DE1440609A1

DE1440609A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Ausraeumen von Material

Info

Publication number: DE1440609A1
Application number: DE1960ST017160
Authority: DE
Inventors: Gurklis John Anthony; Faust Charles Lawson
Original assignee: Steel Improvement and Forge Co
Current assignee: Steel Improvement and Forge Co
Priority date: 1959-11-27
Filing date: 1960-11-26
Publication date: 1968-11-28
Also published as: US3095364A; GB927080A; DE1440609B2; NL258410A; NL125378C; CH369835A

Description

PATENTANWÄLTE ' 144060?

dr. w. Schalk ■ dipl.-ing. peter WiRTHL .

DIPL.-ING. G.E. M. DANNENIBERG · DR. V. SCHM I ED- KÖWARZ I K

Da/E/HO· FRANKFURT AM MAIN

G R. E S CH EN H Er ME R STR. 39

Steel Improvement and Forge Company:. Cleveland, Ohio / Ü3Ä

Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Ausräumen von Material

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Ausräumen von Material aus einer elektrisch leitenden Ilasse zur Her stellung einer vor-Form in dieser Ilasae.

3Jie Erfindung eignet sich be sonders zum Ausräunieii von Formhohlrüumen, inabesondere unregelmäßig ausgebildeten Räumen und zum elektrolytisches formen von G-egenstUuden zu komplizierten oder verwickelt gestalteten formen und verwendet dazu elektrochemische Verfahren unter neuartigen Bedingungen und neuartiger teuerung, und sie dient zur Herstellung von Vertiefungen oder anderen ^e^LUxc-chteu Formen vorbeüti: irrter Tiefe und Form in Blöcken aus leitendem Material, wobei die Formgebung leicht und mit "einet.: hohen Ilaä an Genauigkeit gesteuert werden kann.

BAD ORIGINAL

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Sie :iT£±hau.xii. kann dazu dienen, r^he Masseur:-peter= Seh&iii&l-* "■■■.-Schiiiiedestccke su fertig bearbei.tete"n - ^oteiufeln .ode:r\Kö-eseim mit £vvrin£en ^rl^lolertmseti oder zu fces^gi-il· /pdfer. Schaufeln auszu- ■ bilden, die eat^e_oen' den tibliche.a Verfahren in geringerem" Maße it bearbeitet oder ." £e^ahliffen, zu v;„raeii:' brauchen"·.; Bei der

lun^ der; elek-trorlytiucuen Verf arming; 1st die Lrfiiiduiig ■: n νώτί)1ΐϊάΐ.ΐΐ£; mit xi©n.iiestalt^;i_£. bzü· Ausbildung VQU lu

θΙη erlilutei-tj-sie jfcaän jedoch ^:*tttc:b z^:\m- Foa^meir ader beitejt; jedes and/^re^ G-^enate^ides= mit eiiüfaeiiör oder ter l'orm v:i

Bei der Tt erst ellung vo.i l-orieii er i ordert das übliche Verfahren mit s-anender xiearbeifc ne des !«etalles bei maschinellen Verfahr ren viel Zeit,, teure Pröfil^yopierraaschinen und außerordentlich gut ausgebildete i'aGia^b^itßr« Ea sind Verfahren erforderlich» die die euiü. Kerstelleu der Torrn erforderliche Zeit herabsetzen und damit d_reii i-ioeten Vurrin_L,ern· Diese ι orderung ist inabe-

sondere mit der: Α"α.Π'θη:ΐ£βϊι von i^ r.aketen, Utissriflu(;zeu£ea und

Q!urbiae.i. ν er «ve i·: de ten liocliteßiperaturlegierun^.n noch gev.'Qrdcn, da dä«s Scli'iiiedeu uieaer Legieruri^Biaaterialien starken Abrieb a-iut Verioi-t;uü^ der .iai-rniedewer^zeu^e yerursacht.. M/is- ^; leuensdauer; des ,-!'e-rkzei/^es.'iat V'.-rhältiiier:;i:ßl^ kurz urid eia .'/. Veriahron zuii: ^¹JiUiCJ.Ieη uixa'--r-irt"c^Laitiiche,n iicrst-ellexi iib<ir— einsti,.ne.ider Tpruu.i ia Ctriexi ist aüßeror'a.e.r.tlich wichtig·".

Bei der' Eerstelluii;; von ^urciheiiual^aifelii werd-en bei deia üblichen Vcr .ahren sur' ärerti^bearbeituhg der JcLauxel teure Maschinen

BAD

8Q3Ö i ϋ/ϋ84 6^; -■-. ■■■-■:

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oder Schleifverfahren oder beides verwendet. Daneben ist auf dem Flügelciuerschnitt der Schaufel nahe dem Schaufelansatz eine beträchtIiah·-.. Nachbearbeitung von Hand rait kleinen ''er^izeuien erforderlioh. Dieser Vorgang ist zeitraubend und erfordert die Arbeit eines Facharbeiters· Es sind also Verfahren erforderlich, die die zur Ferti_cbearbeituj.i£ einer ocLauiel erforderliche Zeit verringern und damit deren Kosten herabsetzen, ächniedestüeke werden meist auf sehr teuren kaochine/, geschliffen, in denen ein Schleifband über einen kleinen Rad verwendet wird,-das über die von ein. r Profilvorricrtunjj geschliffene Schaufel

sehr
läuft und nur Aleine ^etalimen_t;en entfernen kann (z.i>.etwa o,oo254 cm/inin.). Daneben ist dieses Baiidsciileifen oft sehr unv/irksan, da zu. -,ilen we^eii dei* Unebenheit und Uii^leicijförsiig*- keit der gesch::iedetexi Roh-Uchaufel nur ein Stil des B;- ndes wirlr"im arbeitet. Die Yordeiiubgei.3clr\.indi^keit bei Schleifverfahren ist, wie oben angedeutet, v-rL ltiiisEößiij ß-. ring, und dies trifft bescüders bei den zähen neuen ßocLteiuperaturlegierungen zu, die zur Verven/ung in llaketen, J- eeii:'lu^zex\_en und Turbinen entwickelt wurden« Dieee neuen Ie^ieruri^swerl stoffe sind außerordentlich hart Und .-chwieri^ zu bearbeiten. LK ε erfinduUt'Si. enäüe Verfahren gestattet cie Verv. e^aung voxi fJchriiede-8tücken geringerer Genauigkeit zur Herstellung von 3cr.aui"eln. Dadurch kata: die AuzaM von Heiz- und Schniiedearbeitsii'.iVienverringert w-.rden, die zum Iierstelleu roher ochTniedestüeke erforderlich siua, und könnea weniger genaue und damit billigere l'orr;. -arkze.-j e vergeudet \ -. rdeij· e cii der 1 -.bYlichkeit,

.."^rnieaeöti'.cke zu vor -.-nuen, kCnre.. nt·er der

BAD ORfGlNAL

Erfindung die bestehenden Formen langer verwendet werden* bevor sie ausgewechselt werden_e

Elektrochemische Verfahren sind für die Herstellung von öffnungen oder Vertiefungen von regelmäßiger Form in Metallen bekannt₉ jedoch iet selbst bei einfachen Formen die Vorschub« geschwindigkeit verhältnismäßig gering· Die Vorscirabgeschwindigkeit beträgt weniger als etwa c,127 cm/Min«,was eine Anodenstromdichte von etwa 6,8 A/cm erfordert« Eine üblicher« Vorschubgesehwindigkelt liegt in der Größenordnung von etwa o,o254 cm/Min· bei einer entsprechend niedrigeren Stromdichte· Es ist ebenfalls bekannt, elektrοchemische Verfahren.zum Entfernen größerer Mengen Metall von dem Körper eines Gegenetandes zn verwenden, um glatte Oberflächen EU erhalten, sowie sum Entfernen kleiner Metallmengen sum Polieren« Bei diesen Verfahren sind die Geschv<indigveit@n_g mit denen das Metall entfernt wird» verhältnismäßig niedrig· Eine übliche Höchstgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung von etwa o_foo762 bis o»o254.**& pro Minute bei Stromdichten von etwa T₉24 A/cm · Außer in den ganz speziellenFällen, in d=nen ein Material eine solche Härte und Zähigkeit besitztj daß übliche Werkzeugmaschinennieht verwendbar sind, sind diese Geechwindigkeiten praktisch zu niedrig« Jedoch selbst wenn sie in solchen besonderen Fällen ver»^rendet werden^ besitzen solche bekannten elektrochemiechen Verfahren den ilaahteilj daß infolge der bekannten Tataache₉ daß die elelttrolytische Stromverteilung nicht der Obenfläohenforia der in den Elektrolyten eingetauchten Elektroden entspricht, eine genaue Steuerung der Abmessungen und 'Form fehlt. Von

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Vorsprüngen» Ecken und Kanten fließt der Strom in größerer Konzentration als von Vertiefungen und Hohlräumen· Daher wurden "bei ■bekannten Verfahren zahlreich· Hilfsmittel verwendet» um die Stromverteilung zn regeln, wie zum Beispielι (a) nichtleitende Werkstoffe» die in einen bestimmten Verteilung auf den Oberflächen der Anode oder der Kathode oder beiden angebracht wurden} (b) nichtleitende "Zwisehendämme" für den Stromfluß, so daß künstlich eine längere Bahn hergestellt und damit der Widerstand gegenüber dem von Voraprüngen, Ecken und Kanten fließenden Strom erhöht wird, wodurch die Verteilung der elektrolytischen Stromdichte so geregelt wird, daß auf der Oberfläche der Elektroden eine einheiliehere Dichte entsteht} (o) Hilfs- oder ^HRäuber"-anoden, die einen Seil des Stromea ableiten; und (d) bipolare Elektroden, die den relativen Stromanteil der abgesetzten Bereiche oder Vertiefungen der wirkeamen Elektrodenoberfläche erhöhen.

Alle diese Verfahren werden in der Praxis dort verwendet, wo das Werkstück als Kathode zur Aufnahme eines galvanischen Überzuges oder als Anode zur Entfernung von Metall mit der entsprechenden Elektrode entgegengesetzter !Polarität in einen elektrolytischen Behälter eingetaucht werden kann· Bei keinem der genannten Verfahren jedoch und bei keinem der auf dem Gebiet des Elektroplattieren, Elektropolierens und der elektrolytischen Feinbearbeitung usw. verwendeten Verfahren ist es möglich, durch Elektrolyse Hohlräume oder Vertiefungen von beträchtlicher Siefe und unregelmäßiger Wandform mit den Orößentoleranzen und dem Reprozuzierbarkeitsgrad herzustellen,

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der für Hohlräume In Gesenken oder Formen erforderlich iat*:-, y;;m die in der Schmiede-, Spritzguß- oder Kunststoffverarlijeitungf-industrie verwendet v/erden. Auch war es bis Jetzt nioht mögliohr durch Elektrolyse Turbinensohaufeln komplizierter und unregelmäßiger Form mit den Größentoleranzen und dem Reproduzierbar— keitsgrad herzustellen, wie sie für die Herstellung von Turbinenschauieln erforderlieh sind» ί _:

Bei bekannten Verfahren beträgtder übliche Abstand von Anode zu Kathode mehr als: etwa 5,175 mm., manchmal bis zu 1-27»ö bis etwa 381 mm und mehr. In manchen Sonderfällen, in denen es V sieh um einfache Formen und durch Anodenzerssfczung hergestellte ungenaue Umrisse handelt, kann eine KatLode bestimmter Form in einem so geringen Abstand wie etwa o,635 mm von dem Anodenwarkstück angeordnet seiri, das in einer verhältnismäßig großen Elektrolytmenge praktisch vollständig eingetaucht ist« Aber auch eine solche Verfahrensweise hat sich nur in dem Fall als nützlich erwieseii, in dem große Heagen Metall entfernt werden, bevor mittels üblicher Metallbearbeiturigsmaschinen eine genauere Bearbeitung erfolgt. ■

Beim elektroli/tische:: Amsräümen einer Vertiefung oder eines Loches ist es erforderlich, den Arbeitavorgang periodisch zu unterbreclien und tiberzugsmaterial von dem Anodenblock zu ©ntfernen, um den gewünschten umriß und die gewünschten feiefenunterschiede zu erhalten· Um den Schutzttberzug zu entfernen» muS der Anodenblock aus dem Blektrolytb&d antfernt werden. Beide Vorgänge'sind zeitraubend. Weiterhin ist die periodische

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Unterbrechung des Ausräumens des Hohlraumes nicht nur zeitraubend und kostspielig, sondern birgt auch die Gefahr, daß eich auf der Wand dee ausgebildete., Hohlraumes Linien oder Kippen anlagern* wodurch die Form dee Hohlraumes verändert wird· Keines der bekannten elektrolytischen Verfahren zum Ausräumen von Hohlräumen oder Vertiefungen in Metallen oder «um elektrolytischen Formen von Surbinensehaufeln oder anderen Metallgegenständen erreicht selbst bei geringen Vorschubgeeohwindigkeiten annähernd den Genauigkeitsgrad üblicher Werkzeugmaschinen» in denen dae Metall spanweise oder durch Schleir fen entfernt wird,

Nach der Erfindung ist die genaue Steuerung der Anordnung des Elektrolyten in einer besonders konstruierten Vorrichtung vorgesehen» für Hohlräume mit kompliziertem Wandumriß und verschiedener Tiefe sowie eine genaue und unterschiedlieh starke Entfernung von Metall von Schaufeln und anderen Gegenständen komplizierter Umrißforau Hohlräume können mit Eindringgeschwindigkeiten von mehr als 0,127 mm/Min, elektrolytisch in elektrisch leitenden Materialien Kusgebildet werden, während Plügelquerschnitte von Turtinenschaufeln bei einer Vorschubgeöchwindigkeit von mehr als etwa o,o76 cm/lcin· gleichzeitig auf beiden Seiten elektrolytisch geformt oder bearbeitet werden können. Hoch wesentlicher ist es, daß diese Gegenstände mit solchen Geschwindigkeiten in genauen Abmessungen hergestellt werden können, die bisher nicht erreicht worden sind.

Die Erfindung schafft ein verbessertes und .ichnelleres elektrochemisches Verfahren zur Herstellung komplizierter Pormhohlraume

BAD ORiQINAU

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— β ··

genau gesteuerter- Tiefe und Form in elektrisch leitenden Werkstoffen und zum lOrmen und Feinbearbeiten kompliziert geformter Schaufeln und anderer Gegenstände aus rohen Schmiede- und Gußteilen· Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäSe Vorrichtung sind besondere sum elektrolytisehen Ausräumen von Hohlräumen oder Bohrungen in elektrisch leitenden Werkstoffen verwendbar, die als Formen heim Schmieden und Spritzguß Ton Metallen und bei der Kunststofformung verwendet'werden» sowie zum elektrolytisehe«--formen von Turbinenschaufeln ©der Schöpfzellen, wie sie häufig in Xftisenflugzeugenj Raketen und anderen Maschinen verwendet werden«

Im Unterschied au dem üblichen Verfahren der spangebenden Bearbeitung oder der Entfernung des Metalls durch Schleifen iat das "erfindungsgemäße Verfahren von der Härte des entfernten Materials unabhängig» Ein überziehen oder Abdecken der Anode _t oder ,' andere Hilfsmittel bekannter Verfahren mit ihren wohlbekannten Eaehteilen sind nicht erforderlich· Es tritt außerdem keine Erosion oder eine Abnutzung in dem KathodenwerkBeug auf, und dies ist ein wesentlicher Vorteil für die Reiheilherstellung genau.'-gleicher Formen oder anderer Gegenstände ₉ ohne daß das Urteil der Bedienungsperson erforderlich,--ist» wie dies bei anderen Verfahren zum Ausfräsen und Formgeben einer Form erforderlich ist* wenn das Werkzeug sich abnutzt·--

Erfindungsgemäß wurde festgestellte daß eine kleine Elektrolytm¹ die sich in einem begrenzten Raum, dessen Form in drei Dimensionen bestimmt ist, mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten als

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den bei der übliehen Elektrolyse verwendeten übliehen bewegt,

von

eine elektrolyt!sehe Stromverteilung fci» bisher nicht erreichter Einheitlichkeit gestattet, so daß in einer Masse aus elektrisch leitendem Werkstoff, die als Anode ausgeschlossen wird, eine sehr genaue Wiedergabe, d.lupraktisch das Negativ der Form der Kathode erhalten werden kann. Der entstehende Hohlraum oder •in anderer Gegenstand erfordert, wenn überhaupt, so nur verhältnismäßig geringfügige zusätzliche Arbeit, um zu einem fertig bearbeiteüf&fr Gegenstand jsu werden. Das erfindungsgemäße elektrolytische Verfahren sieht Vorschubgeschwindigkeiten von me#r ale 0,127 mm/ilin. vor bei Spannungen von weniger als 15 V, in manchen Materialien sogar weniger als 5 V.

Die Erfindung verwendet einen geringen Abstand zwischen Anode und Kathode (beispielsweise o_fo5o8 bis etwa o,762 ram Spaltj£breite' tine mit hoher Geschwindigkeit fließendes, gelenkte und gesteuerte Elektrolytströmung durch den schmalen Spalt zwischen den Elektroden, ein Kathodenwerkzeug von gewünschter Porm und das Werkstück als Anode, um ein schnelles Ausräumen des Letälles und eine genaue Anpassung an die gewünschten .Formen zu erreichen. Der Elektrolyt wird unter Druck durch eine besonders konstruierte Haltevorrichtung gepumpt, um in dem Spalt zwischen den relativ zueinander feststehenden Elektroden eine mit hoher Geschwindigkeit fließende gesteuerte Strömung herzustellen· Die einzige von den Elektroden durchgeführte Bewegung besteht darin, daß das Kathodenwerkzeug- bzw. die -Werkzeuge mit der gleiohen Vorschubgeschwindigkeit auf die Anodenmasse zu bewegt werden, wie das Metall elektrolytisch entfernt oder ausgeräumt wird. Diese Bewegung führt nicht zu irgendeiner elektrolytischen Störung, noch beeinflußt sie den Elektrolytfluß. Der Elektrolyt-

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fluß wird dadurch hergestellt, daß die Flüssigkeit unter Druok in die Reaktionszone gefördert wird, wobei die Zuführeinriohtungen fest mit der Reaktionszone in Verbindung stehen_e Bei anderen bekannten Verfahren zum elektrolytischen Ausräumen von Metall wird der Elektrolyt in einem Strahl oder Strom auf das Werkstück gerichtet und trifft so auf das Werkstück· Die Erfindung unterscheidet sich von oln solchen Verf hren dadurch, daß die gesamte Reaktionszone ein fester Bestandteil des Elektrolytflußsystems ist und unter hydraulischem Druck steht {mindestens etwa o,35 kg/om Überdruck, vorzugsweise etwa 1,o5 bis etwa

1,4 kg/cm Überdruck oder mehr) und sich nicht wie bei bekanntezi Verfahren außerhalb des Systems befindet· Bekenn ,te Verfahren wären zur Verwirklichung der Erfindung nicht geeignet, da mit einem gerichtetes Stahl die Strömungsverhältnisse nicht den entsprechenden Fluß über di·: Oberflächen der Reaktionszone gewährle ".sten würdq* .

Wird eine Flüssigkeit duroii eine öffnung unter Druck in einen leeren Raum eingeführt, so dehnt sie sich mit gleichmäßiger Strömung in allen Richtungen aus, wenn der der Strömung entgegengesetzte Widerstand in allen Richtungen innerhalb des Raumes gleich ist· Der Wideretand gegenüber der Strömung ist der ,-uerschnittsflache umgekehrt proportional, während, er der Iiän^e des We^es durch den leeren Raum direkt proportional ist· Innerhalb eines, besti: .raten Bereiches von V/er ten für die Quer— schnittsflache und die.Bahnlän^e kann ein hydraulischer Mindest« druck bestimmt v/erO.eü, der zumindest eine bestipimte gewünschte

BAD ORIGINAL

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Strömungsgeschwindigkeit in dem Spaltbereich, selbst in dem engsten Spalt herstellt, die genügt, um Polarisierung ca rermeiden und damit einen angemessenen Strom BU gewährleisten.

Flüssigkeiten unter Druck haben die Eigenschaft, daß sie alle Leerräume gleichmäßig auszufüllen suchen. Brfindungsgemäß wird auf den Elektrolyten ein solder Druck ausgeübt, daß der Spalt dauernd mit Elektrolyt gefüllt ist, der sich alt ausreichender Geschwindigkeit bewegt, daß •ine Polyrisation innerhalb des Spaltes rermieden ist· laohdea die Ausräumung des elektrolytischen Material·« •in« Zeit lang Tor sich gegangen ist, wird der ganz· Spalt praktisch gleiohförmig. Sie gerichtet· schnell· Elektrolytströmung gestattet ein schnelles Entfernen des Metall··, indem si· eine frisch· Lösung xu den wirksamen

Oberflächen der Anodenmasse bringt, und rerhindert «ine

andere

Polarisation, indem si· Oase und/bei der Hydrolyse entstehende Elektrodenprodukte mit sich hinwegniamt. Dadurch ist ·· möglich, alt bisher bei einem solchen Torgang nie erreichten Stroadiohten su arbeiten, und swar bei kleinen Spaltabständen, die ein schnelles Entfernen d·· Metall·· und eine gut* Wiedergab· der gewünschten V form gewährleisten»

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Unter den erfindungsgeraässen elektrolytischen Bedingungen beginnt der elektrische Stromfluse swisehen der Anodenmasse und dem Kathodanwerkzeug, sobald ein Seil dea Kathodenwerksseuges den richtigen Abstand (oder Spalt) von der Anodenmasse erreicht hat, und ein wirksamer elektrolytisch·? Stromfluss ist auf diesen begrenzten Bereich beschränkt. Sa besteht kein seitliches Ausräumen, das den gewünschten Umriss βerstört. Bei weiterer elektrolytischer Zersetzung des Metalles kommt ein immer grösserer Bereich des Kathodenwerkzeuges in das richtige Abstandeverhältnis· Das Werkzeug wird mit gleichförmiger, dsr elektrolytischen Zeraetfsuzigsgesehwindigkeit entsprechender Geschwindigkeit vorwärtsbewegt, und die Umrissform der Anodenmasse nimmt die Umriesforra des Kathodenwerkzeugea an ohne die üblichen Heben- oder Hliiterschneidungswirkungen, die während der Hydrolyse mit geformten Elektroden bei elektrolyt!sehen Verfahren zum Aueräumen grosser Massen auftreten. Sine mögliche Erklärung für die erhaltenen ausstrordentlich guten Ergebnisse ist die* dass bei einer elektrolyt! sahen Strömung unter einer so geringen Spannung τβη weniger ala 15 J₉ bei manchen Werkstoffen sogar weniger sie 5 Y, in dea Oberflöchenbereiöh mit angeseseenea Abstand eier Spalt praktisch keine Polarisation auftritt« während in Oaerflichenfeereichen mit gröaserem Abstand» aelbat wenn dieaer nur wenige tauaendatel Zentimeter gröeeer ist, die Pol&rieatlon und der Wideratand in dem Elektrolyten soviel gröeaer eind, &mim tu diesen letztgenannten Bereichen praktieoh kein Stroa flieset.

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elektrolyt!ache Auaräuaen τοη Metall erfolgt gemäß dn farad&ysohen Gtesets der Slektrolyse und wird nach der OouloBb-Xahl der durchfließenden Elektrizität bestlmrt. Sie elektrolytisch· Zersetzungageschwindigkeit berechnet sieh naoh den faradaysehen uesets und die Torsehuegesohwindigkeit des Kathodenwerkseugss wird gleioh dieser gewählt, u» die Zersetzung fortzuführen und den Spalt aufrechtzuerhalten· Würde die Yoreehubgeschwindigkeit Terringert, eo würden der Spalt und der in ihm herrschende Widerstand größer und die Zersetzungsge-•chwlttdigkeit nähae ab. Das Verfahren würde zwar in der gleichen Welse, doch mit geringerer Geschwindigkeit weiterlaufen, als der, die erreichbar ist, wenn der Spalt; 1» den gewünschten drensen gehalten wird, wobei die •sit·»- und Hintersohneidung wegen des Terhältnismä&ig höherea seitlichen Stroaflusses größer wäre. Würde die Kfttfeede alt einer Oesehwindigkelt eugeführt, die größer ist «!■ die größtsögliche Zersetsungsgesohwlndigkeit, so würde der Spalt allaählich kleiner und bewirkte Lichtbogen «der Tunkenbildung und schließlich käae dabei das Katfetdenwerkseug alt der Anodeneasse la Berührung. Bei de« Terwirklichung der Irfindung sind Lichtbogen- und fsAkenbildung unerwünscht, da sie die Wirksaakeit des Terfahrene rerringern und die Oberfläche sowohl der AnodenasB·* ali auch des lathodenwerkaeuge« besohädigen« Bine •eröhrung de« lathodenwerkseugee alt der Anedenaasse

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wiirde natürlich den elektrolytischen Torgang praktisch beenden und wahrscheinlich die Materialien und dl· Torrichtung beschädigen.

In den Zeichnungen stellen dart

Yig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise sohematisoh eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Torrichtung zum Aueräumen einer Form,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch einen fell der Torrichtung nach Fig« 1» nachdem die Torriohtung einige Zeit in Betrieb ist,

Fig« 3 eine sohaubildllche Ansicht mit weggeschnittenen feilen des Anodenblockes nach Fig. 1 und 2, nachdem die Torriohtung in diesem einen Formhohlraum auegebildet hat,

Fig. 4- teilweise im Schnitt und teilweise echessatisch

eine Stirnansicht der erfindungegemäßen elektrolytischen Forarorrichtung,

Fig· 5 eine Draufsicht auf die Torrichtmng naeh Fig. 4 und

Fig. € in größere« Maßstab einen Teil der Torriohtuaf naoh Fig« 4 und 5$ naohdem die Torrichtung einige Seit in

Betrieb gewesen ist«

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In der Torriohtung nach Yig. 1 dient ein Drehbankbett 10 als (trundteil einer Ausrüstung für eine Vorrichtung 11 svw elektrochemischen Ausräumen einer ?ora. Jede andere geeignete Maschine, beispielsweise eine lotrecht arbeitende Bohraaschine, die eine Lagerung für eine Kathode und eine Anode» «Ine steuerbare Torschubbewegung der Kathode und/oder Anode, ein elektrolytisches Ströwungssyste« und eine Abschirmung, eine Strotnführung usw. eraOglioat, oder su diese« Zwecke abgewandelt werden kann, ist Terwendbar. Die Torriohtung 11 schafft durch eine gesteuert« Torsohubbewegung eines Kathodenwerkseuges 15 einen torahohlratta in eine« Anodenblook 12, wobei das Kathedeawerkscug la wesentlichen die gleicht Torrn besltxt wie der Hohlraum, der la de« Anodenblook 12 ausgebildet werden soll.

Ik tjflsok·· erfiadmnfsgemilles Ausräumen einer Fore ge- »ehl«k% felfeBAeraalent 9«r Aaodenbloek 12, der den elektrolytleell f«for«te« fioalrmma aufneh»«n soll* ist an «la« Aaedenfcalter 14 »«feetigt, der durch ein· IsolierwM! 15

der !Drektemk Isel Iert uad «it einer Ane4enstro»- U Terb«ade« let. »er Anedeableek 12 befindet sl«k ittMrmal· «ltter lprükkluB«er oder einer gpritshaute Her »φ· wA ti« f»n «*a Kathedenwerkseuges 15 eatsprieht im «eiasmtlieliiea i«r f*r« ma« ie« Ornrii des gewünsehten

WLm* t —*** Al* lltktrelyt~itre««*eeeae 1t Um Xatkedeawerkseug 13 und de« Anodenforableek

SAD ORJGf_NAL 809810/0846

Wenn das Kathodenwerkzeug ein genaues Negativ des gewünschten Hohlraumes darstellt, können die Abmessungen des entstehenden Hohlraumes um wenige t ausendstel Zentimeter von den gewünschten Abmessungen abweichen, und «war wegen Unterschieden in der Stromdichte an den Stellen, an deaen die Oberfllohe unterschiedliche Formen aufweist· Nach der Erfindung vermindert der geringe Abstand und die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten durch den Spalt die Unterschiede in der Stromdichte, jedoch bestehen immer noch geringe Unterschiede· Um eine maximale Genauigkeit zu erreichen, sollte die Form des Kathodenwerkzeuges nur geringfügig von dem genauen Negativ des gewünschten Hohlraumes abweichen, derart, daß geringfügige Änderungen der Stromdichte auf den verschiedenen Oberflächenbereichen ausgeglichen werden· Sin Werkzeug mit einer solchen Form soll gewissermaßen "elektrolytisch* der Fora des gewünschten Hohlräume· entsprechen« Ein einfacher Weg zur Herstellung eine· Werkzeuges, da· elektrolytisch der gewünschten Fora entspricht, besteht darin, von eine» Hohlraum oder einer Sohablone des Hohlrau«·· auszugehen, der bzw. die mit einer leitenden Oberfläche der genauen gewünschten Form versehen ist, und diese als Kathode zu« Formen de· als Anode angeschlossenen Werkzeuges xu verwenden, wobei das Terfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden· Sa die Stromverteilung in jedem Falle die gleiche ist, kann das erhaltene Werkzeug

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wenn ·· erfindungsgemäß als Kathode verwendet wird, Hohlräume herstellen, die genau den Hohlraum entsprechen, nach dem das Werkzeug selbst elektrolytisch geformt wurde.

Sin· klare, durchsichtige Kunststofführungsbuohse 19 ist an den Anodenblock 12 angeschlossen. Die lührungsbuohee 19 weist eine BinlaSöffnung 20 auf, durch die der Elektrolyt in den Hohlraum zwischen dem foroblock und de« ferkseug 13 eintritt, sowie eine Auslaßöffnung 21, durch die der Elektrolyt aus der Ströaungszone 13 und der Anordnung 12, 13» 19 ausetröat. line Rohrleitung 22 leitet den Elektrolyten au einem Behälter 23, τοη de« «as «in· Rohrleitung 24-, eine Pumpe 25 und eine lohrleitsae 26 den Slektrolyten unter Druck in die Einlaßöffnung 20 leiten. Di· Binlaßöffnung 20 und die Aualaßöffnung 21 können echlit*för»ig oder rund sein oder irgendein« andere for« beaiteen.

Die Ärehlaankleitspindel, dl* über «in* geeignet· übliche 9nters«tsumg und einen Drehbankeupport 27 wirkea« wird, bewegt das Kataodenwerkxeug 13 so Torwarts» daß der gewüneefcte Spalt «wieohen de« lorablock 12 und de« Werkseag 13 erhalten bleibt. Hn Kathodenwerkseughalter 28 wirft τοη einer Kathod*natro««chl«n· 29 alt Stroa gespeist, 41· alt dea negatiTen Pol einer .dlelohspannungsquelle Terbunden ist, deren poeitirer FoI an die Anodenstro«-

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schiene 16 angeschlossen ist. Der Werkzeughalter 28 ist mittels Isolierung 31 gegenüber dem Drehbank-support 27 isoliert. Der Sprühkasten 17 kann aus Isoliermaterial bestehen oder bei 52 und 33 mit einer Isolierung versehen sein, die ihn gegenüber dem Vorablook 12 und dem Werkzeug 13 isoliert, und mit einer Isolierung 34, die ihn gegenüber dem Drehbsnkbstt 10 isoliert.

Die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit des Kathodenwerkzeuge β wird dadurch erhalten, daß eine Einstellung der Supportbewegung verwendet wird, die der Geschwindigkeit der elektrolytischen Zersetzung dee Metalles entspricht.

Sin Beispiel einer praktischen Ausführung der Erfindung, die eins gute Wiedergab* bei geringen Toleranzen und wiederholter Jorsausräumung ergibt, ist in folgenden beschrieben, wobei ein kompliziert geformter Fomshohlraun mit tiefen zwischen 1,27 und 12,7 am ausgeräumt wurdet

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Anfängliche Spalfbreite t Elektrolytströmung :

Geschwindigkeit der Strömung des Elektrolyten durch den Spalt ι

ο,0254-0,o301 mm 19,o87 l/min.

34,77 m/eec. 2,o8 m/min.

Zusammensetzung des Elektrolyten t 54 g/l

pH-Bereioh ι Temperaturbereich ι Spannung t Stromstlirke ι

Mittlere Stromdichte j

Yorschubgeechwindigkeit der Elektroden ι

Wiedergabe t 1o g/l KaGl bis o,o *♦ 1.0

26,7 - 51,7° 4,5-5,6 Volt

von 6o A S5U Beginn bie 53ο A am Ende

11,62 A/cm² am Ende des Versuchs

o,414 mm/min.

(es wurden bei anderen FormausbildunGen Vorschubgefcchrindigkeiten

von 0,635-0,762 mm/min.

an^eweulet)

Übereinstimmung zv»itchen o,o254 - o,o762 mm im Tiefenbereich von 1,27-4-&» bis 12,7 mm für fünf Hohlräume wurde unter nahezu gleichen Bedingungen erzielt.

Die nachstehenden Tabellen I und II enthalten Daten für nach einander in Stahl-Formblöcken ausgebildete Hohlräume. Dabei wurde ein elektrolytische» Kathodenwerkzeug 13 etwa der in den Zeichnungen dargestellten Form vervendet· Aue den Angaben ist die ausgezeichnete Vtieder^abe ersichtlich. Die Hohlräume wurden

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in 25 Minuten hergestellt, während beim üblichen Fräeen mit einer geeigneten handelsüblichen Maschine 4 Stunden Maschinenarbeit erforderlich sind.

Tabelle I Vergleich von Messungen der Tiefe von Formhohlräumen aus fünf Doppelversuchen zur Überprüfung der Wiedergabe von Formausräumverfahren (a)

Abstand zwischen Hohlraum Tiefenmaßt mm oder Angriffsstelle

12,7 mm (tiefster Punkt 12,65 12,65 12,675 12,65 12,65

des Hohlraums)

38,1 mm 4,724 4,674 4,724 4,674 4,674

63,5 mm 4,75 4,699 4,724 4,724 4,724

Punkt C (Mindesttiefe an
konvex ausgebildeter Erhöhung des Formhohlraumes) 1,499 1,397 1,473 1,448 1,422

Punkt A (Spitze der kanonischen Erhöhung des Hohlrau- 9,o42 9,o42 9,o42 9,o68 9,o93

mes) ■

Punkt B (tiefster Punkt in

äer schraubenkopf föririgen 9,855 9,855 9,83 9»855 9,83

STertiefung des Hohlraumes)

■2C 55! 2!Ξ Ϊ^Ε S^baS* MHv ΐΐ *■» Se« mw *^Z» «μηΪ^^βΪ» ·ΐΐΓ 2ΐ» ι*» ΐ^ΐ ^μΪ 4hS ^SSi SS* S*a Ζΐΐ Si» ΐ2* ΐ^^ΐίΐ £*· aSv2S5 CC Ϊημ SSmSI S

(a) Alle Versuche wurden unter den folgenden -Betriebsbedingungen durchgeführt j (ieaciiv.-indigkeit der Formausräumung 0,414 mn/ Min.; Spalt zu !Beginn des Versuches t o,3o5 mmj Tiefe, bis zu der das Kathodenwerkzeug vorstieß t 12,294 mm ; Zusammensetzung des Elektrolyten 55 g/l HgSO., (periodische Zugaben von HgSO. zu dem Elektrolyten wurden vorgenommen, um den pH-iVert während des Versuches in dem gleichen Gebiet aufrechtzuerhalten } Temperaturbereich 27,8 - 5o°C j Spannungsstärken bereich : 4,5 - 3,6 V; Strom^ereich t 6o - 53o A } Strömunge-

.geschwindigkeit dos Elektrolyten am Ende der Versuche 19« l/

80981U.,'ü846 BAD

(b) β.!ig. 3

!Tabelle II Vergleich yon Messungen der Breite von Formhohl-

räumen aus fUnf Doppelversuchen zur Überprüfung der Wiedergabe von Formausräumverfahren (a)

Abstand entlang der Weitenmessungen in mm

Hohlraumlänge mm M N O F Q

ο 27,94 27,94 28,194 28,194 28,194

5,o8 . 3o,988 3o,988 31,24 31,24 31,24

12.7 31,75 31,75 32,oo 31,75 32,oo

25.4 29,21 29,21 29,464 29,21 29,21 3 3,1 29,21 29,21 29,464 29,21 29,21

50.8 29,21 28,96 29,21 29,21 29,21

63.5 29,21 2B,96 29,21 29,21 29,21 76,2 28,96 28,96 28,96 28,96 29,21 86,36 27,43 27,43 27,43 27,43 27,43 96,52 28,96 2ö,7o 28,96 28,96 28,96

1o1,6 28,45 26,45 28,45 28,45 28,7o

114,3 27,18 27,18 27,18 27,2o 27,2o

127,0 25,91 26,16 26,16 25,91 25,91

(a) Genaue Beschreibung der Betriebsvariablen der Pormaueräumrereuohe »»Tabelle I, Fußnote (a)

BAD ORIGINAL

80981 0/0846

Gute Wiedergabe wurde auch bei der Herstellung τοη Formhohlrüumen komplizierter For« für Turbinensehaufeln erreicht· Sowohl für obere als auoh für unter· Schmiedewerkzeuge wurden Hohlräume hergestellt. Der. Fonahohlraum für ein® der Schaufeln hatte folgend· Abmessungen t Länge etwa IQ om, Breite ewisohen 2,54 bis 5 em» Tiefe zwischen etwa β>£03 und etwa 1,562 onu Die Hohlrauaabmessungen für eine andere Schaufel betrugen» Länge etwa 12,95 cm, Breit· etwa 5 cm, Tiefe zwischen 0,216 und 1,791 cm.

Bei der Vorrichtung nach Pig. 4-6, dienen ein Drehbankbett 40 und ein Querrorschubantrieb 41 als Grundteile einer Ausrüstung für eine Vorrichtung «um elektrochemischen Formen von Schaufeln· Jede andere geeignete Maschine, die eine Lagerung für die Kathode und di· Anode, eine gesteuerte Vorschubbewegung der Kathode, •in elektrolytisches Strömungesyst·» und ein· Abschirmung und eine Stromführung gewährleistet oder su diesem Zweck abgewandelt werden kann, ist rerwendbar. Di· Torrichtung 42 bewirkt «in elektrolytisches fönten «in«r Schaufel 45 durch di« gesteuert· Vorwärtsbewegung der Kathodenwerkseuge 44, di· ein· for« aufweisen., dl« praktisch der Form entspricht, di· auf der jeweiligen Seite der Anodenschauf·! 43 hergestellt werden soll·

BAD 8Ö981Ö/QÖ46

lin· typische erfindungsgeinfiße elektrolytische formung geht folgendermaßen Tor eicht Die als Anode wirkende Schaufel' 43 1st starr in einer (in den Zeichnungen nicht sichtbaren) Halterung befestigt, wodurch das Sin» setzen und die genaue Auerichtung der Schaufel 43 in einer führungsbuohse 45 gewährleistet let, die in einen Elektrolytschutzgehäuse 46 genau eingestellt ist. lin Anodenanschluß 47 ist ait eines (nicht gezeigten) Tortsats verbunden, der aus dem Aneatzteil der Schaufel 43 vorragt. Sie Kathodenwerkxeuge 44 sind an Kathodenstütsplatten 48 angebracht, die wiederum an Kathodenschüften 49 befestigt sind, die in Kathodenlagerblöcken 50 gelagert sind« Uariß und Fora der Kathodenwerkzeuge 44 entsprechen la wesentlichen den für die beiden Seiten der Schaufel 43 gewünschten· Die Kathodenwerkzeuge 44 und die Stutsplatten 48 sind genau in eine klare, durchsichtige Kunststoff-Führungebuohee 45 eingepaßt. Sie führungobuehse 45 besitzt eine Einlaßöffnung 4 51, durch die der Hektrolyt in die Hohlräume oder Spalte 52 swisohen der Schaufel 43 und den Kathodenwerkseugen 44 eintritt« sowie eine AuslaSöffnung 53t durch die der Elektrolyt aus

buchse

dem StrtJaungsbereionen 52 und der führnngssse 45 ausströmt, line Hohrleitung 54 leitet den Elektrolyten «u eiaea Behälter 55, von den aus eine Rohrleitung 56, eine Pompe 57 mn* eine lohrleitung 58 den Elektrolyten unter Druck in die Einlaßöffnung 51 einführen·

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8 0 9 8 1 0. U 8 4 6

-24- 1440608

Wenn die Kathodenwerkzeuge geneue Negativ· der gewünschten herzustellenden form darstellen, können die Abaeeeungen der erhaltenen form wegen Unterschieden in der Stromdichte an Oberflächenbereichen unterschiedlicher Torrn ua einige Tausendstel Zentimeter von der gewünschten Fora abweiohen. Srfindungagemäß werden durch den geringen Elektrodenabetand und die hohe Geschwindigkeit, ait der der Elektrolyt durch den Spalt fließt, die Unterschied· in der Stromdichte stark verringert, jedoch bleiben geringe Unterschiede bestehen· Soll eine maximale Genauigkeit erhalten werden, so welchen Sie Formen der Kathodenwerkzeuge vorzugsweise geringfügig von den genauen Negativen der gewünschten Sohaufelformen ab, derart, daß geringe Unterschiede der Stromdichte auf den verschiedenen Bereichen der Oberfl lohen ausgeglichen werden· Werkzeuge solcher Form entsprechen gewissermaßen "elektrolytisch" der gewünschten Form der jeweiligen Seite der Schaufel· Sin einfacher Weg sur Herstellung von Werkzeugen, dl· elektrolytisch den gewünschten Jörnen entsprechen, 'besteht darinsaß zunächst eine Schaufel oder eine Sehaufelachablon· mit leitenden Oberflächen -und der g«nam«m g·- wünaohten For» als *atho4· sin Foraea d·· «1» Aaod· aageeohloeeenen Werkzeug·· eingesetzt wird, wo··! 4·· Terfahr«a und dl« Torrichtnag nach der lrfindmmg verweadet wtwu · Da II* Strowverteilujig Im j*d·· Fall* dl· gl«ieh· ist, köBii#a alt den erhaltenen Werkzeuge»_# wena si· ·γ-

als Kathoden angeeohlosses. werden^ Sohaufela werden« dl· der Schaufel, aaeh t*r die W»rkselbst elektrolytisch geformt worden sind, genau

entsprechen. 8 0 9810,0846 BAD ORIGIN

Ό·τ Quervoreohubsantrieb 41» der von der Prehbankleitspindel und einer geeigneten üblichen Untersetzung an» getrieben wird, liefert die Antrlebskjaft, die die Kathodenwerkzeuge 44 vorwärts gegen die Schaufel 43 bewegt. Der Quervoraohubsantrieb 41t der über eine Quervorsehubsantriebeplatte 59 wirkeaa wird, an der Kathodenbewegungsplatten 60 angebracht sind, bewirkt über die waagerechte Koeponente der Winkelflächen £1 der Kathodenbewegungsplatten 60 eine Bewegung der Kathodenwerkzeuge 44 in waagerechter Richtung. Die toit Winkel- oder Kurvenflächen versehenen Kathodenbewegungsplatten 60 üben einen Druck auf Kurvenscheiben 62 aus, die an einstellbaren Kurven- »cheibenplatten 63 befestigt sind. Diese wiederum sind an Kathodenführungsplatten 64 befestigt, an denen Katnodenlagerblöcke 50 angebracht sind. Die Kathodenführangaplatten 64 sind auf Lagerblöoken 65 angebracht, die auf führungsetangen 66 gleiten, die von führungeblöoken 67 getragen werden. Dit Isolierung der Kathodeneinrichtung gegenüber der Drehbank ist durch eine mit Molybdän Imprägniert· Nylonbuchae 68 gewährleistet, die in/l*gerblöcke 65 eingepreßt ist« Di« Quervorsohubaantriebiplatte 59 irt gegenüber des Quersupport 69 durch •iac ölimiersohioht oder eine Schicht aus anderen geeigneten nicht leitend*·» Material 70 isoliert. Die Kathodenlagerblöoke 50 werden von Kathodenstromechienen ■it Strom gespeist, die an den negativen !Pol einer Q-leich- »pannung»q.uelle 72 angeschlossen sind, deren positiver

Pel an die Anodenstromschiene 47 angeschlossen ist.

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144060S

Die gewünschte Vorschubgeaehwindigkeit des Kathoden-Werkzeuges wird dadurch erreicht, daß ein· Quervorschubeinstellung verwendet wird, die der Geschwindigkeit der elektrischen Metallzersetzung auf der Schaufel entspricht.

Bin Beispiel für die Ausführung der Erfindung, die zu guter Wiedergabe mit geringen Toleranzen in einem serienmäßigen Elektroformverfahren für Schaufeln führt, iet im folgenden erläutert, wobei der flügelquer« schnitt einer kompliziert geformten Surbinenschaufel aus S8i6-Legierung (normale Zusammensetzung in Gewichtsprozent 44- 00, 20 Ni, 20 Cr, 4 W, 4- Mo, 4 0b, 0,4 0, Heat Fe) elektrolytisch geformt wurdai

Anfängliche Spaltbreit· 0,125 - 0,254

Strömung des Elektrolyten 30,3 l/eia

Druck 1,05-1 »41 kg/ce²(atü)

Geschwindigkeit der Strömung dee
Slektrolyten durch den Spalt (bezogen auf Endbedingungen )und angenommene

mittlere Spaltbreite von etwa 0,0127cm t464 w/^min od«r

24*4 7

Zusammensetzung dee Elektrolyten 45 g/l g

10 g/l HaOl Waaeer auf

pH-B*reioh 0,3 - 0,4

!•mperaturbereich 26,7 - 32,2°C

Stroeatärk· Ton 160 A zu Beginn bis

180 A aa I4

Spannuagsbereich 4,1 - 5»6

Mittler· Stromdichte _? 3»26 &/&n²

(Pli'che * 55 cm J Stromstärke 180 A)

ToreohubgeBchwindigkeit der Elektroden O»1321

BAD

Der größte Ieil des Strom·· geht su den Bereichen, an denen die Spaltweite am geringsten ist, d.h. etwa 0,05 bis etwa 0,76 nra, vorzugsweise jedoch etwa 0,13 bis etwa 0₍$0β aa. An solchen Bereichen der Anodenaasse wird Aas Metall schneller ausgeräuat und die Spaltweite niaat su. Sann wird der Haiptteil des Stromes su Bereiohen abgeleitet, an denen die Spaltweite geringer ist. Die Spaltbfelte unter gesteuerten Spannungsbedingungen ist also Ton wesentlicher Bedeutung, und es wird auf diese Weise eine gute Formgebung auf der geaasten Oberfläche erhalten·

Si« erfindungegemäße Konstruktion des Werkzeuges und dar Führung, sowie die erfindungegetnäßen Betriebsbedingungen ergeben ein sieh la wesentlichen selbst regelndes Terfahren, in dea die gewünschte fora mit großer Genauigkeit hergestellt wird·

Bar Hektrolyt für dae Entfernen des Metalles ist sehr «!aktie, an ait einer AnoAen-Kathodanvorrichtung alt gagtajn« Aaatandsrerhaltnis mn arbeiten, insbssa*aera aal tarn TeraJatniaaÄJi« hohen stroadlehten, dia auwei» Im «tv* tftS a/a«² tfteraehraiten. Bei «anchen llektro-Iftaa «aaa aloa Material auf Aar Kathode niedersohlagan. Wime· «atartslacl aganag ant Aar Kathode ist uaerwüasoht, Aa al· Aaa« fUhrea kasn_t AaS eioh dia fora daa Kathodaawarkaaugaa fiaAert oAer AIa StroaUbertragung swiaehea Aar Anodaaaassa und der Kathode unterbrochen vrird, wenn die

BAD

809810 Ü845

Materialanlagerung groß genug let. Bin· Stroaunterbrechung führt meist zur Beschädigung sowohl des Kathodenwerkzeuges als auch der Anodenmasse und sollte vermieden werden.

JSs wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse bei einem Elektrolyten erhalten werden, der im wesentlichen etwa 5 bis 65 g/l Schwefelsäure und etwa 2 bis 15 g/l Natriumchlorid enthält. Die Temperatur des Elektrolyten wird vorzugsweise bei etwa 25 bis 50⁰O gehalten.

Die meisten Metalle in Geaenkstählen liegen in der normalen elektrischen Spannungsreihe Über Wasserstoff und ein aus ihnen bestehender galvanischer Niederschlag aus saure« Elektrolyten hängt von einer verhältnismäßig hohen Spannung gegenüber dem Wasserstoff ab. Ist sin Metallniederschlag nicht erwünscht, so empfiehlt es sieh, die Stellung gegenüber den Wasserstoff soweit wit möglich zu senken, bo daß die Wasserstoffentladung gegenüber den Metallniedersohlag gefördert wird. Vorzugsweise werden besondere Elektrolytzusaaineneetzungen oder Zusätze zu Elektrolyten, wie kleine Mengen Platin, Iridium, Chros oder Vanadin verwendet, um die Stellung zum Wasserstoff zu verringern, wodurch entweder Niederschläge an der Kathode verhindert oder einfach filtrierbare oder entfernbare Niederschläge oder Ablagerungen erhalten werden«

RAD

8 ü 9 b ι ü / υ 8 Λ 6

Säuren, wit Oxalsäure oder Zitronensäure, können dem Elektrolyten sugesetzt werden, um die Löslichkeit möglicherweise entstandener Metalloxyde zu erhöhen. Durch regelmäßiges Ersetzen des Elektrolyten wird verhindert, AaS sioh in Elektrolyten ein unangenehmer Kathodenniedersohlag ansammelt.

Der ideale Elektrolyt enthält soviel Wasseratoffionen, daß die als Anodenfilm bekannte dünne Blektrolytechicht sauer gehalten wird, derart, daß ir nicht duroh gelöstes Metall neutralisiert wird, das sioh als "basisches Salz auf der Oberfläche der Anodenmasse niederschlagen würde, wo dieser niederschlag als Hindernis wirkt und die TJmrißform st»ört und deformiert. Das Volumen des Elektrolyten in der Elektrolysesone ist aelbet bei außerordentlich hohen Strömungsgeschwindigkeiten für die hohe Geschwindigkeit der Anodeniersetsung so gering, daß, wenn nicht der Säuregehalt über dem Mindestmaß läge, die Elektrolyse»one neutralisiert und mit Niederschlägen «hm» aus der Anedenaasse herausgelöstes Metall verstopft würde· Weiterhin «aß der Säuregehalt über einem Mindestwert gehalten werden, damit die Leitfähigkeit immer für eine lersetsumg bei Mindestspannung und Erhaltung einer maximalen formausräuegesohwindigkeit gut bleibt. Der pH-Wert ••lit« unter etwa 6 liegen.· Der bevoreugte pH-Bereich liegt normalerweise zwischen etwa β#1 und 2· In eines

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809a 1 U/U846

solchen Elektrolyten ist die über dem Spalt angelegte Spannung auf dem zur Zersetzung bei der gewüsnchten Spaltweite erforderlichen Mindestmaß, jedoch nicht groß genug, um zwischen dem Kathodenwerkzeug und der Oberfläche der Anodenmasse, dort, wo der Abstand di· gewünschte S wirksame Spaltbreite übersteigt, einen Stromfluß zu bewirken.

Zusammenfassend schafft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Entfernen von Material von einer elektrisch leitenden Masse, wodurch in dieser eine vorbestimmte Form hergestellt wird· Die Erfindung umfaßt die folgenden Vorrichtungen und Stufen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Masse an die positive Seite einer Gleichstromquelle angeschlossen wird, an den negativen. Pol der Gleichstromquelle mindestens ein elektrisch leitendes Werkzeug angeschlossen vird, von dem jeweils mindestens ein Teil im wesentlichen die Form besitzt, die mindestens in einem Teil der Masse hergestellt werden soll, daß jedes Werkzeug mit geringem Abstand zu der Hasse angeordnet und ein Spalt von etwa 0,0508 bis etwa 0,76 mm, vorzugsweise jedoch etwa 0,127 bis 0,508 ma zwischen den am engsten beieinanderliegenden Teilen des Werkzeuge» und der Masse aufrechterhalten wird, daß ein elektrisch leitender Elektrolyt, vorzugsweise unter einem Druck von mindestens etwa 0,35 kg/am überdruck durch jeden Spalt zwischen den am engsten beieinander liegenden Teilen geleitet und mit einer Geschwindigkeit von 809810/Ü846 BAD OR.G.NAL

•twa 6,05 bis 76,25 «/sec, vorzugsweise jedoch etwa 76,25 bis etwa 4-0,175 m/eto, durch jeden Spalt relativ «u den benachbarten Oberflächen eines jeden Werkzeuges und der Masee geführt wird, und daß eine Spannung von etwa 2, bis 15, vorzugsweise jedoch 2,5 bis 9 T zwischen einem jeden Werkzeug und der Masse aufrechterhalten wird, um ein« Stromdichte von mindestens etwa 0,775 A/oa , vorzugsweise jedoch 7»75 bis etwa 31 A/cm in den Elektrolyten in jedem Spalt zwischen den am engsten beieinanderliegenden Heilen eines jeden Werkzeuges und der Maas« zu erhalten· Relativ zu der Masse wird jedes Werkzeug vorzugsweise auf die Masse zu längs einer geraden Linie bewegt, und zwar mit einer vorbestimmten Vorsohubgeschwindigkelt, die der Geschwindigkeit, mit de» das Material von der de« Spalt am nächsten liegenden Hasse ausgeräumt wird, praktisch gleich ist. Ss können entweder das Werkzeug oder die Masse oder beide relativ zu der uagebenden Vorrichtung bevegt werden, um eine angeaessene Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und der Masse zu erreichen.

Zwar können andere Elektrolyten verwendet werden, die eia Zersetzen der Anode mit angemessener Geschwindigkeit ohne Polarisation bei der verwendeten Spannung gestatten, kein Material elektrolytisch auf dem Kathodenwerkzeug niederschlagen und den anderen oben genannten Erfordernissen entsprechen. Der Elektrolyt soll jedoch vorzugsweise im wesentlichen Schwefels.'ure und Natriumchlorid

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8 0 9 ö 1 ü υ 8 U 6

enthalten. Die Säurehaltigkeit dea Elektrolyten sollte auf einem pH-Wert von weniger ala 6, vorzugsweise normalerweise zwischen etwa 0,1 und 2 gehalten werden, während die Temperatur des Elektrolyten vorzugsweise bei etwa 25 bis 5 0⁰O liegt. Ein bevorzugter Elektrolyt zum elektrolytiechen Entfernen von Material von einer elektrisch leitenden Masse ist ein wässriger Elektrolyt, der im wesentlichen etwa 5 bis 65 g/l Schwefelsäure und etwa 2 bis 15 g/l Natriumchlorid enthält. Es empfiehlt sich, außerdem kleine Mengen mindestens eines der folgenden Stoffe zuzugeben: Platin, Iridium, Chrom und Vanadin.

Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist ersichtlich, daß innerhalb dee Rahmens der Erfindung noch zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind·

BAD ORIGINAL 809810/0846 ·

Claims

~³³" 144060S

Patentansprache

Terfahren zum elektrolytischen !Entfernen von Material von «iner elektrisch leitenden Masse zur Herstellung einer vorbestimmten 3?orm in dieser Masse, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse an den positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen wird, daß mindestens ein elektrisch leitendes Werkzeug, von dem jeweils mindestens ein Teil im wesentlichen die Form besitzt, die in mindestens einem Teil der Masse hergestellt werden eoll, vorgesehen wird, daß das Werkzeug an den negativen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen wird, daß das Werkzeug in geringem Abstand asu der Masse zum Aufrechterhalten eines Spaltes von etwa 0,0508 mm bis etwa 0,76 ram zwischen den am engsten benachbarten Teilen gehalten wird und daß der Elektrolyt mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,0 bis 7_t625 m/sec relativ zu den benachbarten Oberflächen des Werkzeuges und der Masse durch den Spalt geführt wird.

2» Terfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle eine Spannung von etwa 2 bis 15 V zwischen dem Werkzeug und der Masse liefert, so daß eine Stromdichte von mindestens etwa 0,775 A/cm in dem Elektrolyten in jedem Spalt zwischen den am nächsten benachbarten Teilen des Werkzeuges und der Masse erhalten wird.

BAD OR1G1N^AU

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ί. Verfahren nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug relativ zu der Masse längs einer geraden Linie mit vorbeBtimmter Geschwindigkeit auf die Masse zubewegt wird und dai3 die Geschwindigkeit praktisch der Geschwindigkeit entspricht, mit der das Material aus der den Spalt begrenzenden Masse ausgeräumt wird. ·

« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander am n' chsten liegenden Teilen des Werkzeuges und der Masse ein Spalt von etwa
0,127 bis 0,0508 cm aufrechterhalten wird und'daß ein
elektrisch leitender Elektrolyt unter mindestens etwa
0,35 kg/cm Überdruck durch den Spalt geleitet wird.

. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn-

rait
zeichnet, daß der Elektrolyt/einer Geschwindigkeit von etwa 7,62 m bis etwa 50m/sec durch den Spalt geleitet wird
und daß von der Gleichstromquelle eine Spa nung von etwa
.2,5 bis 9 V geliefert wird, wodurch eine Stromdichte von
etwa 7,75 bis 31 A/cm dem Elektrolyten in Jedem Spalt zwischen den am nächsten benachbarten Teilen eines jeden Werkzeuges und der Masse erreicht wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes ferkzeugpaar verwendet wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, «um Herstellen •Ines Hohlraumes In einer elektrisch leitenden Masse, dadurch gekennzeichnet, dafi mindestens ein Teil des elektrisch leitenden Werkzeuges mit praktisch der form verwendet wird, die dem Hohlraum gegeben werden soll.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt im wesentlichen aue Schwefelsäure und Natriumchlorid verwendet wird und dafi der pH-Wert des Elektrolyten unter 6 und die Temperatur des Elektrolyten auf etwa 75 Ms 125°C gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zum elektrolytischen Entfernen einer elektrisch leitenden Masse ein wässriger Elektrolyt vorgesehen wird, der im wesentlichen etwa 5 his 65 g/l Schwefelsäure und etwa 2 bis 15 g/l Natriumchlorid enthält.

0· Verfahren nach «in·« der Ansprüche 1-9, dadurch gekennselehnet, d*S ein wässriger elektrolyt verwendet wird, der la wesentlichen eine größere Menge Schwefelsäure und Xatriuaohlorid und eine kleinere Menge Platin, Iridium, Ohroa oder Vanadin enthält.

BAD

UÖ46

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Säuregehalt des Elektrolyten normalerweise etwa 0,1 bis 2 beträgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorriohtung zum Anschluß der Masse an den positiven Pol einer Gleichstromquelle vorgesehen ist; daß mindestens ein elektrisch leitendes Werkzeug mindestens teilweise im wesentlichen die Form besitzt, die auf mindestens einem Teil er Masse hergestellt werben soll; daß Einrichtungen vorgesehen sind, die jedes der Werkzeuge mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbinden, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Werkzeug in geringem Abstand von der Masse halten und einen Abstand von etwa 0,0508 bis etwa 0,76 mm zwischen den einander am nächsten liegenden Teilen des Yerkzeuges und der Masse aufrechterhalten, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die einen elektrisch leitenden Elektrolyten durch den Spalt zwischen den einander am nächsten liegenden Teilen jeweils mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,09 bis etwa 76 τη/sec relativ zu den angrenzenden Oberflächen des Werkzeuges und der Masse leiten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Werkzeugpaar vorgesehen ist.

B 0 9 8 1 0 , ü 8 U 6

14» Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Einateilen des Werkzeuges und zur Erhaltung des Spaltes Mittel enthält, die das WeAseug jeweils relativ zu der Masse längs einer geraden Linie mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegen, die im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit ist» Äit der das Metall von der an den Spalt angrenzenden Masse ausgeräumt wird·

Patentanwalt t

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