DE1565555C - Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in Werkstücken mittels hohler, jeweils gegen das Werkstück gerichteten Elektrolytstrahl erzeugender Elektrolytführungsdüsen mit elektrisch isolierender Oberfläche, die mit einem unter Überdruck stehenden Elektrolytbehälter in Verbindung stehen, wobei in den Düsen je eine in vorbestimmtem Abstand von deren Mundstück endende, sich stromaufwärts erstreckende Kathode vorgesehen ist.

Zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in einem metallischen oder halbmetallischen Werkstück ist es bekannt, ein kathodisches Werkzeug in Form eines elektrischen Leiters, der in einer Düse mit elektrisch isolierender Oberfläche angeordnet ist, und ein anodisches Werkstück einander gegenüber anzuordnen und einen Strom zwischen Kathode und Anode durch den Elektrolyt fließen zu lassen (französische Patentschrift 1337 314). Form und Größe der Kathode sind von der Form und Größe der Löcher des Werkstücks abhängig.

Zum Herstellen von einzelnen Löchern in einem Werkstück kann ohne weiteres eine einzige Elektrolytdüse gegenüber dem Werkstück angeordnet werden, und man kann das Werkstück und die Düse einander nähern oder anders relativ zueinander bewegen, so daß ein Loch von vorbestimmter Form entsteht. Beim Herstellen von mehreren Löchern, die an vorbestimmten, nahe beieinanderliegenden Stellen einer Werkstückoberfläche angeordnet sind, treten infolge der koordinierten Bewegung der Elektrolytführungsdüsen und des Werkstücks Schwierigkeiten auf, und zwar besonders in denjenigen Fällen, in denen mehrere, voneinander getrennte Kathoden bzw. Elektrolytdüsen gegen das Werkstück vorgeschoben werden. In einer derartigen Anordnung müssen die Elektrolytzuleitungen mitbewegt werden, die von einer einzigen Elektrolytquelle zu den einzelnen Elektrolytführungsdüsen führen, sowie die an eine einzige elektrische Stromquelle angeschlossenen Vorrichtungen zum Aufladen der einzelnen Elektrolytströme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von mehreren Löchern in einem Werkstück zu schaffen, in der auf einfache Weise die Elektrolytzuführungsdüsen ausgetauscht und die fest einstellbaren Abstände zwischen ihnen verändert werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß ein an den Elektrolytbehälter angeschlossener Verteiler vorgesehen ist, daß mehrere Elektrolytführurigsdüsen über je eine flexible Elektrolytleitung und je eine flexible Kathode mit dem Verteiler verbunden sind, und daß die Elektrolytführungsdüsen mit einer deren Lage zueinander bzw. gegenüber dem Werkstück festlegenden, verstellbaren Düsenhalterung und mit der flexiblen Elektrolytleitung lösbar verbunden sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der F i g. 1 und 2, die teils im Schnitt und teils perspektivisch zwei Ausführungsbeispiele zeigen, erläutert,

Der Verteiler 10 besteht aus einem Dielektrikum, ζ.ΐΐ. einem polymerisieren Methylmethacrylat-Kunstharz. Innerhalb des Verteilers 10 befindet sich eine Elektrolytkammer 12, in die der Elektrolyt aus dem Elektrolytbehälter 14 mittels einer Pumpe 16 durch eine Öffnung 18 eingeleitet wird. Ein elektrischer Leiter20, beispielsweise in Form eines Drahtes oder Stabes, ist durch eine Wand 22 des Verteilers geführt und mit dem negativen Pol 24 einer äußeren, nicht gezeigten elektrischen Stromquelle verbunden. Da der Elektrolyt in der Elektrolytkammer 12 mit Hilfe des elektrischen Leiters 20 elektrisch aufgeladen wird, werden bei Verteilern 10, die nicht selbst aus einem Dielektrikum bestehen, entsprechende dielektrische Schichten vorgesehen. Beispielsweise können die mit dem Elektrolyten in der Kammer 12 in Berührung stehenden Wandungen des Verteilers 10 mit einem Dielektrikum überzogen werden.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere hohle, flexible Elektrolytleitungen 26, beispielsweise Kunststoffschläuche, mit dem Verteiler 10 verbunden. Die Elektrolytleitungen 26 und die Leitung zum Zuführen des Elektrolyten zum Verteiler 10, im vorliegenden Fall das Rohr 28, sowie der durch die Wand 22 geführte elektrische Leiter 20 sind mit dem Verteiler über eine entsprechende, mit einer Dichtung versehene Befestigungsvorrichtung 30 verbunden, wie in F i g. 2 genauer gezeigt ist.

Mit dem· elektrischen Leiter 20 sind mehrere flexible Kathoden in Form von Drähten 32 verbunden, die vom Verteiler 10 durch je eine Elektrolytleitung 26 und über das Ende 34 der Elektrolytleitungen 26 hinaus geführt sind. Jede Kathode läuft in einer Kathodenspitze 36 aus. Mit den Enden 34 sind Elektrolytführungsdüsen 40 aus elektrisch isolierendem Material verbunden. Jede dieser Düsen besteht aus einem Düsenkörper 42, der mit einer trichterförmigen Verengung 50 in einen kapillaren Endteil 44 übergeht. Das Mundstück 46 des Endteils 44 ist auf ein Werkstück 48 gerichtet. Die trichterförmige Verengung 50 beginnt an der Stelle 52.

Der Abstand D der Kathodenspitze 36 von der Stelle 52 sollte etwa 6 bis 20 mm betragen. Wenn nämlich der Abstand der Kathodenspitze 36 von der Stelle 52 kleiner ist als etwa 6 mm, wird die Strömung des Elektrolyten durch den kapillaren Endteil so stark gedrosselt, daß die Größe des im Werkstück 48 auszubildenden Loches nicht mehr gesteuert werden kann. Die hierbei entstehenden Löcher werden im allgemeinen größer als erwünscht, außerdem wird die Lebensdauer des Düsenmundstücks 46 beträchtlich herabgesetzt. Wenn die Kathodenspitze 36 weiter als etwa 20 mm von der Stelle 52 entfernt ist, bilden sich Blasen aus im Elektrolyten enthaltenen Gasen, so daß infolgedessen das Verfahren selbst nicht mehr gesteuert werden kann und unregelmäßige Löcher im Werkstück entstehen. Besonders wichtig ist es, bei Verwendung von kapillaren Endteilen mit einem Innendurchmesser von etwa 0,8 mm oder weniger den vorgenannten günstigsten Abstand einzuhalten.

Der Körper jeder Düse 40 ist an der entsprechenden Leitung 26 mit Hilfe einer Klemmeinrichtung 54 lösbar befestigt, so daß der Elektrolyt aus der Leitung in die Düse und dann zu dem Werkstück 48 gelangt. Weiterhin ist der Körper jeder Düse 40 an einer Düsenhalterung lösbar befestigt. Die Düsenhalterung besteht z. B. aus einer Metallplatte 56, die mit Löchern 58 für die Aufnahme je einer Düse 40 versehen ist. Die Löcher 58 sind so groß, daß die Düse 40 herausgenommen und ausgestauscht werden kann, nachdem die Klemmeinrichtung gelöst oder abgenommen ist, welche die Düse mit der Leitung 26 und der Halterung 56 verbindet. Damit das Düsenmundstück 46 und damit die Kathodenspitze 36 gegenüber dem Werkstück 48 sowie gegenüber den anderen Düsen in seiner Lage fest eingestellt werden kann, sind am Düsenkörper 40 je ein Schraubansatz

60 und ein Gegenstück 62 angebracht. Wenn die Düse 40 aus der Halterung herausgenommen werden soll, entweder um durch eine Düse anderer Größe ausgestauscht zu werden, oder weil die Düse 40 beschädigt worden ist, können die Klemmeinrichtung 54, der Schraubansatz 60 und das Gegenstück 62 entfernt werden. Auf diese Weise kann die Düse ausgetauscht werden, ohne daß eine Manipulation der mit dem Verteiler 10 verbundenen Konstruktionsteile erforderlich ist, die zur Zuführung des Elektrolyten zu den einzelnen Leitungen 26 dienen. Weiterhin ist es hierbei nicht erforderlich, die elektrischen Verbindungen zwischen der Stromquelle 24, dem elektrischen Leiter 20 und den Kathoden 32 zu lösen.

Gemäß F i g. 1 sind mehrere Kathodendrähte 32 an Anschlußpunkten 62 mit dem elektrischen Leiter 20 verbunden. Es versteht sich jedoch, daß die Anschlußpunkte 62 auch in einem einzigen Punkt vereinigt sein können; eine solche Ausführungsform mit mit einem gemeinsamen Anschlußpunkt 62 für alle Kathoden 32 ist in F i g. 2 dargestellt.

Die in Fig. 1 gezeigte Düsenhalterung 56 ist mittels einer an sich bekannten Vorrichtung gegenüber dem Werkstück 48 in mehreren Richtungen beweglich. Diese Richtungen sind schematisch durch Pfeile 64 angedeutet. Der Vorteil, welcher dadurch erreicht wird, daß die Halterung 56 und damit die Düsen 40 gegenüber dem Werkstück in mehreren Richtungen beweglich sind, gleichzeitig aber der Verteiler 10 ortsfest ist, zeigt sich besonders, wenn eine Vielzahl von Löchern oder Hohlräumen in dem Werkstück 48 ausgebildet werden soll. Abgesehen von der sich ergebenden einfacheren Anordnung der einzelnen Teile werden insbesondere auch Schwierigkeiten vermieden, die durch ein Lockerwerden der Verbindungen eine Abnutzung und Zerstörung von Isolierungen und Kontakten u. dgl. in bezug auf den Verteiler 10 entstehen. Gleichzeitig sind die Düsen 40 leicht auswechselbar.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Verteilers 10 a dargestellt, bei welcher mehrere Kanäle 70, die in ihrer Funktion den öffnungen 72 des Verteilers 10 in F i g. 1 entsprechen, auf einen gemeinsamen Punkt zulaufen. Die Kathoden 32 sind über den gemeinsamen Anschlußpunkt 62 mit dem elektrischen Leiter 20 verbunden. Der durch die Leitung 28 in den Verteiler 10 a eintretende Elektrolyt ist auf diesen Punkt gerichtet. Von hier aus strömt der Elektrolyt durch die Kanäle 70 in die flexiblen Leitungen 26. Wenn man mehrere Verteiler 10 a nach Fi g. 2 und eine einzige Düsenhalterung 56 (F i g. 1) verwendet, sind die Leitungen 26, die zu den Elektrolytdüsen 40 führen, leichter zugänglich.

Die Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse, die dadurch erzielt werden, daß die Kathodenspitze 36 in dem Körper 42 der Düse 40 in einem Abstand von etwa 6 bis 20 nun von dem Anfang 32 des Übergangsteils 50 angeordnet ist, sind in den nachstehenden Ausführungsbeispielen erläutert.

Beispiel 1

-Bei einem elektrolytischen Verfahren zur Ausbildung von Löchern in einem Rohr aus einer Nickellegierung mit der Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): C=0,l (max.), Cr= 15, Nb=3, Mo=3, W=3, Fe=7, Al=0,5, Ti=0,6, B=0,006, Rest Ni und kleinere Verunreinigungen, wurde eine Düse verwendet, deren kapillarer Endteil einen Außendurchmesser von 0,35 mm und einen Innendurchmesser von 0,32 mm hatte. Das zu bearbeitende Rohr hatte einen Außendurchmesser von etwa 5 mm und eine Wandstärke von etwa 1 mm. Die Löcher sollten einen Durchmesser von 0,43 mm haben.

Als Elektrolyt wurde eine 10%ige wäßrige Lösung von H₂SO₄ verwendet und unter einem Druck von . etwa 2,8 bis 4,2 kg/cm² zugeführt. Der elektrische Strom hatte eine Stromstärke von 300 mA und eine

ιό "Spannung von 500 V.^; '

In diesem Ausführungsbeispiel war die Spitze 36 der Kathode 32 in einem Abstand von 6 bis 20 mm von der Verbindungsstelle 52 zwischen dem Übergangsteil der Düse und dem Düsenkörper angeordnet. Die Löcher hatten regelmäßig einen Durchmesser von 0,43 mm. Auch nach der Herstellung von etwa 10 000 Löchern war das Düsenmundstück 46 hr wesentlichen unbeschädigt.

Beispiel 2

Es wurde unter denselben Bedingungen und mit den gleichen Materialien sowie mit derselben Vorrichtung gearbeitet wie im Beispiel 1, jedoch war abweichend hiervon die Spitze 36 der Kahode 32 in einem Abstand von weniger als 6 mm von der Stelle 52 angeordnet. Die Locher hatten einen Durchmesser von etwa 0,5 mm anstatt von 0,43 mm und das Düsenmundstück 46 war nach Herstellung von 100 Löchern so stark abgenutzt, daß dessen Austausch notwendig war.

Beispiel 3

Es wurde unter denselben Bedingungen und mit den gleichen Materialien sowie mit derselben Vorrichtung gearbeitet wie im Beispiel 1, jedoch war abweichend hiervon der Abstand der Spitze 36 der Kathode 32 von der Stelle 52 größer als 20 mm. Die erzeugten Löcher hatten eine unregelmäßige Größe zwischen 0,38 und 0,43 mm. Die Steuerungsmöglichkeit des Verfahrens wurde jedoch durch die Bildung von Gasblasen beeinträchtigt.

Die Anwendung der Erfindung, insbesondere die besondere Anordnung der Kathodenspitze 36 in der Düse 40, ermöglicht also, wie vorstehend gezeigt wurde, bei der Herstellung von Löchern in einem elektrolytischen Materialabtragungsverfahren mit einem Strahl eines geladenen Elektrolyten eine ungewöhnlich gute Reproduzierbarkeit und eine hohe Genauigkeit.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Löchern in Werkstücken mittels hohler, jeweils einen gegen das Werkstück gerichteten Elektrolytstrahl erzeugender Elektrolytführungsdüsen mit elektrisch isolierender Oberfläche, die mit einem unter Überdruck stehenden Elektrolytbehälter ün Verbindung stehen, wobei in den Düsen je eine in vorbestimmtem Abstand von deren Mundstück endende, sich stromaufwärts erstreckende Kathode vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Elektrolyt-6g behälter (14) angeschlossener Verteiler (10) vorgesehen ist, daß mehrere Elektrolytführungsdüsen (40) über je eine flexible Elektrolytleitung (26) und je eine flexible Kathode (32) mit dem

Verteiler (10) verbunden sind, und daß die Elektrolytführungsdüsen (40) mit einer deren Lage zueinander bzw. gegenüber dem Werkstück festlegenden, verstellbaren Düsenhalterung (56) und mit der flexiblen Elektrolytleitung (26) lösbar verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Düsenkörper (42) der Elektrqlytführungsdüse zum Werkstück hin sich trichterförmig verengt und in einen kapillaren Endteil ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Elektrolytführungsdüse (40) endende Kathode in eine Kathodenspitze (36) in dem Düsenkörper (42) ausläuft, die in einem Abstand (D) von etwa 6 bis 20 mm vor der trichterförmigen Verengung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (22) des Verteilers (10) mindestens in den an den Elektrolyt angrenzenden Bereichen aus einem Di-

elektrikum besteht, und daß die sich durch die flexiblen Elektrolytleitungen (26) erstreckenden Kathoden (32) im Verteiler (10) mit einem isoliert durch die Wand (22) des Verteilers nach außen, geführten elektrischen Leiter (20) (Kathodenzuführung) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verteiler (10) ausgehenden Kathoden (32) mit deren im Düsenkörper (42) angeordnetem Teil lösbaj· verbunden sind und die Kathodenverbindung vorzugsweise zugleich mit einer Klemmeinrichtung (54) der flexiblen Elektrolytleitungen (26) lösbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Stromquelle (24) mit einer Spannung von mindestens 300 V vorgesehen und mit der oder den biegsamen Kathoden (32) und dem Werkstück (48) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen