DE2030656A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Aetzen eines Werkstückes - Google Patents

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

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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

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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-

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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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

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- 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 i uns die konstante: mit Ii^ be&eiehnet priem, folgt die- Slpnnung: zpis<?&en ,dien ΕΊί&Μ:το§ϋ&β. äßm 108 der

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und; da, Äie? ^tromstäiife 3feonpt3.nt geiialtsn^

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Bs ist ferner ein Iferstärker 11_;Q ,zxm ^pstarki^ng _;d,er Klemmenspannung zwisciien. den Elektr^d^n· des tO8 vorgesehen, smle _:ein GleicihrisEtter "Ip 2 »zur riehtting des -Wechsels^ronis dies

ferner igt ein Ij^ehrgleichrichteir -J=I^ sen ' 4*ischluß mit dem /|njäc^.ilä

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

_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)

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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-

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_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

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- 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.

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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 -

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. 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-

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   portlonal 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.

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   S. 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.

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