DE2030656A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Aetzen eines Werkstückes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Aetzen eines WerkstückesInfo
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Description
Case MB -4 (P - 187 B)
IA - 169
Mitsubishi Electric Corporation Tokio« Japan
Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytisehen
Ätzen eine» Werkstückeβ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum elektrolytischen Ätzen eines Werkstückes, insbesondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung um ein Werkstück auf eiektrolytisehem Wege zu formen.
Ein elektrolytisches Ätzverfahren macht allgemein gesprochen
von dem Phänomen des elektrochemischen Sohmelzens oder Auflösens einer positiven Elektrode in einem
Elektrolvsierungsprozess Gebrauch. Dabei wird eine Arbeitselektrode
derart relativ zu einem Werkstück angeordnet, daß sich zwischen der Arbeitselektrode und dem
Werkstück ein schmaler Arbeitsspalt bildet, durch den ein Elektrolyt mit hoher Geschwindigkeit fließt, während gleichzeitig ein elektrischer Strom durch den Arbeitsspalt fließt. Unter Einwirkung des Arbeitestroms
wird der Elektrolvt elektrolysiert, sodaß das werkstück durch die Elektrolyse in eine gewünschte Form gebracht
werden kann. Ea ist allgemein bekannt, daß auf diese Weise eine Ausnehmung oder ein looh in das Werkstüok
eingearbeitet werden kann, welches eine der Gestalt der Arbeiteelektrode entsprechende Gestalt hat, Wenn
man daher eine Arbeiteelektrode mit vorbestimmter Gestalt benützt, ββ kann man entsprechend dieser Elektrodegestalt
eine Ausnehmung oder ein Loch von erwünschter
209823/0074 " "
Form in das Werkstück einätzen oder einarbeiten.
Wenn der mit hoher Geschwindigkeit durch den Arbeitsspalt
fließende Elektrolyt durch den Arbeitsstrom elektrolysiert wird, so wird das Werkstück elektrochemisch
geschmolzen oder aufgelöst, sodaß eine bestimmte Menge des Werkstückmaterials in einem vorbestimmten Bereich
de3 Werkstücks entfernt wird, nämlich in demjenigen Bereich,
welcher der Arbeitselektrode gegenüber liegt.. Diese elektrochemische Schmelzung, Auflösung oder Ätzung,
findet fast während der ganzen Elektrolysedauer statt,
sodaß hierdurch die Entfernung des Werkstückmaterials stark gefördert wird.
Durch die Auflösung des Werkstückmaterials niiunt die
Größe des Arieitsspaltes zwischen dem Werkstück und der Arbeitselektrode zu. Demgemäß muß eine Vorschubeinrichtung
vorgesehen werden um entweder das Werkstück oder die Arbeitselektrode oder beide aufeinander zuzubewegen,
damit jegliche Zunahme dea Abstandes zwischen dem Werkstück und der Arbeitselektrode oder jegliche Zunahme
der Größe des Arbeitsspaltes verhindert wird.
Es ist hinreichend bekannt, daß die Genauigkeit der beschriebenen elektrolytischen Formgeräte von der Größe
des-Arbeitsspaltes abhängt. Falls die Größe des Arbeitsspaltes während der gesamten Bearbeitungszeit konstant
gehalten wird, so ist die Genauigkeit des Verfahrens am größten. Wenn im Gegensatz dazu der Arbeitsspalt während
der Bearbeitungsdauer variiert, wie z.B. beim Einarbeiten eines loches von vorbe stimmt em Radius in ein Werk- "
stück, so verändert sich der Durchmesser des eingearbeiteten
loches gemäß der Veränderung des Arbeitsspältes,
wodurch die SOrmgenauigkeit beeinträchtigt wird. Ein
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wesentliches !Problem des elektrolytisehen Ätzens besteht
nun darin, daß es schwierig ist, den Arbeitsapalt während der gesamten elekfi-olytisehen Formprozedur
konstant zuhalten, da mehrere verschiedene Faktoren
des eleMroly tischen Itzverf ahrens Veränderungen
der Spaltgröße hervorrufen.
Bei der folgenden Betrachtung wird der Arbeitsspalt
mit g, die Arbeitsspannung zwischen dem Werkstück und der Arbeitselektrode mit Y, der spezifische Widerstand
des durch Arbeitsspalte fließenden Elektrolyten mit γ
und die Dichte des elektrischen Stroms des durch den Arbeitsspalt fließenden Stroms durch J bezeichnet.
Es gilt sodann die folgende Gleichung (1)s
g = (1)
y*
Aus der Formel (1) geht hervor, daß die Größe g des
Arbeitespaltes in Abhängigkeit von dex Arbeitsspannung
V, dem spezifischen Widerstand f «nd der Stromdichte J
variiert.
Daraus ergibt sieh ferner, daß man, um den Abstand g
des Arbeitsspaltes während der Bearbeitung konstant zu
halten, die Arbeitsspannung V, den spezifischen Widerstand
p und die Stromdichte J konstant halten muß. Es ist nicht schwierig, die Ar"beitsspannung V und die
Stromdichte J während der Bearbeitungsdauer konstant zu
halten. Es ist jedoch äußerst schwierig, den Wert des
spezifischen Widerstandes γ des Elektrolyten während
der Bearbeitungsdauer konstant zu halten. Dies beruht
darauf, daß der spezifische Widerstand päee Elektro-
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lyten in Abhängigkeit von der Dichte und der Temperatur des Elektrolyten variiert und daß der während
des elektrolytisohen Formungsver fahre ns durch den
Elektrolyten fließende Strom eine Zunahme der Temperatur des Elektrolyten bewirkt, sowie eine Verdampfung
von Flüssigkeit, wodurch auch die Dichte des Elektrolyten verändert wird. Da der durch den Elektrolyten
fließende elektrische strom eine stromstarke von etwa
3000 bis 5000 Ampere erreichen kann, ist es möglich,
daß sich der Elektrolyt auf oder um 100° C erhitzrt.
Daraus ist ersichtlich, daß der spezifische Widerstand Xj des Elektrolyten während der Bearbeitung des Werkstückes
normalerweise in weiten Grenzen variieren kann.
Um die Größe des Spaltes g während der Bearbeitung des
Werkstückes konstant zu halten, wurde ein elektrolyt lasches Bearbeitungsgerät vorgeschlagen - deutsche Patentanm.
P 19^988^,1 -bei dem während der Bearbeitungszeit in
erster Linie die elektrische Stromdichte J konstant ge~
halten wird. Dabei wird zum Konstanthalten der Strom«
dichte J während des Betriebs des elektrolytischen Bearbeitungsgerätes die Yorschubgesohwindigkeit der Ar«
beitselektrode während der Bearbeitungsdauer konstant
gehalten. Die Arbeitsspannung V hingegen wird nicht
konstant gehalten, Sie wird vielmehr derart variiert, daß eine Veränderung des spezifischen Widerstandes ^
kompensiert wird. Daher muß bei diesem vorgeschlagenen Gerät der spezifische Widerstand 'pdes Elektrolyten
ständig überwacht werden, sodaß die Arbeitsspannung γ
gemäß der folgenden Formel (2) gesteuert werden. k®xm;
V = K f, (2)
wobei K eine Konstante ist.
2088237007*-
Für diesen Pall kann die Größe g des Arbeitsspaltes
mit folgender, aus den Formeln (1) und (2) abgeleiteter Beziehung "bestimmt werden: "
€ - Y = K· S = K (3)
Wie aus der Beziehung (3) hervorgeht, wird die Größe
g des ArbeitsSpaltes konstant gehalten, wenn die Stromdichte J während der Ätzbearbeitung konstant gehalten
wird.
Dank des oben erwähnten Vorschlags für eine verbesserte elektrolytisehe Bearbeitungsapparatur wurde die Bearbeitungsgenauigkeit erheblich gesteigert. Es traten
jedoch noch andere Faktoren in Erscheinung, welche
trotz der neu entwickelten genaueren Apparatur die Genauigkeit der Bearbeitung beeinträchtigten. Diese unerwünschten
Faktoren hängen mit der Arbeitsspannung V
zusammen. Als ein Ergebnis einer detailierten Betrachtung der Arbeitsspannung V wurde festgestellt, daß dieselbe als Summe einer Spannung Yo und einer Spannung
Vd dargestellt werden kann. Die Spannung Vo folgt dem
Ohm1sehen Gesetz und ist der Stromdichte J proportional,
während die Elektrolysierspannung Vd unabhängig von der Stromdichte J einen konstanten Wert hat. Es gilt daher
die Beziehung:
V = Vo + Vd (4)
Aus dieser Beziehung folgt:
Vo = V - Vd (5Γ
. ■ '- 6 -20982370074
203065a
Es wurde somit bei dem oben erwähnten Vorschlag-eines ·
elektrolytischen Bearbeitungsgerätes die Arbeitsspannung V , d.h. eine Spannung gleich der Summen der Elektrolysierspannung
Vd von im wesentlichen konstantem Wert und der Spannung Vo, welche dem Ohm1 sehen Gesetz
entspricht, derart gesteuert, daß die Veränderungen des spezifischen Widerstandes ρ, welche während der Ätzbearbeitung
auftreten, kompensiert werden. Wenn nun die Elektrolysierspannung Vd nicht im wesentlichen konstant
wäre, sondern ähnlich wie die Spannung Vo, welche dem
Ohm1sehen Gesetz entspricht, variieren würde, so träten
keine zusätzlichen Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten auf. Da jedoch tatsächlich die Elektrolysierspannung Vd
konstant ist, so ergeben sich Ungenauigkeiten des Ätzvorgangs, wenn die Spannung zur Kompensation der Veränderung
des spezifischen Widerstandes variiert wird und zwar trotz Verwendung des oben erwähnten Vorschlags
für eine verbesserte elektrolytische Bearbeitungsmaschine. Die Genauigkeit des Ätz- oder Formverfahrens
läßt mit anderen Worten immer hoch zu wünschen übrig und könnte immer noch verbessert werden, wobei diese
bisher nicht beseitigten Ungenauigkeiten darauf beruhen, daß nicht nur die von dem Ohm· sehen Gesetz «.folgende
Spannung Vo, sondern auch die Elektrolysierspannung Vd (welche konstant gehalten werden sollte) zur Kompensation
von Veränderungen des spezifischen Widerstandes 0 variabel gesteuert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugiuh—
de- , die oben genannten Schwierigkeiten und Nachteile der herkömmlichen Elektrolytischen Werkstückbearbeitung
zu beseitigen und ein neues, verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zum elektrolytischen Ätzen zu schaffen,
wobei die Größe des Arbeitsspaltes während der ge-
- 7 209823/0074
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- 7 >..-■ - ■ '
samten Bearbeitungsdauer konstant gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
lediglich die dem Ohm'sehen Gesetz gehorchende Spannung
Vo zur Eompensation von Veränderungen des spezifischen Widerstandes P gesteuert wird und daß zusätzlich und
unabhängig von der Spannung Vo eine der Elektrolysierspannung
Td entsprechende Spannung vorgesehen wird, wobei die Spannung Vd und die Spannung Vo zusammen die
Arbeitsspannung V bilden. -
Die vorliegende Erfindung beruht somit auf der Grundidee, lediglich den Spannungsanteil Vo der Arbeitespannung,
der dem 0hm1 sehen Gesetz folgt, zur Kompensation der
Veränderungen des spezifischen Widerstandes O variabel
zu steuern. Es muß somit in der formel (1) die Arbeitsspannung V durch die Spannung Vo ersetzt werden, welche
in Formel (5) dargestellt ist. Es ergibt sich somit aus (1) und (5) die Beziehung (6):
g = V-Vd (6)
Daraus folgt:
V = g J£+ Vd (7).
Hierbei muß nun berücksichtigt werden, daß der Arbeits spalt während der Bearbeitungszeit stets konstant gehalten
werden muß. Da ferner auch die Stromdichte J konstant bleibt, falls die Vorschubgeschwindigkeit der
Arbeitselektrode während der Bearbeitungszeit konstant
bleibt, ergibt unter Berücksichtigung der Beziehung gj = C (Konstante) die Beziehung (8);
V = C^+ Vd (8).
— 8 —
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Aus dieser Gleichung (8) ersieht man, daß die Spaltgröße g des Arbeitsspaltes während der BearbeitungB-dauer
genau konstant gehalten worden kann, wenn man die Arbeitsspannung V als Summe eines Terms G f, welcher
proportional dem spezifischen Widerstand γ ist und eines konstanten Terms Yd, welcher der-Elektrolyt :
sierspannung entspricht, steuert. · · .--■ ;
Dementsprechend wird durch diese Erfindung ein "Verfahren
zum c-le-ktrolytischen Ätzen eines Werkstückes geschaffen, welches die folgenden Verfahrensschrittcumfaßt?
■ ■ -■ . -
Anordnen eines Werkstückes gegenüber einer Arbeitsclektrode
unter Ausbildung eines schmalen Arbeitsspaltts·,
Durchleiten eines Elektrolyten durch den Ai'beitsspalt
Eloktrolysieren des Elektrolyten in dem Arbeitsspalt
durch Anlegen einer Arbeitsspannung an dem Arbeitsspalt; Vorschub des Werkstückes oder der Ar be jtselektrodo oder
beider aufeinander zu und mit konstanter Geschwindigko* J
Steuerung der Arbeitsspaiinühg als Summe einer Spannung,
welche proportional dem spezifischen Widerstand des durch den Arbeitsspalt fließenden Elektrolyten ist und
einer Spannung, welche der Elektrölysierspänhuh§·. entspricht«
Ferner wird durch die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum elektrolytlachen Atzen δines Werkstückes gesöhsffen*
welche eine^ unter Verbleiben einii Böhmälen Arbeite
äpältes gegenüber einem Werkstück angeordnete ÄrbeitselektrOde
umfaßt, sowie eine ißidereinfidhtüng gUtt Suröh=
strömen des Arbe its spalte g mit· dem Elöktfölyijföiij §in§
Spannüngsq.üelie gum Slektröl^si&ren des Si6fet3?θ 1 ^ΐ©Il in
dem Arbeitsspalt durch Anlegen ein§f
einen Vorschub für das Werkstück oder die Arbeitselektrode
oder beide um das Werkstück und die Arbeitselektrode
relativ aufeinander zuzubewegen und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Arbeitsspannung als Summe
einer Spannung, welche proportional dem spezifischen Widerstand
des durch den Arbeitsspalt fließenden Elektrolyten ist und einer Spannung, welche der Elektrolysierspannung
entspricht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert, welche ein schematisches Diagramm zur
Veranschaulichung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Apparatur darstellt.
In der Zeichnung ist ein Arbeitsgang 10 zur elektrolytischen
Bearbeitung eines Werkstückes dargestellt. Der ArbeitetanJc 10 ist oben offen dargestellt, obwohl er in
der Praxis normalerweise als allseitig geschlossener Behälter ausgeführt wird. Auf einer in dem Arbeitsgang 10
befindlichen Halterung 14 ist ein Werkstück 12 festgelagert, welches aus einem elektrisch leitenden Material
besteht. Dem Werkstück benachbart ist eine Elektrode 16 angeordnet, welche eine dem Werkstück 12 gegenüberliegende
Öffnung 18 aufweist, durch welche ein Elektrolyt in einen schmalen Arbeitsspalt 20 zwischen dem Werkstück 12
und der Elektrode 16 geleitet wird.
Der Arbeitsspalt 20 hat eine Spaltbreite g, welche vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm beträgt.
- UD -
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- ίο -
Bei dieser Anordnung ist ferner ein Tank 22 für den Elektrolyten 24 vorgesehen, welcher vorzugsweise aus
Salzwasser besteht, obwohl auch je nach dem Material des zu bearbeitenden Werkstückes 12 andere Elektrolytlösungen
verwendet werden können. Eine Rohrleitung 28 ist einerseits mit dem Einlass einer Pumpe 26 verbunden
und taucht andererseits in den Elektrolyt 24 in dem Tank 22 ein. Eine andere Rohrleitung verbindet den
Auslass der Pumpe 26 mit der Öffnung 18 in der Elektrode 16 zur Zufuhr des Elektrolyten 24 vom Tank 22 gemäß
dem in der Figur eingezeichneten Pfeil durch die Öffnung
18 hindurch in den Arbeitsspalt 20 hinein. Der in den Arbeitsspalt 20 eingeführte Elektrolyt steht unter
einem Druck von etwa 10 bis 20 kg/cm , welcher von einer Pumpe 26 aufgebaut wird, sodaß der Elektrolyt mit
ei-Hcr hohen Geschwindigkeit in den Arbeitsspalt 20 hineintxitt.
Eine Rohrleitung 32 verbindenden Boden des Arbeitstanks 10 mit dem Tank 22, damit der Elektrolyt,
welcher sich beim Durchtritt durch den Arbeitsspalt 20 am Boden des Tanks 10 angesammelt hat, wieder in Richtung
des Pfeiles in den Tank 22 zurückgeführt werden kann.
Als Spannungsquelle wird eine dreiphasigeWechselstromkraftquelle 34, welche mit der üblichen Frequenz arbeitet,
verwendet. Zur Bereitstellung einer konstanten Spannung ist diese Spahnungsquelle mit einem dreiphasigen
Abwärtstransformator verbunden, welcher eine . "Primärwicklung 38 mit Dreiecks schaltung und eine Sekundärwicklung
40 mit Sternschaltung aufweist. In der Verbindungsschaltung zwischen den ' Anschlüssen der
Primärwicklung 38 und der dreiphasigen Wechselstrom-KraftqueHe
34 ist eine dreiphasige Sättigungsdrossel 42 vorgesehen, welche ^pulen 44, 46 und 48 aufweis
- 11 209823/007'«
Eine Steuerspule 50 zur induktiven Verbindung eines
dreiphasigen Vollweggleichrichters 52 mit den entsprechenden
Outputspulen 44, 46 und 48 ist mit den
inschlüssen der Sekundärwicklung 40 des Abwärtstransformators verbunden, um die Vollweggleichrichtung des
dreiphasigen V/eehselstroms zu bewirken. Eine Leitung 54 ist mit dem positiven Gleichstromanschluß
des dreip'hasigen Vollweggleichrichters 52 verbunden und eine Leitung 56 ist mit dem negativen · ; ,
Gleichstromanschluß des dreiphasigen \a-lweggleichrichters
52 verbunden. Die positive Leitung 54 ist mit dem i
werkstück 12 verbunden, während die negative Ledtun/g
mit der Elektrode 16 verbunden ist. Der Gleichstrom
des dreiphasigen Vollweggleichrichters 52 kann vorzugsweise
so ausgelegt sein, daß er bei einer Spannung von 5 bis 20 Volt eine Stromstärke von 3000 bis 5000
Ampere liefert.
Es ist somit ersichtlich, daß über den Gleichrichter
Und über die Leitungen 54 und 56 eine Spannung V zwischen
das Werkstück 12 und die Elektrode 16 gelegt wird. Die
Arbeitsspannung V bewirkt einen elektrischen Strom durch den Arbeitsspalt 20 und der Elektrolyt 24 wird elektrolyt g
eiert. Diese Elektrolyse führt zu einer elektrochemische1
Auflösung oder Schmelzung des Werkstückes 20 an vorbestifflinter
Stelle, derart, daß von der Stelle des Werkstückes 12, we lohe gegenüber der Elektrode 16 liegt, - Material entfernt, wird. Die elektrische ,.Stromdichte J in
dem Arbeitsspalt 20 wird im folgenden als das Verhältnis von Strom im Arbeitsspalt zu Arbeitsbereich aiigegeben»
Ferner umfaßt das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Vor-.
schub 58, um die Elektrode 16 in jede gewünschte Stellung zu bringen. In vorliegendem Beispiel wurde ein
Vorschub 58 dargestellt, bei dem sich die Arbeitselektrode 16 in Eichtung auf das Werkstück 12 bewegt. Es
muß jedoch betont werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt ist und daß der
Vorschub derart ausgebildet sein kann, daß sich das Werkstück 12 in Eichtung auf die Elektrode 16 bewegt»
Bei der gezeigten Ausführungsform ist eine Vorschubstange
60 mit der Elektrode 16 verbunden und verschiebbar gelagert, sodaß die Elektrode 16 zu dem Y/erkstück
12 hin und von diesem weg bewegt werden kann. Eine Zahnreihe 62 ist entlang der Peripherie der Vorschubstange
60 und in Längsrichtung vorgesehen, mit welcher ein Ritzel 64 kämmt, welches auf der Drehwelle
eines Elektromotors 66 sitzt. Der Motor 66 ist ein Gleichstromnebenschlußmotor und umfaßt einen Anker 68
und eine Feldspule 70. Eine Kraftquelle 72 ist zur Betätigung des Elektromotors 66 vorgesehen. Die Kraftquelle
72 ist eine einphasige Wechselstromquelle konstanter Spannung und üblicher Frequenz. Die erzeugte
Wechselspannung wird in einen einphasigen Vollweggleichrichter
74 zur G-Ieiehrichtung des Wechselstroms
eingegeben. Eine Leitung 76 ist mit dom positiven Gleichstrom- Anschluß des Gleichrichters 74 verbunden
und eine Leitung 78 ist mit dem negativen Gleichstrom- Anschluß des Gleichrichters 74 verbunden.
Der Anker 68 des Motors 66 liegt zwischen den Verbindungsleitungen 76 und 78 und die Feldspule 70
liegt über einen veränderlichen Widerstand oder ein Potentiometer 80 zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit
ebenfalls an den Verbindungsleitungen 76 und 78.
- 13 209823/007/,
Wenn an dem Anker 78 und an der Feldspule 70 eine
konstante Spannung anliegt, und wenn das Potentiometer 80 sich in einer vorbestimmten Stellung befindet, so
arbeitet der Motor 60 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit und bewegt dabei die Elektrode 16 während des
Formungs- oder Ätzungsvorgangs mit einer konstanten Geschwindigkeit auf das Werkstück 12 zu. Dies hat zur
Folge, daß die elektrische Stromintensität J während der Form- oder Ätzbearbeitung am Arbeitsspalt 20 auf
einem konstanten Wert gehalten wird. Durch Änderung des Widerstandes des Potentiometers 80 kann die Vor-Schubgeschwindigkeit
der Elektrode 16 leicht verändert werden. Hierdurch kann somit auch die elektrische Stromdichte J verändert werden. In den allermeisten · Fällen braucht das Potentiometer 80 während der Formung
oder Ätzung des Werkstückes nicht verändert zu werden.
Es ist ferner eine einphasige Wechselstromquelie 82
konstanter Spannung vorgesehen, sowie ein einphasiger
Vollweggleichrichter 84 zur Vollweggleichrichtung des
Wechselstroms der Wechselstromquelle 82. Eine
Verbindungsleitung 86 ist einerseits mit dem positiven Gleichstrom*" Anschluß des Gleichrichters 84 verbunden
und andererseits über einen Widerstand 88 mit der Steuerspule 50 der Sättigungsdrossel. Eine Verbinfiungsleitung
90 ist einerseits mit dem negativen GleichstromAnschluß des Gleichrichters 84 und andererseits mit der Steuerspule 50 verbunden. Durch die Steuerspule 50 fließt ein elektrischer Strom Ic, welcher
proportional der Gleichspannung des Gleichrichters 84 ist und die Reaktanz der Outputspulen 44, 46 und 48
der Sättigungsdrossel bestimmt, Ea sind zwei Tyristoren
92 und 94 parallel zueinander und umgekehrt gerichtet geschaltet. Diese Thyristoren liegen in dem Wechselstromkreis
des Gleichrichters 84, sodaß sie alternierend
- 14 209823/007/, BADORIGiNAL
bei einer vorbestimmten Zündphase erregt werden und zwar in den entsprechenden Halbzyklen des Wechselstroms
der WeehseIstromquelle 82, sodaß die erwünschte Wechselstromspannung
als Spannung am Gleichrichter 84 liegt. Die Zündphase der Tyristoren 92 und 94 kann geändert werden,
indem man die Gleichstrom- Spannung des Gleich-' richters 84 einstellt, sowie den elektrischen Strom Ic,
welcher durch die Steuerspule 50 fließt und die !Reaktanz der Outputspulen 44, 46 und 48. Die Reaktanz der Outputspulen
44, 46 und 48 kann durch Veränderung der Spannung des dreiphasigen Transformators 36 eingestellt
werden, wobei die Gleichstrom- Spannung des Gleichrichters
42 und die am Arbeitsspalt 20 anliegende Arbeitsspannung V eingestellt oder variiert werden.
Ferner ist eine Zündeinrichtung 96 zur Betätigung der
Tyristoren 92 und 94 vorgesehen. Der Zündstromkreis 96 umfaßt einen Stromkreis zum Einstelltn der Zündphase der
Tyristoren 92 und 94. Sin Verstärker 98 ist vorgesehen, welcher die in die Zündeinrichtung 96 einzugebenden
Signale verstärkt, wobei durch die verstärkten >ignale des Verstärkers die Zündphase der Tyristoren 92
und 94 eingestellt wird. Ein SignalVergleichspunkt 100
ist ebenfalls vorgesehen, dessen Output in den Verstärker 98 eingegeben wird.
In den Signalvergleichspunkt 100 werden zwei Signale ν
und vs eingegeben und die Differenz dieser Signale wird als Spannung in den Verstärker 98 eingegeben.
Im folgenden wird ein Stromkreis zur Bereitstellung des Signals ν für den Signalvergleichspunkt 100 beschrieben.
Dieser Stromkreis liegt zwischen den Leitungen 54 und 56 und umfaßt ein Potentiometer 102, welches parallel zum
Arbeitsspalt 20 geschaltet ist. Das Potentiometer 102.
- 15 '. 209823/0076 iAD ORIGINAL
umfaßt einen 4jischluß 104 und die Spannung ν an
/jnschluß ist proportional der Arbeitsspannung 7, sodaß die Beziehung ν = aV gilt. Die Spannung ν wird
als ein Signal ν in den Signalvergleichspunlct 100 eingegeben.
Im folgenden wird ein Stromkreis zur Erzeugungeines
Signals vs für den Signalvergleichspunkt 100 beschrieben. Der zweite Stromkreis umfaßt einen Hochfrequensoszillator
106, dessen Output einem Prüfgerät 108 aufgedrückt ist, das in den Elektrolyten 24 im Tank 22 eintaucht und zur Messung des spezifischen Widerstandes *
des Elektrolyten dient. Dieses Messgerät 108 kann ebenfalls in den Leitungen 28, 30 oder 52 liegen und umfaßt
ein Elektrodenpaar von gleicher und vorbestimmter Gestalt und Querschnittsfläche. Die Elektroden sind
in einem vorbestimmten Abstand voneinander entfernt und zwischen ihnen befindet sich der Elektrolyt 24. Diese
Elektroden können aus Platinmohr bestehen.
Der Output des Oszillators 106 liegt an den Elektroden
an und dient der Erzeugung eines konstanten Stromflussos
zwischen den Elektroden, wobei der Stromfluß auch dann noch konstant gehalten wird, wenn der Widerstand zwischen |
den Elektroden sich ändert. Wegen dem konstanten Stromfluß zwischen den Elektroden macht sich jede Änderung
des spezifischen Widerstandes P des Elektrolyten 24 in
Form einer Veränderung der Klemmenspannung der Elektroden bemerkbar. Da der Abstand zwischen den Elektroden
konstant gehalten wird und die Elektrodenfläche ebenfalls konstant ist, besteht eine Proportionalität zwischen
der Elektrodenspannung und dem spezifischen Widerstand
Q des Elektrolyten 24. Der Grund für die Verwendung eines Hochfrequenzoszillators 106 und für die
Verwendung einer Hochfrequenzspannung an den Elektroden
.-■ 16 .209823/007 4 BAD
- t§ ~ 1050
ist darin zu sehen, daß; die Bildung eines? Spannung p.fer
elektromotorischeai Kraft an den Elektroden aufgrimd
Elektrodeiipalarisation verhindert wenden
Im folgenden soll der durch dje .lleldbroden
und vom HöGnfrei3iuenzos2illat®r f 00 kommenfp
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folgt die- Slpnnung: zpis<?&en ,dien ΕΊί&Μ:το§ϋ&β. äßm
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ferner igt ein Ij^ehrgleichrichteir -J=I^
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ters 112 über einen Widerstand iiti6 pi(b #inem
wert Ro verbunden ist. Zwisc^teja Mma. Injjut- .und
ansohluß des Uinkehrverstäricer;a J!it.4 liegt ejLn
lungswiderstand 11B mit einem fFiderstand;SVie;rit δ "^
ein Kondensator 120 liegt parallel ^um fride^starid Jl$
iPerner ist noch ein Umkehrv;erstärker 122 vorgesehen,
dessen 4nsohluß iifbeir einen ^idiersitand ^24 pit .
Widerstandswert Hi mj.|t tem
kers 114 verbunden ls£. ißer
Verstärkers 122 is* pit item jM
kers 114 verbunden ls£. ißer
Verstärkers 122 is* pit item jM
BÄD
verbunden, um in diesen Signalsvergleichspunkt das Signal vs einzugeben. Zwischen dem Inputanschluß und dem
Outputanschluß des Verstärkers 122 liegt ein Rückkopplungswider
stand 126 des Widerstandswertes Ef.
Es ist ferner ein weiterer Signalgeberkreis 128 vorgesehen,
welcher ein Signal - vd erzeugt, dessen Amplitude der Amplitude der Elektrolysierspannung Yd, proportional
ist, die Proportionalitätskonstante igt dabei äquivalent
derjenigen zwischen der Amplitude des Signals ν und der
Arbeitsspannung V, (vd = aVd).
Der Signalgeberkreis 128 umfaßt eine Gleichstromquelle
150, sowie ein Potentiometer 132, welches mit der Gleichstromquelle 130 verbunden ist. Das Potentiometer Hat einen
Outputanschluß 134, an welchem ein Signal -vd erzeugt wird, dessen Amplitude der Amplitude der Elektrolysier- :
spannung Vd proportional ist. Der Outputanschluß 134 ist
über einen widerstand 136 mit dem /^.nschluß des Verstärkers
122 verbunden und das Signal -vd wird zu dem Outputsignal des Verstärkers 114 addiert. Der Grund, weshalb das Signal -vd negativ ist, ist darin zu sehen, daß
der Versti&ker 122 ein Umkehrverstärker ist.
Wenn im zweiten Schaltkreis zur Bereitstellung des Signals vs das Outputsignal des Verstärkers 114 mit ve bezeichnet
wird und wenn eine Proportionalitätskonstante für den gemessenen Output des Meßgeräts 108 oder für die
Konstante h2 in Gleichung (10) und für die Verstärkungskonstante'
der Verstärker 110 und 114 insgesamt mit el bezeichnet wird, so gilt die folgende Beziehung:
ve β--οία (H)
- 18 -
209823/0074
Der Grund weshalb in dieser Gleichung ve negativ ist, liegt darin, daß der Verstärker 114 ein Umkehrverstärker ist. .
Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 122 in Bezug auf.
das Signal ve hängt at» von dem Verhältnis des Widerstandswertes Ef des Widerstandes 126 und des Widerstandswertes
Ri des Widerstandes 124 und der Verstärkungsgrad dieses Verstärkers in Bezug auf das Signal -vd hängt ab
von dem Verhältnis des Widerstandswertes Rf des Widerstandes 126 und des Widerstandswertes Rg des Widerstandes
136. Das Outputsignal vs des Verstärkers 122 ist somit durch folgende Gleichung gegeben?
vs = -
) ve + ( ff ) (-vd)
(12).
Die Gleichung (11.) wird in die Gleichung (12) eingesetzt
und die Widerstandswerte Rf und Rg werden so gewählt,
( Il ) = 1
Es folgt sodann die Gleichung?
vs = ( §| ) cl9 +vd (13).
Falls in dieser Gleichung der Ausdruck ( ff ) el durch c
ersetzt wird, so erhält man die folgende allgemeine Formeis
vs ε ep + vd (H).
Gemäß der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Signal ν äquivalent zum Signal vs.
Wenn das Signal ν größer ist als das Signal vs, so wird die Zündeinrichtung 96 über den Verstärker 98 und aufgrund
der Differenz zwischen den Zündwinkeln der Thyristoren 92 und 94 derart betätigt, daß die Gleichstrom-
- 19 209823/007A
- .1?· 2030616
A■ / j pannung des Gleichrichters 84· verringert wird»
Damit wird auch die elects? is ehe Stromstärke le, welche
durch die Steuerspule 50 der Sättigungsdrossel 42 fließt.
verringert, sodaß die Reaktanz der Outputspulen 44» 46
und 48 erhöht wird, Dabei nimmt die Arbeitsspannung 7
ab, In dem Maße wie die Arbeitsspannung 7 abnimmt, nimmt auch das Signal ν ab und wird schließlich äpiiva-'
lent dem Signal vs.
Wenn das Signal ν kleiner ist als das Signal vs, so wirr3
die Arbeitsspannung 7 umgekehrt erhöht, sodaß das gignal
ν anwächst, bis es äquivalent dem Signal vs ist«
7ergleicht man die Gleichungen (8) und {14)so
man fest, daß sie sich vollkommen entspreehen, mit der
Ausnahme, daß die Spannung 7 dem Signal ν und .die
7d dem Signal vd und die Konstante 0 der Konstante ύ
spricht. Es können jedoch die Beziehungen ν i= a7,
v4 = a7d und c = aC verwirklieht werden und die .erfindungsgemäße
7orrichtung kann entsprechend eingestellt werden. Um die Beziehung c = aC zu erfüllen, muß tdie
stante el, der Widerstand Ef und der widerstand Ui entsprechend
eingestellt werden.
Aus vorstehender Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäße
7orrichtung die Steuerung der Arbeitsspan- *
nung 7 gemäß der Beziehung in Gleichung (B) vornimmt,.
Im folgenden soll die erfindungsgemäße 7orrichtung mit
einer vorgeschlagenen 7orrichtung gemäß Gleichung ;(2;)
verglichen werden. Dabei sollen ftir die elektrischen Daten folgende Werte angenommen werden: iSpezifischGr Wider
stand ρ des Elektrolyten 24 = 6 cm, Stromdichte J = 100 Ampere/cm2, Elektrolysierspannung 7d = 1,^ 7olt
und Arbeitsspannung 7 = 7,5 7olt. Damit kann -die
2030658
- 20 des Arbeitsspaltes in folgender Weise berechnet werdens
δ = 7,5 - 1,5 = 0,01 cm = 0,1 mm.
6 σ 100
Es soll nun angenommen werden, daß der spezifische Widerstand P aufgrund von Veränderungen der Temperatur
und Dichte des Elektrolyten 24 um 70 $ abnimmts
Bei dem gemäß Gleichung (2) arbeitenden vorgeschlagenen
Gerät kann die Arbeitsspannung V nach Gleichung (2) berechnet worden?
Y= 7,5x0,7= 5,25 Volt.
In diesem Fall ist die Spaltweite g des Arbeitsspaltes nach Gleichung (6) berechenbars'
δ = 5,25 - Tg = 0,089 mm ,
6 ζ 0,7 x TOO
^ sodaß sich eine Veränderung der Weite des Arbeitsspal-■
tes nach folgender Berechnung ergibt:
0,1 - 0,089 = 0,011 mm.
Verwendet man andererseits das erfindungsgemäß Gerät,
so ergibt sich eine Arbeitsspannung V gemäß Gleichung
(8): ·
V = 6 χ 0,7 + 1,5 = 5,7 Volt.
- 21 3/007'
Die Weite g des Arbeitsspaltes kann sodann aus Gleichung
(6) berechnet werden;
β.= 5,7 - 1,5 =0,1 mm.
6 χ 0,7 χ 100
Somit ändert sich die Weite des Arbeitsspaltes bei einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung nicht.
Aus vorstehender Beschreibung wird klar, daß erfindungsgemäß die Weite des Arbeitsspaltes 20 genau auf einem
konstanten Wert gehalten werden kann, obwohl sich der spez, Widerstand ändert. Daher weisen das erfindungsgemäße
elektrolytische Ätzverfahren und die erfindungsgemäße
elektrolytische Ätzvorrichtung eine bisher weder bekannte noch vorgeschlagene Arbeitagenauigkeit auf.
Es muß betont werden, daß die vorliegende Erfindung in
wirksamer Weise zur wiederholten Herstellung des gleichen Produktes, wie z.B. von Turbinenschaufeln geeignet ist.
In einem solchen Falle ist es erwünscht, daß eine Vielzahl von Produkten mit genau den gleichen Abmessungen
und Größen hergestellt, werden. Diese können allesamt mit
der gleichen Vorschubgeschwindigkeit hergestellt werden. Dies hat zum Ergebnis, daß alle Produkte genau die gleichen
Abmessungen aufweisen. Hieraus wird deutlich, daß die Arbeitsgenauigkeit des erfindungsgemäßen elektrolytischen Ätzverfahrens und der erfindungsgemäßen elektrolytischen Ätzvorrichtung äußerst groß ist.
- Ansprüche -
209823/0074 * bAd
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE1. Verfahren zum elektrolytischen Ätzen eines Werkstückes, "' bei dem eine Arbeitselektrode unter Verbleiben eines sehmalen Arbeitsspaltes neben einem Werkstück angeordnet wird, und ein Elektrolyt durch den Arbeitsspalt hindurch geleitet wird und wobei zur Elektrolyse des Elektrolyten im Arbeitsspalt eine Arbeitsspannung an den Arbeitsspalt angelegt wird und wobei die.Arbeitselektrode und das Werkstück relativ zueinander und aufeinander zu bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung von Elektrode und Werkstück mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt und daß die Arbeitsspannung als Summe einer Spannung, welche dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten im Arbeitsspalt proportional ist und einer Spannung, welche der EIektrolysierspannung entspricht, gesteuert wird.2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Arbeitselektrode und Werkstück bei jeder Itzbearbeitung an einem beliebigen einzelnen Werkstück konstant gehalten wird.3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet , daß bei der Itzbearbeitung einer Vielzahl von Werkstücken die Relativbewegung zwischen Arbeitselektrode und Werkstück während jeder Ätzbearbeitung konstant gehalten wird.i. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes,, der Arbe its spannung proportionales Signal erzeugt wirr} und daß die Arbeitsspannung derart gesteuert wird, daß das erste Signal einem der Summe eines zweiten Signals; welches dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten pro-■ - 2 -209823/0074BAD ORIGINALportlonal ist und einen dritten Signals, welches der Slelrtrolysierspannung proportional ist, gleichen Signal· äquivalent ist.5. Vorrichtung zur Durchführung den Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer unter Verbleiben •Ines sohaalen Spaltes gegenüber einem Werkstück angeordneten Arbeitaeloktr ode, einer Fördereinrichtung zur Einführung eines Elektrolyten in den Arbeitsspalt, einer Kraftquell· für die Elektrolyse des Elektrolyten im Arbeitsspalt und einem Vorschub sur Ausführung einer Relativbewegung zwischen Y/erkstück und Arbeitselektrode aufeinander zu, g e k e η η ζ e i c h η et durch I eine Steuereinrichtung (82 bis 134) zur Steuer-ung der Ar be it !spannung als Sonni9 einer Spannung, welche proportional dem spezifischen Widerstand des in den Arbeitsspalt (20) eingeführten Elektroofen (24). ist und einer Spannung, welche der liektrolysierspannung entspricht.5. Vorrichtung nach Anopruch 5 , d a d u r c h ge k e η. η c β 1 ohne t , daß die Steuereinrichtung (82 bis 134) einen ersten Signalgeber (102, 104) zur Erzeugung eines ersten der Arbeitesyannurrj proportionale"1 Signals, einen zweiten Signalgeber (105, 108) zur Erzeugung eines zweiten dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten im Ar- ' ■ g beitsepalt (20) proportionalen Signals und einen dritten Signalgeber (12.8) zur Erzeugung eines dritten der Elektrolysierspannung proportionalen Signale aufweist, wobei die Arbeitsspannungssteuerung derart gewählt ist, daß das erste Signal im wesentlichen gleich der Summe des zweiten dtitten Signale ist.Vorrichtung nach Anspruch β , d a d u r ο h g e - k e η η ze ic h η e t , daß der zweite Signalgeber (106, 1p8) «wei in den Elektrolyten eintauchende und mit einer Stromquelle (106) vorbestimmter Stromstärke verbundene Hektroden (1Od) umfaßt.- 3 -209823/0074BADS. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (106) ein Hochfrequenzoszillator ist.9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 "bis 8* , d a durch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (34 "bis 56) für die Elektrolyse eine Wechselspannungsquelle (34), einen !Transformator (36) und einen Gleichrichter (52) umfaßt und daß die Steuereinrichtung (42 bis 50, 82 bis 98) eine Sättigungsdrossel (42 bis 50) umfaßt.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis ^,dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (22 bis 32) einen Elektrolyttank (22), ein Zuleitungsrohr (30) und eine Pumpe (26) umfaßt.209823/007 4
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4958669 | 1969-06-23 | ||
JP4958669A JPS4938419B1 (de) | 1969-06-23 | 1969-06-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2030656A1 true DE2030656A1 (de) | 1972-05-31 |
DE2030656B2 DE2030656B2 (de) | 1977-04-21 |
DE2030656C3 DE2030656C3 (de) | 1978-01-05 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2047043B1 (de) | 1973-01-12 |
BE752355A (fr) | 1970-12-01 |
DE2030656B2 (de) | 1977-04-21 |
GB1310702A (en) | 1973-03-21 |
CA950857A (en) | 1974-07-09 |
CH559081A5 (de) | 1975-02-28 |
FR2047043A1 (de) | 1971-03-12 |
JPS4938419B1 (de) | 1974-10-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |