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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Plasmapolieren unter Verwendung
eines flüssigen Elektrolyts.
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Nach
DE 102 07 632 A1 ist
ein Verfahren zum Plasmapolieren von Werkstücken aus Metall und
Metalllegierungen bekannt, dabei stellt die Anode das zu behandelnde
Werkstück dar, das zur Bearbeitung in eine erwärmte
wässrige Elektrolytlösung getaucht wurde, wobei
als Elektrolytlösung ein Gemisch von Ammoniumsalzen eingesetzt
wird, die in Wasser gelöst werden. Bevorzugt werden Werkstücke
aus Titan, Titanlegierungen und -verbindungen bearbeitet. Das Verfahren
wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 70 bis 95°C,
insbesondere bei einer Temperatur von 80 bis 95°C, durchgeführt.
Die Elektolytlösung hat einen pH-Wert von 5,0 bis 7,0, insbesondere
von 5,1 bis 6,5. Während der elektrochemischen Bearbeitung
wird eine Spannung von 270 bis 330 V, insbesondere von 280 bis 320
V, angelegt.
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Beim
Plasmapolieren wird dabei durch Erhöhen der Spannung zwischen
den Elektroden ein Gasfilm um das Werkstück (Anode) herum
erzeugt, welcher die gesamte Werkstückoberfläche
umschließt. Der so formierte Gasfilm verdrängt
die Elektrolytlösung von der Oberfläche des Werkstücks.
Dadurch sinkt die Stromstärke sehr stark ab und die Spannung fällt über
dem Gasfilm ab.
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Es
kommt zu einer partiellen Ionisation des Gasstroms und somit zur
Formierung eines Plasmas um das Werkstück, durch welches
elektrische Entladungen stattfinden. Diese so geschaffene aktive
Umgebung nimmt Einfluss auf die Anodenoberfläche bzw. das
Werkstück und dient zum Erzeugen von Glanz, zum Entgraten,
Passivieren, zur Verringerung von Materialspannungen, Verbesserung
des Oberflächenprofils, zum Reinigen und zum Entfernen
aller Arten von Rückständen wie Zunder, Rost,
Oxide, Farben und Lacke. Nach dem Plasmapolieren erfolgt eine Nachbehandlung,
nämlich Spülung des Werkstücks mit heißem
oder kaltem Wasser. Diese Nachbehandlung ist zur Entfernung chemischer
Rückstände oder Nebenprodukte des Polierungsprozesses und
zur Unterstützung der Trocknung erforderlich. Das während
des Prozesses entstandene Gas wird durch eine Absaugeinrichtung
entfernt. Nachteilig dabei ist, dass die Abmessungen der zu bearbeitenden Werkstücke
begrenzt sind und dass es nicht einfach möglich ist, nur
spezifische Oberflächenbereiche zu polieren.
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In
DE 600 11 125 T2 werden
ein Verfahren und ein Apparat zum Reinigen und/oder Beschichten elektrisch
leitfähiger Oberflächen beschrieben, wobei ein
Elektroplasma (Lichtbogenentladung) zur Reinigung und/oder zum Aufbringen
einer Metallbeschichtung auf eine elektrisch leitfähige
Oberfläche, zum Beispiel Stahl, eingesetzt wird. Die elektrisch
leitfähige Bahn wird durch einen schäumenden Elektrolyt erzeugt.
Der Anodenaufbau besteht aus einer oder mehreren Kammern, in denen
ein Elektrolyt in einen Schaum umgewandelt wird. Es ist weiterhin
der Einschluss des Schaums im Arbeitsspalt mittels eines Gehäuses
vorgesehen, durch das sich das Werkstück kontinuierlich
ohne signifikanten Austritt von Schaum bewegen kann. Jede Gestalt
oder Form eines Werkstücks, wie zum Beispiel Blech, Platte, Draht,
Stab, Schlauch, Rohr oder komplexe Formen, sollen unter Verwendung
geformter Anodenoberflächen zur Bereitstellung eines geeigneten
gleichförmigen Arbeitsabstandes behandelbar sein. Es ist
wenigstens ein Einlass und mindestens ein Auslass zur Entfernung
des Schaums aus der Behandlungszone vorgesehen. Nachteilig ist,
dass es zum Aufstauen des Schaums vor dem Auslass kommen kann und dieser
somit nicht prozesssicher abführbar ist. Weiterhin ermöglicht
diese Anlage nicht die Schaltung des Werkstücks als Anode
und weist einen relativ komplizierten technischen Aufbau auf. Mit
dieser Lösung ist kein Polieren des Werkstücks
möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Plasmapolieren unter
Verwendung eines flüssigen Elektrolyts zu entwickeln, die
einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und es gestattet, ausgewählte
Flächenbereiche auch großer Werkstücke
prozesssicher zu polieren, wobei das Werkstück die Anode
bildet.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung zum Plasmapolieren
verwendet einen zumindest im Polierbereich kathodisch gepolten flüssigen
Elektrolyt und ein anodisch gepoltes Werkstück sowie eine Elektrolytzuführung,
wobei die Elektrolytzuführung den Elektrolyt an eine begrenzte
Anströmfläche der zu polierenden Oberfläche
des Werkstücks heranführt und die Anströmfläche
den Plasmapolierbereich der Oberfläche des Werkstücks
definiert.
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Einrichtung
zum Plasmapolieren unter Verwendung eines flüssigen Elektrolyts
mit einem anodisch gepoltem Werkstück und einem zumindest
im Polierbereich kathodisch gepolten Elektrolyt sowie einer Elektrolytzuführung,
wobei die Elektrolytzuführung den Elektrolyt an eine begrenzte
Anströmfläche der zu polierenden Oberfläche
des Werkstücks heranführt und die Anströmfläche
den Plasmapolierbereich der Oberfläche des Werkstücks
definiert.
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Je
nach Ausführung kann die Elektrolytzuführung an
die zu polierende Oberfläche des Werkstücks angrenzen
oder in einem Abstand zu der zu polierenden Oberfläche
des Werkstücks angeordnet sein, wobei dann der Elektrolyt
den Abstand überbrückend die Oberfläche
des Werkstücks an der Anströmfläche anströmt.
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Um
einen fortschreitenden Plasmapolierprozess zu gewährleisten,
sind die Elektrolytzuführung und das Werkstück
relativ zueinander bewegbar, wobei die Anströmfläche
in Verbindung mit der Relativbewegung einen fortschreitenden Plasmapolierbereich
der Oberfläche des Werkstücks definiert.
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Die
zu polierende Oberfläche des Werkstücks ist insbesondere
in einem von der Horizontalen abweichenden Winkel (bevorzugt senkrecht)
ausgerichtet.
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Der
Elektrolyt strömt die zu polierende Oberfläche
des Werkstücks seitlich (bevorzugt horizontal) an.
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Die
Höhe und die Breite der Anströmfläche definieren
die Arbeitsfläche des Plasmapolierbereiches, wobei wiederum
die Arbeitsfläche in Verbindung mit dem Betrag der Relativbewegung
die Gesamtfläche des Plasmapolierbereiches bestimmt. Die Höhe
und/oder die Breite der Anströmfläche kann dabei
eingestellt werden.
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Mit
der Elektrolytzuführung und dem Werkstück steht
dazu ein Begrenzungselement in Wirkverbindung, welches den Elektrolyt
auf die Höhe der Anströmfläche anstaut.
Das Begrenzungselement wird unterhalb und/oder seitlich zur Elektrolytzuführung angeordnet,
reicht bis an die Oberfläche des Werkstücks und
dichtet zu dieser weitestgehend ab.
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Weiterhin
weist das Begrenzungselement Überströmöffnungen
für den Elektrolyten auf.
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Die
Elektrolytzuführung und/oder das Begrenzungselement sind
der Form der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks
anpassbar.
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Weiterhin
ist es möglich, die Elektrolytzuführung und/oder
das Begrenzungselement während der Relativbewegung der
Form der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks
nachzuführen.
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Die
Elektrolytzuführung ist bevorzugt potentialfrei und kann
die Kathode aufweisen, die den Elektrolyt kathodisch polt. Dazu
wird die Kathode in die Elektrolytzuführung integriert,
so dass der Elektrolyt über diese fließen kann.
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Bevorzugt
beträgt der Abstand der Kathode zur Oberfläche
des Werkstücks 8 bis 17 mm, um einen Kurzschluss zu verhindern
bzw. um im die Plasmazündbedingungen nicht zu verletzen.
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Weiterhin
sollte die Anströmfläche des anodisch gepolten
Werkstücks ≤ der überströmten
Kathodenfläche sein.
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Ist
das Werkstück beispielsweise in Form eines Bleches ausgebildet,
erstreckt sich die Elektrolytzuführung über die
gesamte zu polierende Blechbreite. Das Begrenzungselement erstreckt
sich von der Elektrolytzuführung oder von einem Bereich
unterhalb der Elektrolytzuführung bis an das Blech, so dass
der Elektrolyt vor dem Blech aufgestaut und das Blech gleichmäßig über
eine konstante Höhe angeströmt wird.
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Das
Begrenzungselement kann dazu leisten- oder plattenförmig
oder auch in Form einer Anpressrolle ausgebildet sein.
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Um
ein Abfließen des Elektrolyten zu gewährleisten,
ist im Begrenzungselement und/oder der Elektrolytzuführung
und/oder zwischen Elektrolytzuführung und Begrenzungselement
wenigstens eine Überströmöffnung ausgebildet.
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Der
Bereich, in dem sich die Überströmöffnung
befindet, ragt dabei seitlich über das Blech hinaus.
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Es
ist möglich, beidseitig zum Blech eine Elektrolytzuführung
und ein Begrenzungselement vorzusehen, so dass gleichzeitig beide
Blechseiten polierbar sind.
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Weiterhin
kann auch ein Werkstück in Form eines Rohres an seinem
Innendurchmesser und/oder seinem Außendurchmesser poliert
werden. Zum Plasmapolieren der Innenfläche des Rohres greift
die Elektrolytzuführung in das Rohr ein und das Begrenzungselement
grenzt am Innendurchmesser des Rohres an bzw. dichtet an diesem
ab.
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Die
Elektrolytzuführung ist bevorzugt zentrisch im Rohr angeordnet
und weist an ihrem Ausströmende die Kathode auf. Da der
Abstand der Kathode zur polierenden Oberfläche mindestens
8 mm betragen sollte und dann der Innendurchmesser 16 mm + Durchmesser
der Elektrolytzuführung betragen muss, ist diese Lösung
für kleinere Innendurchmesser nicht geeignet.
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In
den Fällen kleinerer zu polierender Innendurchmesser greift
die Elektrolytzuführung außermittig in das Rohr
ein und es wird nur der der Elektrolytzuführung gegenüberliegende
Innenbereich des Rohres poliert. Dazu weist das Begrenzungselement eine
schräge Oberseite auf, die gewährleistet, dass das
Rohr nur an dem entsprechenden Bereich des Innendurchmessers mit
Elektrolyt angeströmt wird.
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Soll
der Außendurchmesser eines Rohres durch Plasmapolieren
bearbeitet werden, ist die Elektrolytzuführung außerhalb
des Rohres angeordnet und das Begrenzungselement grenzt außen
am Rohr an. Bevorzugt umringt dabei das Begrenzungselement den Außendurchmesser
des Rohres.
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Weiterhin
ist es möglich, dass auch die Elektrolytzuführung
den Außendurchmesser des Rohres umringt.
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Bevorzugt
wird die Einrichtung zum Polieren des Außendurchmessers
des Rohres von einer zylinderförmigen Außenwandung
ummantelt.
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Zum
Polieren des Außen- oder Innendurchmessers eines Rohres
weist die Elektrolytzuführung insbesondere ein oder mehrere
radiale Ausströmöffnungen auf, die in Richtung
zur entsprechenden Rohrwandung gerichtet sind. Weiterhin sollte
das Begrenzungselement unterhalb der Elektrolytzuführung angeordnet
sein und ein oder mehrere Überströmöffnungen
aufweisen, die durch dieses in axialer Richtung hindurchreichen.
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Weiterhin
mündet jede Überströmöffnung
in Richtung zur Elektrolytzuführung in einer Erhebung, wobei
der Höhenunterschied zwischen der Oberseite der Erhebung
und der an der Rohrwandung anliegenden/abdichtenden Kante des Begrenzungselementes
den Pegel des Elektrolyten über dem Begrenzungselement
und somit die Höhe der Anströmfläche/des
Plasmapolierbereiches bestimmt. Bevorzugt wird dies durch Röhrchen
gewährleistet, die durch dass Begrenzungselement führen
und dessen Oberseite überragen. Durch in Längsrichtung
verschiebbare Röhrchen kann die Pegelhöhe sehr
einfach verändert werden.
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Bevorzugt
ist die Oberseite des Begrenzungselementes horizontal ausgerichtet,
so dass ein ringförmiger Plasmapolierbereich am Innendurchmesser
und/oder am Außendurchmesser des Rohres ausgebildet wird.
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Alternativ
kann die Oberseite des Begrenzungselementes so geformt sein, dass
umfangsseitig nur ein Teil des Innendurchmessers oder Außendurchmessers
des Rohres angeströmt wird.
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In
diesem Fall können das Rohr und das Begrenzungselement
relativ zueinander drehbar und/oder in Richtung zur Längsachse
des Werkstücks bewegbar sein, um den gesamten Rohrumfang
(außen oder innen) und einen größeren
Längenbereich des Rohres durch Plasmapolieren zu bearbeiten.
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Das
Begrenzungselement muss immer potenzialfrei sein und sollte daher
aus einem nichtleitenden Werkstoff bestehen. Beispielsweise kann
das Begrenzungselement aus PTFE (Polytetrafluorethen) bestehen oder
mit diesem ummantelt sein.
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Alternativ
kann das Begrenzungselement aus nicht leitendem Faserverbundwerkstoff
oder Keramik gefertigt werden oder eine entsprechende Ummantelung
aufweisen. Um eine Abdichtung in Richtung zur Werkstückoberfläche
zu gewährleisten, kann das Begrenzungselement in Richtung
zur Werkstückoberfläche eine Dichtlippe aufweisen
oder mit einer anderweitigen Dichtung versehen sein, die zur Werkstückoberfläche
abdichtet.
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Die
Elektrolytzuführung und/oder das Begrenzungselement sollten
in Richtung zur Werkstückoberfläche eine Mulde
aufweisen, in welcher sich der Elektrolyt vor dem Anströmen
der Werkstückoberfläche sammelt bzw. aufstauen
kann, um ein gleichmäßiges Anströmen
der Werkstückoberfläche durch den Elektrolyt zu
gewährleisten. Dies kann für das Polieren von
Blechen aber auch für das Polieren von Rohren Anwendung
finden.
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Weiterhin
können die Elektrolytzuführung oder das Begrenzungselement
in Richtung zur Werkstückoberfläche eine Abschrägung
aufweisen, die die Höhe der Plasmapolierfläche
bestimmt.
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Eine
Mulde oder Abschrägung sollte bevorzugt bei kleinen Innengeometrien
und außermittig stehender Katode Verwendung finden, um
den Elektrolyten zwangszuführen.
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Werden
zum Polieren von Rohren (außen oder innen) Überlaufröhrchen
eingesetzt, bestimmen diese die Höhe des Polierbereiches.
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Die
Elektrolytzuführung und das Begrenzungselement sind vorzugsweise
miteinander gekoppelt und führen gemeinsam die Relativbewegung zum
Werkstück aus.
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Der
Elektrolyt wird aus einem Vorratsbecken zugeführt und weist
beim Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks
eine Temperatur von 20°C bis 95°C, vorzugsweise
70°C bis 95°C auf. Dazu ist zwischen Vorratsbecken
und der Elektrolytzuführung ein Durchlauferhitzer zur Erwärmung
des Elektrolyten angeordnet.
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Weiterhin
weist die Einrichtung einen Auffangbehälter für
den Elektrolyten auf, der über die Durchströmöffnungen
abgeleitet wird.
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Zur
Absaugung der bei dem Plasmapolierprozess entstehenden Gase weist
die Einrichtung eine Abluftvorrichtung auf.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1:
dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen selektiven
Plasmapolieren eines Bleches mit waagerechter Elektrolytzuführung,
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2:
dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen selektiven
Plasmapolieren mit einer im Winkel geneigten Elektrolytzuführung,
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3:
dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen selektiven
Plasmapolieren mit einer im Winkel geneigten Elektrolytzuführung, die
vor dem Blech eine Rinne aufweist, und einer Anpressrolle als Begrenzungselement,
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4:
Vorderansicht gem. 1,
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5:
Seitenansicht gem. 5,
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6:
Einzelheit gem. 6,
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7:
Längsschnitt einer Einrichtung zum Innenpolieren eines
Rohres mit zentrischer Elektrolytzuführung,
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8:
Längsschnitt einer Einrichtung zum Innenpolieren eines
Rohres mit außermittiger Elektrolytzuführung,
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8a:
Schnitt A-A gem. 8,
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9:
Längsschnitt einer Einrichtung zum Außenpolieren
eines Rohres.
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In 1 ist
die dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen
selektiven Plasmapolieren eines Werkstücks in Form eines
Bleches 1 mit waagerechter Elektrolytzuführung 2 dargestellt. Das
Blech 1 ist senkrecht angeordnet und weist an seinem oberen
Ende eine Einspannung 3 mit einem Bügel 4 auf. Über
die Einspannung 3 wird das Blech 1 anodisch gepolt.
In die jeweils beidseitig zum Blech 1 angeordnete Elektrolytzuführung 2 ist
jeweils eine Kathode 5 integriert, deren Breite der Breite
b des Bleches 1 entspricht. Die Oberseite der Kathode 5 schließt
dabei bündig mit der Oberseite der Elektrolytzuführung 2 ab
und ist in einem Abstand s zum Blech 1 angeordnet. An jede
Seite des Bleches 1 schließt ein plattenförmiges
Begrenzungselement 6.1 an, welches zum Blech 1 weitestgehend
abdichtet. Die Elektrolytzuführung 2 mit der Kathode 5 kann mit
einem über diese hinausragenden Randbereich versehen sein,
der eine geforderte Pegelhöhe des Elektrolyten gewährleistet
(nicht dargestellt). In 1 sind vor beiden Katoden 5 in
Richtung zum Blech 1 die zwei Begrenzungselemente 6 angeordnet
und zwei beidseitige „Ablaufsperren” 8 angebracht,
die jeweils mit 2 Schrauben übereinander liegend
am plattenförmigen Begrenzungselement 6.1 angeschraubt
sind. Diese „Ablaufsperren” 8 überragen
das Blech 1 dabei beidseitig, damit der ablaufende Elektrolyt
E keine Sekundäreffekte auslösen kann. Der Elektrolyt
E, der hier durch die Pfeile stilisiert dargestellt wird, fließt über
die beiden Elektrolytzuführungen 2, die beiden
Kathoden 5 und über die plattenförmigen
Begrenzungselemente 6.1 und strömt somit das Blech 1 beidseitig
auf dessen gesamter Breite b über eine Höhe h
an und fließt seitlich über die Ablaufsperren 8 ab.
Die Breite b und die Höhe h definieren dabei die Arbeitsfläche
des Plasmapolierbereiches. Durch eine Relativbewegung der Einrichtung
und des Bleches 1 schreitet die Arbeitsfläche entlang
der Längserstreckung des Bleches 1 fort. Bevorzugt
wird dabei das Blech 1 am Bügel 4 nach
oben gezogen.
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2 zeigt
die dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen
selektiven Plasmapolieren eines Bleches 1 mit einer Elektrolytzuführung 2,
die einen im Winkel α geneigten Bereich 2.1 und
einen an das Blech 1 heranreichenden horizontalen Bereich 2.2 aufweist.
Die Elektrode 5 ist im horizontalen Bereich 2.2 angeordnet.
Hier grenzt der horizontale Bereich 2.2 dichtend an das
Blech 1 an und wirkt somit als plattenförmiges
Begrenzungselement 6.1. Zur besseren Einhaltung einer gewünschten
Pegelhöhe des Elektrolyten (hier nicht dargestellt) weist
der horizontale Bereich 2.2 in Richtung zum Blech 1 eine
Abschrägung 9' auf. Die Abschrägung 9' bildet
in Verbindung mit dem Blech 1 eine Art Mulde, in die der
Elektrolyt fließt, wodurch eine gleichmäßige
Höhe h des Elektrolyten im Anströmbereich des
Bleches 1 gewährleistet wird.
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Es
sollte ein Randbereich 7 vorgesehen werden, durch den gewährleistet
wird, dass der Elektrolyt nicht unerwünscht abfließt.
Weiterhin ist eine seitliche Begrenzung 8 mit zwei Langlöchern
und zwei Schrauben verschiebbar am Begrenzungselement 6 und
am horizontalen Bereich 2.2 der Elektrolytzuführung 2 angebracht
und verhindert praktisch das Auslaufen der „Rinne” vor
dem Blech 1, die den Elektrolyten anstaut. Der Elektrolyt
strömt einfach seitlich über die „Ablaufsperren” 8 ab.
Alternativ können eine oder mehrere seitliche Öffnungen
vorgesehen sein, durch welche der Elektrolyt abfließen
kann. Das Blech 1 wird an seinem oberen Ende ebenfalls
von einer Einspannung 3 aufgenommen, die mit einem Bügel 4 versehen
ist und durch diesen mit einer definierten Vorschubbewegung während
des Plasmapolierprozesses nach oben gezogen wird, wodurch ein fortschreitendes
Plasmapolieren erzeugt wird.
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Die
dreidimensionale Ansicht einer Einrichtung zum beidseitigen selektiven
Plasmapolieren eines Bleches 1 mit einer im Winkel α geneigten
Elektrolytzuführung 2, die vor dem Blech 1 eine
Rinne 9 aufweist und mit einer Anpressrolle 6.2 als
Begrenzungselement ist in 3 dargestellt.
Die Vorderansicht zeigt 4 und die Seitenansicht 5.
Die Elektrolytzuführung 2 weist einen im Winkel α geneigten
Bereich 2.1 und in Richtung zum Blech 1 einen
horizontalen Bereich 2.2 auf, wobei zwischen beiden Bereichen 2.1, 2.2 eine
Rinne 9 ausgebildet ist, die sich mit Elektrolyt füllt,
der dann gleichmäßig aus der Rinne 9, über
den horizontalen Bereich 2.2 und die Anpressrollen 6.2 an
das Blech 1 strömt. Das Blech 1 wird über
die Einspannung 3 und den Bügel 4 hier
zum Polieren nach oben geführt, wobei die Anpressrollen 6.2 rotieren
und gleichzeitig abdichtend an das Blech 1 gedrückt
werden. Die Anpressrollen 6.2 bilden dabei eine Führung
des Bleches 1. Soll nur eine Seite des Bleches 1 poliert
werden, wird nur auf dieser Seite ein Elektrolyt zugeführt.
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Die
Einzelheit A gem. 5 auf einer Seite des Bleches
ist in 6 dargestellt. Im vorderen Teil der Elektrolytzuführung 2 ist
hier die Kathode 5 in einem Abstand s zum Blech 1 angeordnet.
Der Elektrolyt E strömt z. B. über nicht dargestellte
Düsen auf den im Winkel α geneigten ersten Bereich 2.1 der Elektrolytzuführung 2,
füllt die Rinne 9 aus und strömt über
den horizontalen Bereich 2.2, die Kathode 5 und die
Anpressrolle 6.2 an das Blech 1. Die Höhe
h der Arbeitsfläche reicht dabei von der Berührungsstelle der
Anpressrollen 6.2 am Blech 1 bis zu dessen oberen
Pegelstand.
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Der
Längsschnitt einer Einrichtung zum Innenpolieren eines
Werkstücks in Form eines Rohres 10 ist in 7 dargestellt.
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In
das Rohr 10 greift mittig die Elektrolytzuführung 2 ein,
in welche eine ringförmige Kathode 5 integriert
ist, unter welcher ein scheibenförmiges Begrenzungselement 6.3 angeordnet
ist, welches mit dem Ende der Elektrolytzuführung 2 verschraubt
ist. Die Kathode 5 weist mehrere radiale Ausströmöffnungen 11 auf.
In die Elektrolytzuführung 2 ist eine Längsbohrung 12 eingebracht,
die mindestens bis zu den radialen Ausströmöffnungen 11 reicht,
so dass der Elektrolyt E über die Längsbohrung 12 und
die Ausströmöffnungen 11 auf die Oberseite
eines scheibenförmigen Begrenzungselementes 6.3 und
somit gegen die Innenfläche des Rohres 10 strömt,
welches anodisch gepolt ist. Das scheibenförmige Begrenzungselement 6.3 dichtet
zum Innendurchmesser des Rohres 1 ab.
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Zur
Gewährleistung einer gewünschten Höhe
h der ringförmigen Arbeitsfläche AF an der Innenwand
des Rohres 10 weist das scheibenförmige Begrenzungselement 6.3 axial
durch dieses hindurchführende Überströmöffnungen 13 auf.
Dazu reichen durch das scheibenförmige Begrenzungselement 6.3 Röhrchen 14,
deren Innendurchmesser die Überströmöffnungen 13 bilden.
Die Röhrchen 14 reichen über die Oberseite
des scheibenförmigen Begrenzungselementes 6.3 hinaus
und bilden dadurch in dem Begrenzungselement 6.3 über
dessen Oberseite 6.3' hinausreichende Erhebungen 15.
Die Höhendifferenz zwischen der Oberseite 15.1 der
Erhebungen 15 und der Oberseite 6.3' des Begrenzungselementes 10 definiert
dabei den Pegelstand des Elektrolyten E und somit die Höhe
h der Arbeitsfläche. Durch Veränderung der Höhendifferenz
durch die Verwendung höhenverstellbarer Röhrchen 14 kann
die Höhe h verändert werden. Zum Polieren wird
z. B. die Einrichtung im Rohr 10 in Pfeilrichtung von oben
nach unten bewegt. Der minimale zu polierende Rohrinnendurchmesser
di wird von dem Durchmesser D2 der Elektrolytzuführung 2 in
Verbindung mit dem Außendurchmesser D5 der Kathode 5 und
vom Abstand s der Kathode 5 zum Rohrinnendurchmesser di
bestimmt.
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Um
einen geringeren Rohrinnendurchmesser polieren zu können,
kann die Elektrolytzuführung gem. 8 und 8a auch
außermittig in das Rohr 10 eingreifen. Das scheibenförmige
Begrenzungselement 6.3 ist dann in Richtung zum Rohrinnendurchmesser über
einen begrenzten Umfangsbereich 6.3a abgesenkt, so dass
nur ein Teil des Innenumfangs des Rohres 10 angeströmt
wird. Auch hier ist eine Überströmöffnung 13 vorgesehen,
die als Durchgangsbohrung eingebracht ist. Die Kathode 5 ist
segmentartig ausgebildet und befindet sich in dem abgesenktem Bereich 6.3a.
Zusätzlich weist der abgesenkte Bereich 6.3a in
Richtung zur Rohrinnenwand eine abfallende Schräge 9' auf,
in der sich der Elektrolyt E sammelt und die die Höhe h
des Polierbereiches bestimmt. Um den Innendurchmesser des Rohres über
den gesamten Umfang zu polieren, ist eine Relativdrehung zwischen
Rohr 10 einerseits und zwischen Elektrolytzuführung 2 und
Begrenzungselement 10 andererseits erforderlich. Zum Polieren
eines Höhenbereiches kann diese Bewegung von einer axialen
Vorschubbewegung zwischen Rohr 10 und Einrichtung überlagert
werden.
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9 zeigt
eine Einrichtung zum Polieren der Außenfläche
eines Rohres 10. Das Rohr 10 wird von einem ringförmigen
Begrenzungselement 6.4 umringt, welches wie das Begrenzungselement
in 8 durch dieses axial hindurchreichende Röhrchen 14 mit
Durchströmöffnungen 13 aufweist. Am Außendurchmesser
des Begrenzungselementes 2 schließt mit diesem
einteilig eine ringförmige Umhausung 14 an, durch
deren Wandung wenigstens eine Elektrolytzuführung 2 reicht.
Die Kathode 5 sitzt in einer Nut des Begrenzungselementes 6.4 und
umringt den Außendurchmesser des Rohres 2 im Abstand
S. In Richtung zum Rohr 10 weist das ringförmige
Begrenzungselement 6.4 eine abfallende Schräge 9' auf.
Zwischen dem Rohr 10 und dem Begrenzungselement 2 ist
eine Dichtung 16 in Form eines O-Rings vorgesehen. An die
Oberseite der ringförmigen Umhausung 15 schließt
sich in Richtung zum Rohr 10 ein obere Abschluss 17 an,
der am Rohr 10 ebenfalls über eine zweite Dichtung 16' in
Form eines O-Ringes abdichtet und zu einer verbesserten Führung
beiträgt. In dem oberen Abschluss 16 befinden
sich Öffnungen 18, um das Entweichen des entstehenden Prozessgases
zu gewährleisten.
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Generell
sollte immer der Abstand s zwischen Kathode 5 und Blech 1 zwischen
8 und 15 mm liegen, wobei die Anströmfläche ≤ der überströmten Kathodenfläche
ist. Bei einer zu polierenden Breite b des Bleches 1 muss
nach dieser Bedingung die Höhe h gewählt werden.
Die Polierzeit einer Arbeitsfläche sollte bei 5–20
Sekunden liegen, woraus sich die Vorschubgeschwindigkeit ergibt.
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In
allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Elektrolytzuführung 2 und
die Begrenzungselement 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 potentialfrei
ausgebildet und bestehen z. B. aus PTFE.
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Auf
die Darstellung der Anschlüsse des Bleches 1 und
der Kathode 5 wurde in den Ausführungsbeispielen
verzichtet.
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Neben
den Ausführungsbeispielen ist es auch möglich,
andere Werkstückformen partiell durch Plasmapolieren zu
bearbeiten.
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Es
sollte weiterhin über der Einrichtung eine Absaugung installiert
werden und unter dieser ein Auffangbehälter für
den verbrauchten Elektrolyten vorgesehen werden (nicht dargestellt).
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Über
eine Stromversorgung wird zwischen der Kathode und dem Werkstück
bevorzugt eine Gleichspannung von 180 V bis 340 V eingestellt. Der sich
dabei einstellende Polierstrom wird durch die Flächenstromdichte-
welche durch die Prozessbedingungen vorgeben ist und ca. 0,10 A/cm2 bis 0,7 A/cm2 beträgt-
sowie durch die eingestellte Spannung bestimmt. Der Temperaturbereich
sollte sich zwischen 70 bis 95°C bewegen, um den bestmöglichen
Poliereffekt zu erzielen. Bevorzugt erfolgt der Anschluss an das
Drehstromnetz mit vorzugsweise 400 V. Optional ist der Anschluss
an ein Standardstromnetz mit 230 V. Wahlweise sind auch andere Stromversorgungen, z.
B. unter Verwendung von Wechselspannung geschalteter oder modulierter
Gleichspannung oder impulsförmiger Gleichspannung möglich.
Das Plasmapolieren ähnelt dem elektrochemischen Polieren,
erreicht aber einen höheren Glanzgrad. Weiterhin sind beim
Plasmapolieren weitaus weniger Chemikalien nötig. So enthält
das Elektrolytbad nur geringe Mengenanteile von in Wasser gelösten
Salzen. Das Plasmapolieren ist ein umweltfreundliches Verfahren,
da ausschließlich nichttoxische Chemikalien in niedriger Konzentration
verwendet werden.
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Die
Besonderheiten dieses Verfahren bestehen darin, dass die Metallteile
(z. B. Edelstahl, Titan, Titanlegierungen, Buntmetall, Gusswerkstoffe,
niedrig und unlegierte Stähle) während des Polierens
keiner höheren Temperatur als 110°C ausgesetzt
sind, dass plasmapolierte Edelstähle einen um 50% verbesserten
Korrosionsschutz gegenüber dem Ausgangszustand (in Meerwasser)
aufweisen, dass Rauheitswerte Ra < 0,05 μm
erreichbar sind und dass die Abtragsraten je nach Material durchschnittlich
ca. 1–5 μm/min betragen. Metallische Bauteile
können schnell und qualitativ hochwertig in Rauheit und Glanz
bearbeitet werden.
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Als
Elektrolyt wird bevorzugt Wasser mit darin gelösten Ammoniumsalzen
eingesetzt. Die Elektolytlösung hat einen pH-Wert von 2,0
bis 7,0, insbesondere von 5,1 bis 7,0. Das Plasmapolieren wird je Arbeitsfläche über
einen Zeitraums von 0,1 bis 2 min und bei einer Stromdichte von
0,1 bis 0,7 A/cm2 durchgeführt,
wobei eine Spannung von 180 bis 400 V, insbesondere von 310 bis
370 V, angelegt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10207632
A1 [0002]
- - DE 60011125 T2 [0005]