergebnis, dass das Werkstück Furchen und Zacken erhält; solche unerwünschten Folgen lassen sich vermeiden, indem man

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die Bildung metallischer Salze im Elektrolyten verhindert.

Dies wird bei der vorstehenden Erfindung dadurch erreicht, dass man die bei dem üblichen elektrolytischen Formungsverfähren vorgesehene Anordnung durch eine galvanische Batterie ergänzt; sie besteht aus der Wanne 28 und den einander ergänzenden Elektrodensätzen 39 und 40. Hierbei bildet sich der Überzug an den Kathoden 39· Die zwischen den Anoden AO und den Kathoden 39 bestehende Spannung bewirkt, dass die in dem Elektrolyten in lorm von positiv geladenen Metall-Ionen befindlichen zersetzten Metallteile von den Kathoden 39 angezogen, werden und dort Ablagerungen oder einen Überzug bilden.

Wie ersichtlich, wird der Elektrolyt bei der abgebildeten Anordnung hinter dem Spalt 21 gesammelt und erst in die elektrische Ablagerungszelle oder galvanische Batterie 28 geleitet, bevor er in den Speicher gelangt,von dem aus er. wieder dem Spalt 21 zugeführt wird. Bei dieser Anordnung befinden sich die Elektroden der galvanischen Batterie in einer lösung, die eine relativ starke Konzentration von Metallen und metallischen Salzen enthält,, und dementsprechend ergiebig ist auch die in der Ablagerungszelle 28. bewirkte Galvanisierung.

Es ist zweckmässig, die Oberfläche der Kathoden 39 und der sie ergänzenden Anoden 40 der galvanischen Batterie 28 so zu wählen, dass sie im Vergleich zu der zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück W befindlichen Arbeitsfläche grosse Oberflächen besitzen und somit einen weit verstreuten

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Stromweg bilden, -um dadurch 'den Spännungsverlust in der Ablagerungszelle 2ao.gllcJ3.st niedrig zu halten und die allmähliche Bildung eines Überzugs oder von Ablagerungen von Metallen und metallischen Salzen auf der Kathode zu erleichtern«

Jede zwischen den Kathoden 39 und Anoden 40 in der Wanne auftretende Spannungsschwankung pflegt sich am Spalt 21 durch eine entsprechende Spannungsschwankung bemerkbar zu machen» . . ,.

In der hier zwecks "bildlicher Erläuterung gezeigten ' Ausführung besteht die Kraftquelle aus einer dreiphasigen leitung 48, die zu einem Transformator 49 und von da zu einem Spannungsregeier 50=führt, der von dem Muster sein kann, bei dem tränkbare Eisenkern- Rüekkopplungsspulen. Verwendung finden. Bei dieser Anordnung kann die Gleichstromquelle 43 mit einem an den Ausgang des Spannungsreglers angeschlossenen dreiphasigen Gleichrichter verbunden werden.

Es ist wichtig, die Spannung bei dem Spalt zwischen der Ausformungs-Elektrode' 10 und dem Werkstück W relativ gleiche massig zu halten. Wie schon erwähnt, können sich Spannungssehwankungen als lolge der Torgänge in der galvanischen Batterie 28 ergeben und, um diesem zu begegnen, wurde zwischen die Ausformungselektrode und das Werkstück der Spannungsprüfer und -Segler 51 geschaltet, um die zwischen jenen auftretende Spannung zu prüfen und bei 3edier Veränderung derselben zu reagieren und den Spannungsregler 50 zwecks ■ Wiederherstellung der gewünschten gleichmässigen Spannung am Spalt 21 in Tätigkeit zu setzen.

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Da die den Bearbeitungsschlitz durchfliessende Strommenge die gleiche ist wie-diejenige, die die Ablagerungszelle durehfliesst, pflegt die elektrolytische Ablagerung in demselben Tempo zu erfolgen'wie die elektrolytische Abtragung am Bearbeitungssehlitz, und aus diesem Grunde wird der Reihensehaltung der Vorzug gegeben. Es ist jedoch auch möglich, wie in lig.2 gezeigt, Parallelschaltung zu wählen oder sogar eine gesonderte Kraftquelle 52 für die Ablagerungszelle zu haben, wie in Abb.3 gezeigt.

Wenn es auch gelungen ist, ohne weitere chemische Zusätze vermittels der oben beschriebenen Lösung metallische Überzüge au erzeugen, so sind MlIe denkbar, in denen der Galvanisierungsvorgang oder die Entfernung metallischer \ Ionen aus der lösung des galvanischen Elements 28 durch eine entsprechende Veränderung des p.H.-Gehalts des Elektrolyten erleichtert und begünstigt'werden kann. Bei manchen Metallen wird der Galvanisierungs-Prozess durch Hinzufügung von Säure ■gefördert. Zu der auf lig.l gezeigten besonderen Anordnung gehört eine in den Elektrolyten der galvanischen Batterie hineinragende Sonde 53, die pH-empfindlich ist und darauf anspricht. Die Sonde 53 ist mit dem pH-Eegler 54 verbunden, der seinerseits an ein Steuerungsventil 55 angeschlossen ist, das auf Wunsch betätigt werden kann, um dem in der Zelle 28 befindliehen Elektrolyten aus dem Behälter 57 Säure 56 zuzuführen. Der Säurebehälter 57 besitzt, wie üblich, ein luftloch 58. Den Elektrolyten-Behälter 28 kann man auch mit einer .mechanischen Bewegungsvorriehtung 59 versehen, um die darin befindliche Lösung homogen zu halten.

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Es wäre denkbar, dass die von der galvanischen Batterie durch das Rohr 32 in den Speicher 26 gepumpte elektrolytische lösung vor ihrem Eintreffen beim Bearbeitungsschlitz 21 einer pH -Berichtigung "bedarf. Diese pH-Berichtigung wird, wie in AbTa. 1 gezeigt, vermittels einer in den Elektrolyten 22 des Speichers 26 hineinragende pH-empfindliche Sonde 60 veranlasst. Die Sonde 60 ist mit einem pH-Regler 61 verbunden, der seinerseits ein Ventil 62 steuert, damit Alkali 63 von einem Behälter 64 in den Elektrolyten 22 des Sammel- oder Ergänzungsbehälters 26 fliessen, kann. Der Alkali-Behälter 64 besitzt, wie üblich, ein luftloch 65.

Das Arbeiten der auf Pig. 1 gezeigten Vorrichtung zur pH-Regulierung entspricht demjenigen, wie es oben bezüglich des Zusetzens von Saure zu dem Elektrolyten der galvanischen Batterie 28 und des Zusetzens von Alkali zu dem im Speicher 26 befindlichen Elektrolyten geschildert wurde. Unter gewissen Bedingungen wäre es jedoch auch denkbar -z.B. bei der Verwendung scharfer Säuren für den Elektrolyten-, dass die Hinzufügung von Kali zu dem Elektrolyten der galvanischen Batterie 28 wünschenswert erscheint, um die für die JG-alvanisierung günstigste pH-Mischung der lösung zu erreichen. Und unter solchen Verhältnissen kann es wünschenswert sein, die pH-Zusammensetzung des Elektrolyten im Speicher durch einen. Säurezusatz zu verändern, bevor der Elektrolyt zum Bearbeitungsschlitz 21 geleitet wird, normalerweise zieht man es jedoch vor, wegen einer leichteren Handhabung der Werkstücke am Bearbeitungsschlitz möglichst eine neutrale lösung zu haben.

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In beiden fällen, sowohl in dem der galvanischen Batterie 28 als auch des Behälters 26, wird das SSaure- oder .Alkali-Steuerungsventil nach Erreichen der beabsichtigten. pH-Mischung von dem geweiligen pH-Regier wieder^ geschlossen, um eine weitere Reagens-Zufuhr zu unterbinden.

Bei der ZusaBmenführung gewisser Elektrolyten ,- mit .-gewissen Metall-Arten sind die metallischen Salze,, die aus der elektrolytischen. Abtragung hervorgehen, nicht, löslich, sondern geradezu unlöslich. In. manchen Fällen dürfte die Erzeugung.unlöslicher Salze fast, augenblicklich am Bearbeitungsschlitz erfolgen.»..in anderen Pällen,können sie . das Ergebnis einer sekundären Reaktion., sein·* In dem klassischen Beispiel, dass das Werkstück aus Stahl ist und.der Elektrolyt eine einfache Kochsalzlösung darstellt, erhält man Eisenhydroxyd, ein festes, aber flockiges. Material. Eine Ablagerung dieses festen Materials lasst sich in der galvanischen Batterie weder in leichter,noch in, befriedigender Weise erreichen, und daher ist es bei einer solchen Sachlage wünschenswert, irgendeine Methode der mechanischen Trennung anzuwenden. Dies kann in der Form geschehen, .dass man einen Oberflächenfilte.r benutzt, jedoch ist der .Gebrauch einer. Zentrifuge vorzuziehen, ,z.B. der von. der ... "Pfaudier: Permutit Company¹¹ hergestellten.und .unteir_v dem Warenzeichen, "Titan" ,vertriebenen Zentrifuge._.piese wäre, dann entweder ani-t dem Behältej? 2ξ> .od^r., dem, Atilagerungs- ■; ,"_: gefäss 28 zwecks Entfernung des festen Materials zu ve3jbin^eii-· · «öle.ichaeitig findet, man in; d^Leser.; Ατι tpji el;ektrolytischer, lösung- eine- g;eFisse:,Mjenge,.lö_sliJ34^ ,Salze^e^nt- ;-weder Eisensalze, die sich nicht in Eisenhydroxyd ver- :

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wandelt haben, oder, öfter, Salze von den im Stahl enthaltenen Metallegierungen. Derartige metallische Salze sind löslich und werden vermittels der galvanischen Batterie entfernt.

Während, wie oben geschildert, zwecks Entfernung der festen Stoffe des Elektrolyten eine Zentrifuge oder andere Vorrichtung mit der galvanischen Batterie 28 oder dem Speicher 26 oder irgendeinem anderen Teil der Anordnung verbunden werden kann, wie auf Pig.l dargestellt, ist bei der mechanischen Entfernung der festen Teilchen die Methode, eine Zentrifuge 66 durch ein Rohr 67 mit der galvanischen Batterie 28 zu verbinden, zu bevorzugen. In der Leitung 67 zwischen der Zentrifuge 66 und dem unteren Teil der galvanischen Batterie 28 befindet sich eine Pumpe 68, die auch festes Material befördern kann und die Zentrifuge durch, deren Eintrittsöffnung 69 speist. Die von festen Stoffen freie Flüssigkeit wird aus der Zentrifuge durch das Loch herausgelassen, und dieses Austrittsloch 70 ist durch das Rohr 71 mit der galvanischen Batterie 28 verbunden. Die ausgeschiedenen festen Teilchen werden durch eine am unteren Teil des Zentrifugenkörpers 73 befindliche Öffnung 72 periodisch herausgeschleudert und können nach Wunsch, zurückgeführt oder fortgeworfen werden. Die Zentrifuge 66 wird von einem gesonderten Motor 74 angetrieben, der mit dem Antriebsmechanismus der Einheit gekoppelt ist.

Je länger der Gralvanisierungsprozess in der galvanischen Batterie 28 andauert, ;je grosser ist die Materialmenge, die

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sich auf den Kathoden 39 ablagert. Bs ergibt sich die Notwendigkeit, diese Ablagerungen von Zeit zu Zeit zu entfernen. Dies kann in der Weise geschehen, dass man die Elektroden 39 aus der Flüssigkeit herausnimmt und die Ablagerungen von der Oberfläche abkratzt. In manchen Fällen können die so gewonnenen Abfälle von Wert sein, so dass man sie behält; in anderen Fällen mag es vorkommen, dass man nichts verliert, wenn man diese Abfälle fortwirft.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Kombination von relativ dicken Graphitplatten als Anoden 40 mit dünnen Kupferblättern als Kathoden oder G-alvanisierungs-Elektroden 39 bei vielen Anwendungsarten zu befriedigenden Ergebnissen führt. Es kommt manchmal vor, dass die Kathodenplatten aus dei selben Stoff bestehen wie das sich auf ihnen ablagernde Material; in solchen Fällen kann man die Platten zusammen mit den darauf befindlichen* Ablagerungen unmittelbar einem Zurüekführungs- und Aufbereitungsverfahren unterziehen.

Fig. 1 gibt eine schematische Darstellung der Elektroden 39 und 40, und sie erscheinen dort als im wesentlichen flach) eine solche Form wurde auch tatsächlich bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung gewählt. Für eine umfassende gewerbliche Anwendung derselben wäre jedoch eine. Elektrodenform vorzuziehen, wie sie auf Fig. 2 oder 2 gezeigt ist.

Auf Fig. 2 erscheinen die relativ dicken Graphit-Anoden 40 flach, während die dünnen Kupferblatt-Kathoden 76 eine gewellte Form haben. Umgekehrt sind die in Fig.3 gezeigten

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relativ dicken Graphit-Anoden 77 von bogenförmiger öder gewilter Oberflächenausbildung und die Kupferblatt-Kathaden. 59 flach.. Diese letzte Anordnung ist vorzuziehen.

Wie gross oder gering die Ablagerungen bei Veränderung des Abstandes zwischen den Anoden- und Kathodenpl^tten sein werden, hängt sowohl von der Natur des Elektrolyten und der Konzentration metallischer Salze als auch der Art der metallischen Salze ab. Da bezweckt ist* unbeachtlich der jeweils bestehenden umstände, sämtliche etwa^ vorhandenen Metalle zur Ablagerung zu bringen^ sind solche Vorkehrungen zu treffen, die es ermöglichen, einen verschieden grossen Abstand zu wählen, und zwar von einem ganz geringeh bis zu einem etwas entfernten Abstand, so dass es -welcher Art auch der Elektrolyt oder die zu bearbeitenden Metalle oder die Umstände der Bearbeitung, wie die Temperatur und ähnliches sein mögen-· stets einen Abstand zwischen Schlitz und Werkstück geben wird, bei der die Ablagerung bei hoher Geschwindigkeit erfolgt. Man sollte verstehen, dass der Qualität des G-alvanisierungserZeugnisses keine Bedeutung beizumessen ist, und tatsächlich neigen die gewonnenen Ablagerungen zum Bröckeln, oft sind sie körnig oder flockig und nach den Vorstellungen des gewöhnlichen (xalvanoplastikers von sehr geringer Qualität. Wegen der Vernachlässigung der Qualität des Enderzeugnisses ist es jedoch möglich, eine höhere Stromdichte zu benutzen, als man sie sonst gewählt haben würde. Der abgestufte Abstand zwischen den entgegengesetzten Elektroden bei der auf den J¹Ig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen trägt dazu bei, die Vielseitigkeit dieser Erfindung zu vermehren und ihren Anwendungsbereich zu erweitern, und so ist man vor der Notwendigkeit bewahrt,

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iaei Je.d^a^nwe^dunjg von äfE ^f?e3,l§ /bea'lJsioliiiig'beEi Anordnung die übliLq^e Zeichnung

ifin. άφ|ί_: l^p^iendtgkeit esitfeiicJben zu sel-ii,, die Eat'b.od.en zwecks Beseitigung der auf ijaiieii entständfiierL Ablage f.ungen in

?eital3stäiiderL atis dem S^ekt^olytea der lat^erie 35 herauszunehgLen, vyurde. die auf dep. 4 und 5 gezeigte Yorrieiit-tiiig erdacht} ..sie /besteht aus Sät? van. Sohafeern. 78, die entlang der eineii. Eänte der gal-vanisphen BatirerdLe so, angeprd.nßt sind», dajs siie die sich^ Taildenden galvanischen Ablagerungen von den Kathoden automatisch entfernen. Die. ab ge schabt en Ablagerungen, fallen. daiin. von de|L Kathoden in; die Auf fangvorrichtung öder Mulde 79. Pas so gewonnene Erzeugnis kann zurückgeführt oder fortgeworfen wurden* Bei der.auf Abb.4 gezeigten besonderen ArLordnungsfprm ist ein Satz gewellter Anoden-Platten 77 starr in seitlich parallelem Abstand voneinander von einer Träger- und Kontaktstange 80 aufgehängt» die an einer Seitenkante, der.Wanne 28 angebracht ist. Diese Platten können rechteckig sein und es ist wesentlich» dass sie in den Elektrolytön der Batterie ,28 voll eingetaucht sind« Ein Satz vom Katho.den-Scheib.en 39, die in. seitlich parallelem Abstand von einan.der auf einer d-rehbaren Welle 81 angebracht sind, wechseln sieh mit den Anodenplatj;en 77 ab. Die Welle 81 überspannt den Behälter 28 dicht über den oberen Kanten 4^r Anodenplatten 77j ihre Zapf en ruhen in den seitlich angebraciiten Auflagen 83 und 84} sie wird von einem äusseren Mpfor §5 angetrieben und hält die Scheiben 39. in s;tändigei TJmdrehung. Die Welle wird von dem Motor 85 vermittels eines Hiemens 86 aus Isoliermaterial· angetrieben.

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Die elektrische Verbindung mit den Kathodenscheiben vermitteln ein äusserer Schleifring 87 und Bürsten 88, Isolierende Distanzstücke aus fetthaltigem Kunststoff wie z.B. Teflon befinden sich zwischen benachbarten Scheiben und umgeben die Welle. Die Schaber 78 sind in der Weise angebracht, dass sie in die Zwischenräume zwischen benachbarten Elektroden eingreifen und sie sind so ausgerichtet, dass sie sich an den sich drehenden Kathodenscheiben reiben. Zu diesem Zwecke sind die Schaber, die sich vorzugsweise ausserhalb der Wanne befinden, auf einer längs der einen Wannenkante verlaufenden Trägervorrichtung 90 verankert. Die vorzugsweise aus nicht-leitendem Material bestehenden Schaber 78 sind ständig in Tätigkeit, um die sich auf den Kathoden-Scheiben 76 bildenden Ablagerungen zu beseitigen.

Man sollte, den Materialien, die bei dem elektrolytischen Formungsverfahren für die Wannen und Bohre Verwendung finden, grosse Aufmerksamkeit zuwenden. Bei der Auswahl dieses Materials sollten die Eigenschaften des verwendeten Elektrolyten und die chemischen Reaktionen berücksichtigt werden, mit denen an verschiedenen Teilen der verwendeten Ausrüstung zu rechnen ist. Im allgemeinen wird für die Wannen und Behälter vorzugsweise glasverstärkter Kunststoff verwendet, wie z.B. Epoxy-Harze; Hartgummi oder Zusammensetzungen mit Hartgummi sind ebenfalls geeignet. Es können auch besonders zusammengesetzte, chemisch widerstandsfähige Metallegierunger, verwendet werden, doch besitzen diese verschiedene Mängel, von denen sich einige aus den besonderen Vorsichtsmassnahmen ergeben, die notwendig sind, um eins ausreichende Isolierung gegenüber dem Elektrodensystem zu erreichen. Die Präge der

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Isolierung stellt sich vor allem bei der Wanne 28 der galvanischen Batterie, und es ist daher von entscheidender Bedeutung, dass die Galvanisierungs-Wanne aus isolierendem Kunststoff "besteht oder mit isolierendem Kunststoff ausgefüttert ist. Als Pumpen und Ventile können solche Muster Verwendung finden, die sich im industriellen Gebrauch für Salzlösungen und Säurelösungen der Irt, wie sie bei dem Verfahren, das den Gegenstand dieser Erfindung bildet, bei der Elektrolyse und bei den galvanischen Reaktionen benutzt werden, bewährt haben.

Zu Erläuterungszwecken und um ein plastisches Beispiel zu geben, kann gesagt werden, dass die in Fig.1 gezeigte Anordnung die Form annehmen kann, wie sie als Muster HCS-59 von der "Anocut Engineering Co.¹' hergestellt und vertrieben wird, und die Kraftquellen-Einheit und die automatischen Vorrichtungen zur Spannungs^Steuerung können die Form annehmen, wie sie als Muster 1500 und 5000 von der "Anoeut Engineering Co." hergestellt und vertrieben, werden.

Die hier geschilderte bevorzugte Methode und Apparatur für die Beseitigung und Kontrolle von Salzablagerungen bei elektrolytischen Formungsprozessen schliesst natürlich nicht die Möglichkeit aus, sie in vielfacher Beziehung abzuändern und zu variieren, ohne hierbei von den dieser Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien abzugehen· Die folgenden Patentansprüche sollen daher auch alle solchen innerhalb des Bereiches dieser Erfindung liegenden Variationen und Veränderungen mit umfassen, vermittels derer die Ergebnisse dieser Erfindung durch die Anwendung im wesentlich derselben oder gleichwertiger Mittel im wesentlichen erreicht werden.

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In den beigefügten. Ansprüchen wird der Ausdruck " "Metalloid" in. einem etwas besonderen Sinne gebraucht, und zwar bezieht er sich auf jene die Elektrizität leitenden Stoffe, die sich wie Metalle verhalten, wenn sie in einer galvanischen Zeile als Anode benatzt werden. Unter den Ausdruck fallen Metalle und ähnlich reagierende Stoffe wie z.B. Wolframkarbid, zum Unterschied von solchen leitenden Nicht-Metalloiden wie Kohle,

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Claims

BERtfN-PAHLEM-HOTTENWEQ 15 W/ «V '

Ruf:761503-Teregramme:ConsidⁱeratIort-Berlin· Postscheckkonto Berlin-West 23887 ■ Berliner Bank AG.rDepositenkasse 1, Berlfn-Charlottenburg 4, Bismarckstraße Bank für Handel und Industrie AG.,Dep.-Kasse 24, Berlin-Dahlem, Breitenbachplatz

Mernzeichen: 218/9308 3Έ _Tag: 19. Juni 1962

der !Firma
^: ÄHOCUT EK
öhicago β.

:_:- P- at've-n t.-a ns, p.· r-ü.. c-h -e,-

1) Blekt.rolytischea Bearbeitungsverfalir'ea, ,bei'dem von einem zu "bearbeitenden Stück Materie abgetragen wird,' indem man zwischen dem Werkstück und einer in geringem .Abstand davon befindlichen Elektrode elektrischen Strom flie.ss,en lässt, wobei der Zwiaphenraum zwischen Elektrode und Werkstück mit einem, Elektrolyten gespeist wird, dadurch g e k e η η ζ eic h η et, dass man die von dem Werkstück stammenden, in dem Elektrolyten enthaltenen Metallsalze niederschlägt, indem jnan den Elektrolyten durch eine galvanische Hiederschlagszelle führt.

2) Terfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ic hn et, dass man den. Elektrolyten im Kreislauf führt und ihn, nachdem er. den Zwischenraum zwischen Elektrode und-Werkstück durchflossen hat,, aufarbeitet, indem man ihn einer Elektrolyse unterwirft, um die von ihm aufgenommenen Metallsalze galvanischniederzuschlagen. _;

/3)] Einrichtung zur Durchführung des Verfahre ns nach

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-jell

Anspruch 1, mit einer Elektrode, die sich, in die Nähe des zu bearbeitenden Werkstücks "bringen lässt, mit Mitteln zur Einführung eines Elektrolyten zwischen Elektrode und Werkstück und mit einem elektrischen Stromkreis aus einer Gleichstromquelle niedriger Spannung, in welchem .das Werkstück anodisch und die Elektrode kathodisch geschaltet ist, dadurch gekennz ei chnet, dass zur Aufarbeitung des zwischen Elektrode und Werkstück durchgeführten Elektrolyten eine Vorrichtung vorgesehen ist, in welcher der Elektrolyt über die Wanne einer Galvanisierungsanlage geleitet wird, wo er mit Kathoden und Anoden in Berührung kommt und wo mittels eines Gleichstromdurchganges die in dem Elektrolyten enthaltenen Metallteile kathodisch niedergeschlagen werden.

4) Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden und Anoden der Galvanisierungsanlage in der Weise angebracht sind, dass der Zwischenraum zwischen ihnen nicht konstant ist«.

5) Einrichtung nach Anspruch 3» gekennz e i c h η e t durch Schaber, welche die auf den Kathoden entstehenden galvanischen Ablagerungen automatisch entfernen.

6) Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kathoden drehen, während sie mit den Schabern in Kontakt stehen.

7) Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η -

■ζ e i chne t, dass sie Mittel aufweist, um den Elektro—

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lyt amah sei&esi. Iteöhgaiii; durch die galvanische Anlage dem Spalt zwisehea Slektr-odie und Werkstück zuzuleiten*

B) Einrichtung nach Anspruch-3* dadurch g e k e aa 2 i i cto n et, dass die Saiden und Anöden eine grösaere Oberfläche JiäSen ali die aktive Oberfläche de^ Elektrode und diese Anöden und Eatnodeai eiaef sehwäehe^en Stioadiöhte als dea?*- 3fHigen iwisöken llekta?ode und feaikstuök ausgesetzt sind*

t) Iia«iöntting m.ü& laspiUün 3» daduareh g e k e η η m e i ö Jb Ä e t» dass 4ie KatnodeÄ und Anöden mit der Ülektfote und dem WeBksiJuek in Seine gesöhaltet sind» wobei eine einzige St^ömfiielle benutzt aria?d» um den St3?öm für die Beaarbeitung und f&- die ®älvänisie;rMngs&nlage zu erkalten»

W) Mnriöhtuiig naöh iaspruöa 9* mit Mitteam but EegeUung der Spannung der Strömquelle _t dadurck g e k e η η ζ e i Q h. a e. t i dass diese Üttel ^on den SpannungSTreränderungeai lerkstüök und llektröde gesteuert weai€en·

11) linriöktung maeh Aiispruen % dadurch g e k e η η ζ e i ö η e t» dass eis el&ea Speicher aufweist» tim den naöh Butöhgang duröh die Wanne der

satfimeln tttd iim von hier aus in den ^palt und Elektrode mx. befö3?äern.

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