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Verfahren zur Herstellung eines Flui.delementes sowie Vorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines enge Düsen oder Kanäle aufweisenden Pluideleinentes, ins besondere eines Wandstrahlelementes
und/oder Düsenelementes sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Element.
Insbesondere dient das Verfahren zur Herstellung solcher Wandstrahlelemente oder
Düsenplatten, die eine Kanals oder Düsenweite von weniger als 0,2 mm aufweisen.
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Zur Herstellung von Wandstrahlelementen oder von Düsenplatten sind
verschiedene Verfahren bekannt. Die Herstellung von engen Strömungskanälen bzw.
Düsen ist bekanntlich recht schwierig und aufwendig. Racn einem bekannten Verfahren
erfolgt die Herstellung von Düsenplatten oder Wandstrahlelementen durch Stapeln
idelltischer, das Düser£motiv enthaltender geätzter Folien. Hierbei besteht indessen
der Nachteil, daß die Wandungsteile rauh sind. Dadurch neigt das Fluid im Bereich
der kritischen Passagen, d.h. der engsten Querschnitte, zur Turbulenz; die Fluidströmung
wird stark behindert und kommt sogar bei sehr engen Düsenquerschnitten zum Erliegen.
Besonders kritisch werden die Strömungsverhältnisse bei einem gasförmigen Fluid,
wenn die Kanalweite weniger als 0,2 mm beträgt.
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Es ist auch bekannt, Fluid- und/oder Düsenplatten auf galvanoplastischem
Wege herzustellen, indessen versagt dieses Verfahren dann, wenn die Weiten der Passagen
weniger als zwei Zehntel Millimeter betragen. Schrumpfungen des Materials und Maßabweichungen
der
Formen lassen sich nicht ausschließen. Auch verlaufen die Wandungen der Kanal flächen
nicht immer rechtwinkelig zur Deckflache, so daß sich bei derartigen Fluidwandstrahlelementen
oder Düsenplatten in deren einzelnen (gedachten) Schichtzonen unterschiedliche Kanabeiten
ergeben. Schnell arbeitende Fluidwandstrahlelemente sowie auch bestin:mte Arten
von Düsenplatten, z.B. Trenndüsen für Gasströme, Dampfströine od. dgl. sollen jedoch
möglichst enge Kanalquerschnitte aufweisen. Es besteht somit die Forderung, daß
die Wandteile senkrecht zur Deckfläche b.
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parallel zueinander verlaufen sowie eine weitgehendst glatte Oberfläche
aueisen müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein den vorstehenden Forderungen
genügendes Verfahren zur Herstellung von Fluideleinenten der genannten Art zu schaffen.
Gemäß dem erfinderischen Verfahren wird diese Aufgabe dadurch gelöst, das man mindestens
die engen Düsen oder Kanäle in den Fluidwandstrahlelementen oder in den Düsenplatten
durch Drahterodieren erstellt. Das gemäß der Erfindung gebildete Wandstrahlelement
oder die Düsenplatte besitzt daher sehr ebene (glatte), in den verschiedenen Querschnitten
der Düsen und Kanäle parallel zueinander verlaufende Wandungsteile.
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Zur Herstellung von sehr engen Düsen mit einer rechteckigen Querschnittsform
verfährt man vorteilhaft und erfindungsgemäß derart, daß man die Düsenplatte oder
das Wandstrahlelement aus mehreren-Elementen zusammensetzt, wobei man mindestens
ein Elementteil durch Drahterodieren erstellt. Durch das Drahterodieren erhält man
sehr ebene (glatte) Wandungsteile, wobei man sodann beim nachfolgenden Zusammenfügen
der Elementteile die gewünschte Düsenweite mit hoher Genauigkeit einstellen karl.
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Ist die gewünschte Düsenweite nicht extrem klein, d.h. wenn der Abstand
der Düsenflanken z.B. mehr als 0,2 mm beträgt, so ist es dienlich, die Düse in einem
Erodierschnitt aus einer
Platte zu fertigen. Hierbei ist indessen
zu berücksichtigen, daß nicht nur der Durchmesser des Brodierdrahtes für die gewünschte
Weite der Düse bestimmend ist, sondern auch der unerläßliche Erodierspalt, also
Jener Raum zwischen dem Erodierdraht und dem Werkstück, in dem sich der Erodierfunken
bildet.
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Für die Weite des Erodierspaltes ist wiederum die angelegte Spannung
und Stromstarke wie auch die Art und ReiSleit des Dielektrikums maßgebend. Diese
Technologie des Drahterodierens beuingt daher, daß beim Erodieren einer Düse der
vorstehenden Art mit einem Erodierdraht gearbeitet werden muß, dessen Durchmesser
wesentlich kleiner ist als die gewünschte Düsenweite, Der Durchmesser des Erodierdrahtes
kann aber bei den auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen nicht beliebig
klein gehalten werden. Indessen wurde gefunden, daß sich enge Düsen, z.B. auch mit
einer Düsenweite von weniger als 0,2 mm, z.B. von 0,1 mm, in einem Erodierschnitt
"Drahterodieren" lassen, wenn man eine Drahterodierelektrode mit einem Durchmesser
von 70 /um verwendet, deren Zugfestigkeit mindestens 200 N/mm2 und deren Schmel@temperatur
mehr als 200000 beträgt. Vorteilhaft ist es, wenn man die nicht kritischen Elementteile
nach einem der bekannten Verfahren herstellt, hingegen die einen sehr engen Düsen-
oder Kanalquerschnitt aufweisenden Elementteile nach dem erfinderischen Verfahren
fertigt. Die Elementteile werden anschließend, d.h. nach ihrer Fertigstellung, zur
Düsenplatte zusammengesetzt.
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Bei der Anwendung einer extrem dünnen Drahterodierelektrode besteht,
selbst unter Beachtung der genannten Bedingungen an die Werkstoffqualität des Erodierdrahtes,
die Gefahr des Reißens. Die Widerstände beim Abziehen des Erodierdrahtes von einer
Vorratsrolle müssen daher ebenfalls so gering wie möglich gehalten werden.
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Gemäß einem zusätzlichen Merkmal des erfinderischen Verfahrens wird
zur Minderung des Widerstandes beim Abziehen eines sehr dünnen Erodierdrahtes ton
weniger als 0,1 mm Durchmesser von
der Vorratsrolle, der Erodierdraht
über Kopf von der'Vorratsro]le abgezogen. Durch diese Maßnahme werden die auf den
Draht einwirkenden Widerstände während der Erodierarbeit weitgehendst gemindert.
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Im nachfolgenden wird anhand der Zeichnungen das erfinderische Verfahren
zäher erläutert.
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In den Figuren 1 bis 3 sind Wandstrahlelementen bzw. Düsenplatten
mit willkürlichen Formen gezeigt.
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Bei dem Wandstrahlelement gemäß den Figuren 1 und 2 ist in einer aus
Metall gebildeten Platte 1 eine Düse 2 erodiert, wobei im engsten Querschnitt der
Düse die Entfernung der Wandteile 3 und 3' z.B. 0,2 mm betragen soll. Zum Erodieren
verwendet man einen Erodierdraht, dessen Durctmesser in diesem Falle 150/um beträgt.
Der besondere Vorteil dieser Verfahrensweise besteht hierbei darin, daß die Dicke
S des Wandstrahlelementes bei der Fertigung von untergeordneter Bedeutung ist, wobei
jedoch die Wandteile 3 und 3' eine sehr feine (glatte) Oberflächenstruktur aufweisen.
Indessen läßt sich mit einem Erodierschnitt die gewünschte Weite, hier z.B. von
0,2 mm, nur mit einer Toleranz von + 0,015 mm herstellen, weil die Größensehwankung
des Erodierspaltes in diesen Grenzen liegt.
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In Figur 3 ist eine Düsenplatte 4 dargestellt, bEstehend z.B.
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aus einer Einlaufdüse 5 und zwei gleichartigen Auslaufdüsen 6 und
6', die einen Fluidstrom in mehrere gleichartige oder ungleichartige Teilströme
spalten bzw. trennen. Zur Erleichterung des Erodierens, insbesondere aber zur Erzeugur.g
sehr genauer Düsenweiten, und zwar im Bereich von wenigen /um, ist die Düsenplatte
aus zwei Teilelementen 7 und 8 zusammengesetzt.
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Soll der Abstand im Bereich der beiden engsten Querschnitte 9 und
9' z.B. 30 Zum betragen, so wird bei einer Erodierschnittweite von 200 um das als
Zunge ausgebildete Teilelement 8 in Richtung des Pfeiles 10 um den Betrag von 170
/um bis auf das
gewünschte Maß verschoben; sodann wird die Zunge
in an sich bekannter Art festgelegt. Die sich dabei bildenden Vorsprünge ii und
1i' in den weiten Passagen der Kanäle 12 sind nicht kritisch. Vorteilhaft verfährt
man bei der Herstellung derart, daß man mittels eines dünnen Erodierdrahtes die
aus den beiden Teilelementen zusammengesetzte Düsenplatte erodiert und sodann das
als Zunge ausgebildete Teilelement 8 nachstellt, Man kann daher auch die Düsenplatte
oder das Wandstrahlelement nach einem der bisher bekannten Verfahren, z.B.
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im Druckgußverfahren, herstellen und sodann lediglich den gestrichelt
hervorgehobenen Bereich 13, d.h. den oder die engsten Düsenquerschnitte aus dem
vollen Material herauserodieren.
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Dadurch läßt sich insbesondere bei der Massenherstellung gleichartiger
Düsenplatten die Arbeitszeit senken, wobei jedoch die nur im kritischen Bereich
erforderliche hohe Genauigkeit und Oberflächengüte einbehalten wird.
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Figur 4 zeigt das Erodieren einer Düsenplatte oder eines Wandstrahlelementes
4 bzw. 1 mittels einer Drahterodierelektrode 15.
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Wie an sich bekannt, wird der Erodierdraht mittels nahe über und unter
dem Werkstück angeordneten Führungssteinen 16 und 16' senkrecht zu den Vorschubrichtungen
17 und 17' des Werkstückes gehalten. An das Material des Erodierdrahtes werden um
so größere Anforderungen gestellt, je kleiner sein Durchmesser ist. Die Schmelztemperatur
des Erodierdrahtes soll z.B. bei einem Durchmesser von 75 /um 2000 0C betragen.
Durch diese I)iaßnahme kann der "Abbrand" der Drahterodierelektrode wesentlich gemindert
werden. Die Zugfestigkeit des Erodierdrahtes soll hierbei im Bereich von 200 N/mm2
gelegen sein. Die beim Erodieren abgetragenen Mateialteilchen gelangen in einen
durch eine Düse 18 im Bereich der Erodierstelle aufgetragenen Strom eines Dielektrlkums.
Das Dielektrikum fließt in einen Auffangbehälter 19 und wird von dort mittels einer
Pumpe 20 zur Düse 18 zurückgefördert. Ein Filter 21 verhindert die erneute Zufuhr
der feinen Materialteilchen zur Erodierstelle. Wie an sich bekannt, wird
vor
dem Erodieren cine Bohrung 22 in das später nicht benötigte Freischnitteil 23 eingebracht
und durch diese Bohrung der Erodierdraht gezogen. Sodann wird das Werkstück bei
laufendem Erodierdraht bis an die Konturgrenze 24 herangeführt. Von dort aus wird
- wie durch den Pfeil 25 angedeutet - mit dem Konturschnitt begonnen. Zur Minderung
des Abzugswiderstandes des sehr dünnen Erodierdrahtes wird dieser über Kopf von
einer Vorratsrolle 26 abgezogen. Durch diese Anordnung kann die auf dem Erodierdraht
ruhende Last im wesentlichen nur auf den Drahtspanner 28 beschränkt bleiben.
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Wie an sich bei Drahterodiermaschinen bekannt, erfolgt der Zug des
Erodierdrahtes 15 mittels einer motorisch angetriebenen Friktionsrolle 29 und einer
losen Konterrolle 30. Die Aufszrickelhaspel 31 wird - wie ebenfalls bekannt - kraftschlüssig,
d.h.
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über eine Reibkupplung,angetrieben, wobei jedoch ihr Drebnoment kleiner
als das Drehmoment der Friktionsrolle ist.
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7 Patentansprüche 4 Figuren