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Vorrichtung zum Herstellen von Durchbrüchen in Werkstücken durch elektrochemische
Bearbeitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Durchbrüchen
an dünnwandigen Abschnitten von metallischen Werkstücken durch elektrochemische
Bearbeitung.
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Bei der elektrochemischen Bearbeitung erfolgt bekanntlich die Metallabtragung
von einem Werkstück dadurch, daß zwischen diesem und einer entsprechend profilierten
Arbeitselektrode ein elektrischer Stromfluß hoher Stärke hergestellt wird, während
sich im Zwischenraum zwischen Werkstück und Arbeitselektrode - genannt Arbeitsspalt
- ein Elektrolyt befindet, der im allgemeinen durch Druck in Zirkulation gehalten
ist.
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Dabei wird das Werkstück an die positive Klemme (Anode) und die Arbeitselektrode
an die negative Klemme (Kathode) einer elektrischen Gleichspannungsquelle gelegt.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum gleichzeitigen elektrochemischen
Bearbeiten
von zwei Seiten eines Werkstücks bekannt, bei denen zu diesem Zweck zwei Arbeitselektroden
den Werkstückflächen gegenüberstehen. Mit derartigen Vorrichtungen können die Werkstückflächen
entweder poliert oder formgebend bearbeitet werden.
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Bei einer formgebenden Bearbeitung werden beide Arbeitselektroden
entsprechend dem Werkstoffabtrag zu den WerkstUckflEchen bewegt, damit konstante
Arbeitsspalte zwischen Elektrode und Werkstück gewährleistet sind.
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Ferner sind Vorrichtungen zum elektrochemischen Einarbeiten von Nuten
in Bohrungswandungen bekannt, bei denen die relative Lage des Werkstücks zur Arbeitselektrode
wäitrend der Bearbeitet nicht verändert wird.
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Ein besonders interessanter Anwendungsfall der elektrochemischen Metallbearbeitung
ist das Herstellen von Durchbrüchen an dünnwandigen Abschnitten von hohlzylindrischen
metallischen Werkstücken. Diese Durchbrüche spanabhebend in derartige Werkstücke
einzuarbeiten ist schwierig, da sich dünnwandige Werkstücke bei derartigen Bearbeitungsverfahren
leicht verformen können. Auch müssen spanabhebend eingearbeitete Durchbrüche entgratet
werden, was sehr lohnintensiv und umständlich ist.
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Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine
zweckmäßige, einfach aufgebaute und betriebssichere Vorrichtung zu schaffen, mit
der es möglich ist in kurzer Zeit in dünnwandige Werkstücke auf elektrochemischem
Wege Durchbrüche mit genau begrenzten Konturen einzuarbeiten, ohne daß dabei die
übrigen Werkstückpartien irgendwie, z. B.
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durch einen Streuabtrag, beschädigt werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daP am Ort
des herzustellenden Durchbruchs auf beiden Seiten des zu bearbeitenden Abschnitts
des Werkstücks Arbeitselektroden
angebracht sind, deren Lage während
der Bearbeitung nicht verändert wird und deren wirksame Flächen nach Form und Lage
dem herzustellenden Durchbruch entsprechen.
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Ein besonders vorteilhafter Aufbau der Vorrichtung wird erreicht,
wenn diese mindestens zwei Arbeitselektroden aufweist, von denen mindestens eine
auf der Innen- und auf der Außenseite bzw. auf beiden Seiten des zu bearbeitenden
Abschnitts des Werkstücks angeordnet sind, wobei die wirksamen Flächen der Arbeitselektroden
durch an diesen angebrachte isolierende Schichten begrenzt sind und letztere mit
ihren dem Werkstück zugekehrten Seiten dicht an diesem anliegen, so daß beiderseits
des herzustelnden Durchbruchs eln Fließweg für den Elektrolyten gebildet ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine vereinfacht dargestellte Vorrichtung zum elektrochemischen
Einarbeiten von wendelförmigen Durchbrüchen mit zwei Arbeitselektroden, während
der Bearbeitung eines hohlzylindrischen Werkstücks, Fig. 2 eine Ansicht eines teilweise
geschnittenen Werkstücks mit einem wendelförmigen Durchbruch, der mit der Vorrichtung
nach Fig. 1 elektrochemisch in dieses eingearbeitet worden ist und Fig. 3 eine schematische
Darstellung des Verlaufs der Einarbeitung eines Durchbruchs in die Wand eines Werkstücks.
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Die ein Fig. 1 vereinfacht dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen
aus einer Grundplatte 1 auf der ein Grundkörper 2 befestigt ist, einer in den Grundkörper
eingeschraubten rundstabförmigen Arbeitselektrode 3 und aus einer Arbeitselektrode
4, die an einer bei 5 angedeuteten Anstelleinheit befestigt ist.
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Auf die Arbeitselektrode 3 ist ein Werkstück 6 aufgesteckt. Bei
dem
WerkstUck 6 handelt es sich um ein Zentrierrohr, in das ein wendelförmiger Durchbruch
7 (Fig. 2) elektrochemisch eingearbeitet werden soll. Dieser wendelförmige Durchbruch
7 soll dem Zentrierrohr eine federnde Eigenschaft verleihen.
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Der aus Metall bestehende Grundkörper 2 hat in seiner Mitte eine abgesetzte
Bohrung 8, in die eine Bohrung 9 für die Zufuhr des Elektrolyten mündet. In dem
größeren Abschnitt der Bohrung 8 ist eine Werkstückauflage 11 aus Kunststoff eingesetzt.
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Im mittleren Teil der Bohrung 8 ist ein Gewinde eingeschnitten, in
das die Arbeitsel~Xtrode 3 mit ihrem unteren Ende eingeschraubt ist. Dadurch ist
die Arbeitselektrode 3 fest und elektrisch leitend mit dem Grundkörper 2 verbunden.
Der freistehende Teil der Arbeitselektrode 3 hat einen abgesetzten zylindrischen
Elektrodenschaft 12, der von einer isolierenden Schicht 13 teilweise umgeben ist,
die über dem Schaftende in eine als Einweiser dienende Kappe 14 übergeht. Die isolierende
Schicht 13, die an der Innenfläche des Werkstücks 6 anliegt, ist durch eine wendelförmige
Nut 15 unterbrochen. Der Grund der wendelförmigen Nut 15 stellt die wirksame Fläche
der Arbeitselektrode 3 dar. Der für die elektrochemische Bearbeitung erforderliche
Elektrolyt wird der Nut 15 über eine Bohrung 16 zugeführt und über eine Bohrung
18 von dieser wieder abgeführt.
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Die Arbeitselektrode 4 besteht aus einem metallischen zylindeP förmigen
Körper, der in seiner Mitte eine abgesetzte Bohrung 18 besitzt. Die Bohrung 18 ist
in drei Abschnitte 19, 21 und 22 unterteilt, von denen die Abschnitte 21 und 22
im Durchmesser etwas größer sind als die Außendurchmesser der Kopfteilabschnitte
des Werkstücks 6. Auf'der Schulter des Abschnitts 21 ist ein Kunststoffring 23 befestigt
mit dem sich die Arbeitselektrode 4 auf dem Werkstück 6 abstützt.
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Der Abschnitt 19 der Bohrung 18 ist mit einer isolierenden Schicht
24 ausgekleidet, welche durch eine wendelförmige Nut 25 unterbrochen ist, die sich
nach Form und Lage mit
der Nut 15 der Arbeitselektrode 3 deckt.
Am unteren und am oberen Ende der Nut 25 münden jeweils Bohrungen 26 und 27 in diese
für den Elektrolyt Zu- bzw. Abfluß ein.
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Zur Bearbeitung des Werkstücks 6 sind folgende Schritte erforderlich:
Zuerst wird das Werkstück 6 von Hand auf die Arbeitselektrode 3 derart aufgesteckt,
bis dieses mit seiner unteren Stirnfläche auf der Werkstückauflage 11 aufliegt.
Sodann senkt man die Anstelleinheit 5 mit der Arbeitselektrode 4 ab, so daß diese
A die in Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt. Dabei stützt sich die Arbeitselektrode 4
mit dem Kunststoffring 23 auf dem Werkstück 6 ab und drückt dieses gleichzeitig
auf die »rerkstückunterlage 11. Da sowohl die Auflage 11 als auch der Ring 23 aus
elektrisch nicht leitendem Material bestehen, ist der untere Teil des Werkstücks
6 nicht mit dem Grundkörper 2 bzw.
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der Arbeitselektrode 4 elektrisch leitend verbunden.
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Gleichzeitig mit der Anstelleinheit 5 geht auch ein ontaktbolzen 28
nieder. Der Kontaktbolzen 28 wird dabei auf die obere Stirnfläche des Werkstücks
6 gedrückt und dient zur Übertragung des Arbeitsstromes auf das Werkstück. Gleichzeitig
mit dem Erreichen der unteren Endlage der Arbeitselektrode 4 und dem Aufsetzen des
Kontaktbolzens 28 wird der Zufluß des Elektrolyten freigegeben. Der Elektrolyt fließt
dabei einerseits von der Bohrung 9 kommend über die Bohrung 16 in die wendelförmige
Nut 15 und andererseits-von der Bohrung 26 kommend in die wendelförmige Nut 25.
Zu Beginn der Bearbeitung sind die wendelförmigen Nuten 15 und 25 durch die zu bearbeitenden
Werkstückflächen abgedeckt, so daß ein geschlossener Fließweg für den Elektrolyten
gebildet ist. Von den oberen Endabschnitten der Nuten 15 und 25 fließt der Elektrolyt
über die Bohrung 27 bzw. 18 zurück in einen nicht dargestellten Sammelbehälter,
wobei der Rückfluß aus der Bohrung 18 vorher noch einen in dem Kontaktbolzen 28
vorgesehenen Kanal passieren muß.
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Unmittelbar nach der Zirkulation des Elektrolyten werden die Arbeitselektroden
3 und 4 an die negative Klemme (Kathode) und der Kontaktbolzen 28 an die positive
Klemme (Anode) einer mit 29 bezeichneten Gleichstromquelle angeschlossen.
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Nach einer Einwirkzeit von ca. 55 Sekunden entsteht dann in dem Werkstück
6 der in Fig. 2 gezeigte wellenförmige Durchbruch 7. Die Wand des zu bearbeitenden
Abschnitts des Werkstücks 6 hat bei diesem Beispiel eine Dicke von 1,25 mm. Als
Elektrolyt dient eine Natriumnitratlösung und die benötigte Gleichspannung beträgt
ca. 20 V.
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Die bei der Einarbeitung des Durchbruchs 7 ablaufenden Arbeitsschritte
sind in Fig. 3 schematisch dargestellt. Aus den Bildern a bis e ist leicht zu erkennen,
wie der Durchbruch 7 von zwei Seiten eingearbeitet wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich ist, in dünnwandige Werkstücke
in kurzer Zeit Durchbrüche einzuarbeiten, die genau begrenzte Konturen aufweisen
und gleichzeitig bereits verrundet sind.